一種焊接機(jī)器人在玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁上的應(yīng)用方案

張宏盛,俞澤田

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠 233010)

根據(jù)現(xiàn)階段公司自己的焊接設(shè)備和人員素質(zhì)條件，我們公司已經(jīng)完善了焊接件加工工藝，目前制定的焊接件的加工工藝已經(jīng)很科學(xué)了。若想將焊接產(chǎn)品質(zhì)量再進(jìn)一步提升，那就要從焊接設(shè)備入手。從目前市場(chǎng)行情來(lái)看，引進(jìn)自動(dòng)化程度較高的焊接機(jī)器人設(shè)備，是進(jìn)一步提升我們公司焊接產(chǎn)品質(zhì)量最有效最直接的方法。

1 玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁簡(jiǎn)介

輥道式退火窯主要用于平板玻璃退火，如浮法、平拉法生產(chǎn)的平板玻璃以及壓延玻璃、夾絲玻璃、裝飾玻璃的退火。輥道式退火窯的輥道兩側(cè)鋪設(shè)的玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁，其外形是一種類(lèi)似于工字鋼結(jié)構(gòu)的非標(biāo)型零件[1]，用于支撐安裝輥道電機(jī)，具有一定的批量。如圖1所示，它是由兩塊上下板和一塊中間板拼接而成，需要將中間板分別與兩塊上下板進(jìn)行焊接。

由于每條生產(chǎn)線數(shù)量多，每根橫梁焊接工作量及難度都很大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，是公司生產(chǎn)過(guò)程急需提高制造效率的零件。

原來(lái)橫梁制造是傳統(tǒng)生產(chǎn)模式生產(chǎn)，手工焊接。

制作過(guò)程：第一步，按照橫梁三塊板尺寸下料；第二步，刨加工三塊板四邊，保證尺寸要求；第三步，三塊板組合，點(diǎn)焊固定，保證橫梁加工工藝尺寸要求；第四步，三塊板組焊，采用斷焊保證焊接強(qiáng)度和橫梁加工工藝尺寸；第五步，機(jī)加工，保證橫梁外形尺寸及相關(guān)安裝尺寸。

生產(chǎn)效率：其中第四步組焊效率為每班4根。

人工焊接時(shí)，為保證橫梁焊接后變形量減少，工人采用對(duì)稱(chēng)焊接的辦法[2]。在一面焊接一道焊縫后，立即要用F夾翻轉(zhuǎn)橫梁，焊接另一面的對(duì)稱(chēng)位置處。焊接一根橫梁，往往要翻轉(zhuǎn)4～5次，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而且，為保證效率，保證變形量，人工焊接也必須采用低電流低電壓的方式焊接，無(wú)法保證圖紙要求的焊縫高度。

同時(shí)人工焊接強(qiáng)度大，焊接環(huán)境復(fù)雜，對(duì)焊工身體危害大，產(chǎn)生焊接粉塵和氣體無(wú)法統(tǒng)一處理，焊接弧光也對(duì)周邊工作環(huán)境造成危害。

2 焊接機(jī)器人在玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁焊接上的應(yīng)用

引進(jìn)機(jī)器人焊接技術(shù)后，第四步組焊使用機(jī)器人焊接。焊接過(guò)程為：橫梁吊裝到焊接機(jī)器人的專(zhuān)用工裝上固定，按照規(guī)定的段焊長(zhǎng)度和間距、焊接高度進(jìn)行編程。兩臺(tái)焊接機(jī)器人采用對(duì)焊的方式焊接完橫梁的一邊后，橫梁翻身再次固定到焊接工裝上，按照已經(jīng)編輯設(shè)定好的程序焊接另一邊。至此整個(gè)橫梁組焊完成。

1)設(shè)備方案

如圖2所示，該方案由兩臺(tái)焊接機(jī)器人，加裝的兩臺(tái)第七軸，和一個(gè)焊接工作臺(tái)組成。

2)操作流程

第1步：將玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁吊裝到焊接工作臺(tái)上，并安放到位；

第2步：同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)焊接機(jī)器人，開(kāi)始焊接橫梁的下方兩側(cè)面；

第3步：吊運(yùn)橫梁至安全點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)180°，再次固定到焊接工作臺(tái)上；

第4步：再次同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)焊接機(jī)器人，開(kāi)始焊接橫梁的另兩個(gè)側(cè)面；

第5步：焊接完成，將玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁吊運(yùn)至堆放區(qū)，并碼放整齊。

3)焊接方案

為最大程度降低玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁的焊接應(yīng)力變形[3]，減少報(bào)廢率，本次焊接采用如下焊接方式：

(1)焊接方式：兩臺(tái)焊接機(jī)器人對(duì)稱(chēng)焊接，即兩臺(tái)焊接機(jī)器人同時(shí)對(duì)中間板對(duì)稱(chēng)的左右兩側(cè)面進(jìn)行焊接；

(2)焊接方法：焊接采用段焊的方法，即每次焊接一條焊道長(zhǎng)度為150 mm后，空置留白100 mm，然后再焊接一條150 mm焊道，如此反復(fù)。如圖3所示，圖3中黑色線段為焊接焊道。

(3)焊接次序：如圖4所示分區(qū)域焊接，即將玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁待焊接區(qū)域分為三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)闄M梁的最前端(實(shí)際生產(chǎn)中為靠近焊接機(jī)器人的一段)，第二區(qū)域?yàn)闄M梁的最后段(即遠(yuǎn)離焊接機(jī)器人的一段)，第三區(qū)域?yàn)槭Ｓ嘀虚g的一段，焊接順序?yàn)榈谝粎^(qū)域→第二區(qū)域→第三區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含4個(gè)焊道。

(4)焊接程序

基于焊接機(jī)器人為自動(dòng)化焊接、程序化控制，對(duì)成批量焊接的玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁而言，只需對(duì)首根橫梁進(jìn)行分區(qū)域找點(diǎn)示教即可。為確保安全和焊接效率，焊接機(jī)器人的動(dòng)作流程如下：

a、?？堪踩c(diǎn)

b、運(yùn)行至第一焊接區(qū)域

c、焊槍進(jìn)入至焊接起點(diǎn)

d、焊接

e、抬起焊槍

f、焊槍進(jìn)入至焊接起點(diǎn)

g、焊接

h、抬起焊槍

……

i、運(yùn)行至第二焊接區(qū)域

j、焊槍進(jìn)入至焊接起點(diǎn)

k、焊接

l、抬起焊槍

……

m、運(yùn)行至第三焊接區(qū)域

n、焊槍進(jìn)入至焊接起點(diǎn)

o、焊接

p、抬起焊槍

……

q、運(yùn)行至安全點(diǎn)

r、程序運(yùn)行完畢，跳轉(zhuǎn)至程序第一行。

以焊接長(zhǎng)度2 990 mm的玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁為例,部分運(yùn)行程序段如下：

1 PTP(home,,or 100)

2 PTP(ap11)

3 Lin(cp13)

4 Arc Set(230.0,-1.0)

5 Arc ON( )

6 Arc Lin(cp14,d4,or 100)

7 Arc OFF,.,600,TRUE)

8 Lin(cp15，or 100)

9 Lin(cp16)

10 Arc Set(230.o，-1.0)

11 Arc ON( )

12 Arc lin(cp17,d4,or 10O)

13 Arc OFF..,600,TRUE)

……

79 Lin(cp49,,or 100)

80 PTP(home,,or 100)

在該程序中，焊接電流設(shè)置為220 A，電壓為24 V，焊接速度為4 mm/s，則焊完一道焊縫(150 mm)需要：t1=150 mm÷4 mm/s=37.5 s。

以焊接長(zhǎng)度2 990 mm的玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁為例，完全焊完整根橫梁共計(jì)有24道焊縫，加上焊接機(jī)器人本身抬槍空運(yùn)行時(shí)間，以及吊裝、翻轉(zhuǎn)橫梁等輔助時(shí)間，計(jì)20 min，則焊接一根玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁總工時(shí)為：T=t1×24+20 min=37.5 s×24+20 min≈30 min。

則一個(gè)班次(以8 h計(jì))，可焊接約16根玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁。

3 對(duì)比傳統(tǒng)焊接技術(shù)，本應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)

玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁，為保證最大程度阻止工件變形，人工焊接采用先在一邊焊一固定長(zhǎng)度段，再在相對(duì)應(yīng)的另一邊焊同樣長(zhǎng)度一段。焊幾段后，再將橫梁翻轉(zhuǎn)180°，進(jìn)行另一面的焊接。如此反復(fù)，直到將橫梁上下兩頂板滿(mǎn)焊在中間立板上為止。其工時(shí)為4根/班，一班按8 h計(jì)算。采用焊接機(jī)器人后，可得到如下受益結(jié)果：

1)焊縫美觀、均勻，焊縫高度可控，且一致性較高。焊接機(jī)器人采用程序化控制，按照事先設(shè)定好的程序運(yùn)作。在編程時(shí)，調(diào)整好焊機(jī)電壓與電流，同時(shí)注意調(diào)整好焊接速度，則焊接熔池都以勻速鋪開(kāi)在焊縫中。

2)變形程度低，加工余量可控，降低后期橫梁校正時(shí)間，減少報(bào)廢率。采用兩臺(tái)機(jī)器人對(duì)焊，保證焊件兩邊受力、受熱對(duì)等，降低工件應(yīng)力變形，為后續(xù)加工保證余量，同時(shí)也可減少工藝板材放量[4]。

3)效率高，工時(shí)費(fèi)用低，每年可為公司減少工資支出15萬(wàn)元/人。編制好程序后，則以后相同規(guī)格的工件都可采用這一程序進(jìn)行焊接，工人操作時(shí)只需按啟動(dòng)鍵即可。以2 990 mm長(zhǎng)橫梁計(jì)算，焊接完所用時(shí)間為30 min，則每班可焊接16根，為之前人工焊接的四倍。

4)生產(chǎn)安全，有利于車(chē)間職工身體安全。機(jī)器人可采用遠(yuǎn)程控制，在工人將工件在工裝上安裝完畢后，后退至安全區(qū)域后再啟動(dòng)焊接機(jī)器人。這樣有效避免身體受到焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱輻射和有害氣體，保證職工身體健康[5]。

新應(yīng)用的技術(shù)參數(shù)具體有以下三點(diǎn)：(1)焊接速度：4 mm/s；(2)焊縫高度：8～10 mm；(3)焊后變形量：≤1 mm。

4 結(jié) 論

玻璃退火窯傳動(dòng)橫梁是浮法玻璃生產(chǎn)線的重要零部件，批量大，焊接作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)，使用該方案后，車(chē)間實(shí)行倒班制，機(jī)器24 h不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最大化滿(mǎn)足生產(chǎn)進(jìn)度需要。實(shí)行該應(yīng)用方案后，提高了生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，降低了人工成本，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，該應(yīng)用方案自2019年開(kāi)始先后在多個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)中投入使用，使得產(chǎn)線自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步提升。