松下焊接機器人在組合件中的應用

繆輝 王福林 鐘俊林

摘要：以松下焊接機器人焊接組合件為例，對試件結構特點進行分析，圍繞松下焊接機器人在小型組合件中遇到的咬邊、脫節(jié)、未熔合、焊角尺寸偏差大及焊瘤等焊接缺陷，制定了焊接工藝參數、焊接順序、編程方法及操作技能等措施。通過措施的制定和實施，保證了焊后對外觀質量以及內部質量檢測綜合評分結果都能在85分以上。

關鍵詞：焊接機器人;焊接缺陷;編程

中圖分類號：TG456 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）10-0092-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.10.19

0 前言

21世紀工業(yè)制造開始高速發(fā)展，自動化焊接技術的應用對我國焊接行業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動作用。我國是制造業(yè)大國，現代化高技能人才缺口較大，據近幾年的調查，隨著生活水平的提高，年輕一代愿投身到一線工作的較少，即使企業(yè)高薪聘請青年焊工也出現難招現象，工作幾年后，最終能留下的焊工更少[1-3]。在涉及焊接的領域，焊接機器人設備降低了企業(yè)成本，焊縫成形與效率明顯提升，勞動強度更低，新的崗位——焊接機器人操作師受到年輕一代的追捧，有效緩解了招工難的問題。

企業(yè)為推動產品質量的進步，更需要高水準的焊接機器人操作師，其中，競賽平臺可實現這類技術工的快速成長，所以現代化的企業(yè)會同焊接協(xié)會以及其他組織機構定期舉行比賽，而比賽試題通常選取小型組合件容器進行焊接，目的在于考核焊接操作師的焊接經驗與操作機器人的示教能力[4]。文中以中車集團公司第二屆職業(yè)技能大賽焊接機器人項目試題為例，提出焊接機器人在小型組合件中遇到的問題的解決方法，為今后解決此類問題提供參考。

1 組合件結構及焊接性分析

（1）組合件結構分析。組合件如圖1所示，主要由4部分組成，從下向上依次為底板對接（見圖2）、下箱體（見圖3）、上箱體（見圖4）、管（見圖5）組成。其結構特點有：

①組合件尺寸偏小，焊縫緊密，焊縫之間相互交叉，焊接變形較大，影響焊接程序的焊接再現性。

②為考查焊接機器人操作師的能力，工件定位夾緊后不準移動位置，結構中形成平對接焊縫、平角焊縫、立角焊縫、角接焊縫和管板插入式焊縫等較多的焊縫接頭形式，且不同焊接位置交叉接頭易產生焊接缺陷。

③由于比賽時間的限定，組合件示教編程后必須連續(xù)焊接。連續(xù)焊接勢必造成箱體溫度越來越高，易產生焊縫咬邊;環(huán)焊縫要求整圈焊完，不準許在拐角處接頭，轉角焊縫焊接易出現未熔合、脫節(jié)、焊角偏大或偏小情況[5];立焊縫易出現焊瘤或不飽滿;管板插入式焊縫存在平均1.5 mm間隙，容易焊穿管或板;對接焊縫根部產生焊不透或焊瘤等焊接缺陷。

④箱體角接焊縫與平角焊縫按評分標準要求，合并評分焊縫角高、焊縫角差、咬邊及焊縫成形等。增大焊接程序編寫難度，特別是在厚板角接焊縫的位置，因焊接順序較后，箱體溫度較高，整圈焊后焊角在8～9 mm的范圍困難，受焊接機器人TCP與焊接工藝參數因素較大，容易產生咬邊、燒邊、焊角偏差大等焊接缺陷，組合件焊后考評標準為焊縫外觀考評和水壓檢測兩部分組成，焊縫評分標準如圖6～圖8所示。

（2）焊接性分析。組合件采用Q235普通碳素結構鋼材料，根據碳當量計算公式Ceq≤0.22%，淬硬傾向非常小，室溫焊接時不易產生冷裂紋，焊接性較好[6]。

2 焊接工藝

（1）焊接設備：松下6軸關節(jié)工業(yè)機器人TM1400，全數字焊接電源YD-350GS4焊機。

（2）焊接材料根據等強度原則，焊絲選用ER50-6 φ1.2，保護氣體為φ（Ar）80%+φ（CO2）20%混合氣體。

（3）焊接機器人TCP要求。為保證組合件小圓弧與示教點軌跡精確焊接，TCP的準確性起到關鍵作用。驗證焊接機器人TCP的方法，通常采用焊絲干伸長伸出15 mm的位置，要求六軸旋轉一周范圍內，偏離點距離原始點的位置誤差控制在1.5 mm以內。

（4）焊接順序。從整體結構性考慮，焊接順序為：底板對接焊縫→管板焊縫→上箱體→下箱體。箱體結構焊接時先焊立角焊縫再焊環(huán)焊縫。這樣可降低箱體焊接變形，避免后續(xù)編程點位置的偏移以及更好地熔合立角焊縫的起收弧焊接接頭。

（5）對接焊縫的控制。為保證對接焊縫實現單面焊雙面成形，組裝時預留2～3 mm的間隙，使焊接電弧能到達根部。打底使用小電流焊接，層數為三層三道，焊接參數如表1所示;焊后打底背面成形如圖9所示;正面焊縫成形如圖10所示。

（6）箱體工件的組裝。各尺寸要求精準，板與板之間棱角裝配誤差控制在±0.3 mm之間，工件定位焊采用氬弧焊點固，長度10～15 mm，定位焊位置盡量點固箱體內側，以避免箱體外觀焊縫尺寸超差問題。

（7）箱體焊接工藝。

①上箱體所有焊縫采用單道直線運條焊接，下箱體平角焊位置采用單道簡單擺動焊接，立角焊采用兩層兩道焊接，蓋面進行擺動運條。為保障箱體拐角不出現咬邊缺陷和余高過大，通常每個拐角處附近添加3個焊接點的方式過渡拐角時焊槍姿態(tài)變化，以確保焊槍能緩慢順暢過渡，避免TCP偏差增大，點位偏移。在拐角處焊接參數試驗中，前期已制定出兩套方案，一是拐角處焊接參數與直焊縫焊接參數一致，焊縫拐角出現燒邊現象（見圖11）;二是拐角處焊接電流比直焊縫焊接電流低10%～20%。焊接參數的降低是為了避免在拐角處出現焊腳余高大和咬邊的現象（見圖12）。

②箱體立角焊縫的焊接。薄板焊接方向采用立向下方式，小電流、快速焊，焊縫成形如圖13所示;厚板立焊分成兩層，打底為立向下焊接，小電流、快速焊，蓋面為立向上焊接，小電流、慢速焊，焊縫成形如圖14所示。這種焊接方向可避免薄板立角焊縫余高過高，厚板立焊縫內凹填不滿的問題。

（8）為控制箱體焊縫整體質量及溫度，工藝參數盡量選用小電流、低電壓的方式焊接，可避免焊縫咬邊、焊瘤或不飽滿等問題。箱體焊接試驗參數如表2所示;組合件焊后效果如圖15所示。

3 焊后檢測

依據試題外觀評分表進行檢測，上箱體焊腳尺寸為4～5 mm，下箱體焊腳尺寸為8～9 mm，箱體水壓試驗壓力值達到0.25 MPa以上，并保持壓力20 min以上，組合件未出現水壓泄露現象，綜合評分成績高于85分，屬于Ⅰ類成績。

4 結論

采用松下焊接機器人TM1400+350GS4電源，通過控制焊接機器人TCP的誤差，采用合理的焊接順序、焊接工藝參數及正確的編程操作，解決了組合件小圓弧焊縫成形、焊縫焊穿、咬邊、拐角焊縫脫節(jié)、焊角偏差大等焊接缺陷，使試件綜合評分成績在85分以上，達到Ⅰ類成績。

參考文獻：

[1] 萬延臣，王蕾. 自動焊接在機械焊接中的應用[J]. 中國科?技博覽，2019（4）：243.

[2] 譚一烱，周方明，王江超，等. 焊接機器人技術現狀及發(fā)?展趨勢[J]. 電焊機，2006，36（3）：6-10.

[3] 中華人民共和國人力資源和社會保障部. 中國勞動統(tǒng)計?年鑒[M]. 北京：中國勞動社會保障出版社，2007-2017.

[4] 王玉松. 中國中車焊接機器人競賽精彩紛呈[J]. 金屬加?工，2018（2）：2.

[5] 楊啟杰，李波，肖勇，等. 中厚板T形接頭拐角焊縫機器?人焊接工藝的研究[J]. 金屬加工，2017（12）：10-13.

[6] 邱友勝，繆輝，石兵，等. AB100空鐵構架主梁的IGM焊?接機械手焊接工藝[J]. 金屬加工，2017（16）：7-10.