進口焊接機器人焊接電源故障分析與處理

雒補清，孫韋華，古晶晶，柴進虎

（晉西工業(yè)集團有限責(zé)任公司，山西太原 030027）

0 引言

2006 年，公司引進2 臺德國CLOOS 焊接機器人，承擔(dān)產(chǎn)品零部件鎢極氬弧焊焊接工藝。設(shè)備使用多年后，電源內(nèi)部元件老化故障逐步顯現(xiàn)，特別是近期因工藝要求焊接電流加大，導(dǎo)致焊接電源故障較多。以下介紹焊接電源故障處理情況。

1 焊接電源簡介

1.1 焊接電源技術(shù)參數(shù)

該焊接電源型號GLW 300 1-H-P-R，采用AC 400 V 電源輸入，電流類型為AC/DC 兩用，主要峰值功率15 kV·A，峰值電流22 A，焊接開路電壓100 V，電流范圍5～300 A，保護氣體為氬氣。該設(shè)備可進行鎢極惰性氣體焊接（TIG）和手工金屬電弧焊接（MMA），使用以來多以TIG 焊接為主。

1.2 焊接電源組成

（1）A1 功率控制單元，是焊接電源的主要控制單元，包括A1-A11，主濾波器電路板；A1-A12，主模塊電路板；A1-A13，換流器控制電路板；A1-K1，主接觸器；主要部件如圖1 所示。

圖1 焊接電源功率控制單元電氣原理

（2）A2 電源單元，DC/AC 變換器。

（3）A3 脈沖發(fā)生器，完成點火功能。

（4）A4 控制電路板WS20，TIG-控制單元。

（5）A5 控制電路板FLP30，前置PCB（印刷電路板）。

（6）A9 電路板分流器，電流控制。

1.3 其他功能部件

焊接電源內(nèi)部其他功能部件有電容器、流量計、風(fēng)扇、水泵、控制變壓器等。電源外部與其連接的主要部件有ST166送絲進給系統(tǒng)和接口控制器、機器人控制柜、機器人本體、變位機等。

2 主要故障及分析

2.1 焊槍不起弧故障

2.1.1 保護氣體問題引起的不起弧故障

（1）故障現(xiàn)象。自動焊接方式下，在焊接指令發(fā)出后機器人帶著焊槍移動到焊接工位，焊接指令發(fā)出但是焊槍未起弧，機器人停止運動，原地待命。

（2）故障分析及檢查方法。焊槍不起弧的原因很多，排除了操作方法及程序無異常后，確定是保護氣體問題，引起焊接電弧不能建立。檢查氬氣瓶及調(diào)壓閥，氬氣閥門已開啟，氣源充足，調(diào)壓閥功能正常。在示教器上試驗手動打開氬氣，指令能夠發(fā)出，但未能聽到正常的進氣閥打開時的“啪、啪”聲。檢查焊接電源下部進氣閥門，斷開連接線路，用萬用表測量進氣閥線圈Y1，電阻值正常。檢查對地絕緣，亦未發(fā)現(xiàn)繞組有短路現(xiàn)象。再次試驗指令發(fā)出后，測量進氣閥線圈電壓，萬用表顯示為0 V，說明控制回路沒有電壓輸出。順著線路檢查到A4 控制電路板WS20，其輸出端3、4 管腳端無電壓，判斷是WS20 控制電路板損壞，原理見圖2。

圖2 WS20 控制電路板原理

（3）處理方法。更換WS20 控制電路板后試驗，故障排除。

2.1.2 主要元器件損壞引起的不起弧故障

（1）故障現(xiàn)象。更換工件后啟動程序，焊槍移動到焊接工位，但是電弧未建立，機器人停止運行。

（2）故障分析及檢查方法。首先，檢查氬氣閥，功能正常。檢查A4WS20 控制電路板，無明顯異常。更換一塊WS20 電路板，故障依舊。檢查主模塊板A1-A13，大功率二極管和晶閘管測量值正常。再檢查逆變回路，用萬用表測量其輸出電壓，和另一臺正常焊接電源對比，發(fā)現(xiàn)正常輸出電壓為AC 400 V，而該電路輸出電壓僅為AC 240 V，說明逆變回路異常。拆開逆變電路，檢查其中兩只IGBT 模塊，發(fā)現(xiàn)一只已損壞。

（3）處理方法。購買同型號的IGBT 模塊GCA200AA60 進行更換，輸出電壓正常，故障排除。

2.2 起弧后焊接電源掉電故障

（1）故障現(xiàn)象。某次焊接過程中，起弧后整個焊接電源掉電，電源指示燈和其他LED 指示燈全都熄滅。

（2）故障分析及檢查方法。關(guān)斷電源開關(guān)，再次送電，焊接電源依然無電，說明故障嚴(yán)重，可能存在局部短路。首先，檢查電源內(nèi)控制變壓器端2 個熔斷器FU1 和FU2，發(fā)現(xiàn)FU1 熔絲燒斷，F(xiàn)U2 正常。更換2.5 A 的熔絲后送電，電源送電正常。但是焊接起弧后電源又立即掉電，再次證明回路短路。其次，更換A4WS20控制電路板和A1-A13 轉(zhuǎn)換器控制電路板，均未見效；檢查A1-A12 主模塊板，上面的大功率晶閘管、二極管未見明顯異常；檢查逆變回路的 IGBT 模塊GCA200AA60，拆開進線，用萬用表測量IGBT 管腳G1、E1、C1 和G2、E2、C2 之間電阻值，未見明顯異常。因此，判斷故障不在主回路上，應(yīng)該在電弧建立后的輔助回路中。分析焊接過程是電弧建立后焊槍需要冷卻，隨即冷卻泵自動啟動。檢查冷卻泵電機，發(fā)現(xiàn)其繞組對地絕緣電阻值為0 Ω。確認(rèn)原因是電機繞組對地短路故障，造成焊接電源掉電。

（3）處理方法。用國產(chǎn)循環(huán)水泵代替損壞的德國原裝水泵，改造水路和電路后，故障排除。

2.3 焊接工序完成后焊槍不能收弧故障

（1）故障現(xiàn)象。自動焊接完畢后焊槍本應(yīng)收弧，但焊槍不收弧且沒有回到初始工位，產(chǎn)品存在過燒現(xiàn)象。若不能及時發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品可能被燒穿直至報廢。

（2）故障分析及檢查方法。檢查焊槍送絲回路，送絲管、送絲輪和送絲電機工作正常，焊絲運行自如。隨后調(diào)換兩臺焊接電源，并用試件進行焊接，故障依舊，排除焊接電源本身故障。

焊接電源上面配置一個ST166 控制器，功能是送絲進給系統(tǒng)和接口控制，懷疑該裝置出現(xiàn)問題，影響收弧功能。對調(diào)2 臺ST166 控制器后試驗，故障不再出現(xiàn)，證明是ST166 控制器出現(xiàn)問題。

ST166 控制器主要組成：①A1，電機調(diào)節(jié)板，技術(shù)參數(shù)為0～10 V=0～5 m/min，表示當(dāng)控制電壓在0～10 V 變化時，輸送焊絲的速度為0～5 m/min；②A2，電源繼電器板；③A3，過濾器兼速度反饋板。此外，還包括1 個控制變壓器和7 個高頻濾波器。高頻濾波器分為2 種，Z1、Z3、Z6、Z7 型號為SLF-50 mA，為小電流濾波器；Z2、Z4、Z5 型號為FN332-3 A，為大電流濾波器，如圖3 所示。

圖3 ST166 控制器部分接線

仔細(xì)測量A1、A2、A3 電路板各管腳的技術(shù)參數(shù)后未發(fā)現(xiàn)異常，更換A1、A2、A3 電路板后試驗，故障依舊。測量Z1-Z7 高頻濾波器管腳電壓和電阻值，和另一臺對比也正常。檢查變壓器、熔斷器、電阻、電容等都正常，使用萬用表測量連接電纜都導(dǎo)通。檢查均無異常，但是設(shè)備不能正常工作，分析影響ST166 控制器工作的因素。進一步查看，ST166 控制器通過2 根多芯電纜與外部連接，其中一根15 針電纜通過航空插頭連接到焊接電源上。懷疑該航空插頭或電纜出現(xiàn)異常，影響收弧。

（3）處理方法。購買同型號航空插頭，使用新0.75 mm2×20的多芯軟電纜，按照原來連接方法一端與航空插頭焊接，另一端連接到ST166 控制器各元件管腳中。連接好以后進行試驗，焊接完畢后收弧正常，故障排除。

3 結(jié)束語

（1）修理過程中，無論是檢查還是更換元器件、電路板，一定注意操作規(guī)范，手法要輕，防止損壞插頭內(nèi)針腳或元器件，使故障擴大。

（2）對IGBT 模塊進行錫焊作業(yè)時，為避免烙鐵、烙鐵焊臺產(chǎn)生的靜電加到IGBT 模塊，烙鐵外端要用較小的電阻接地。連接IGBT 模塊端子時，主端子電極間不能有張力和壓力作用，以免電極端子發(fā)熱，使得模塊過熱。

（3）檢查更換含有集成塊的電路板過程中，注意手不要觸摸上面元件，防止人身上的靜電損壞集成塊，必要時需戴上手環(huán)，釋放靜電。