機器人焊接技術(shù)在液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中的應用

楊兆偉

（濟南煤炭科技研究院，山東鄒城 273500）

0 引言

隨著液壓支架需求量的不斷增加，當今液壓支架生產(chǎn)制造企業(yè)大多數(shù)還是以手工焊接作為主導的支架結(jié)構(gòu)件制造方式。而高端支架制造大部分部件都是采用高強板焊接，高強板焊接要求將焊件加熱至200 ℃，施焊溫度在80 ℃以上，焊工的焊接工作需要在不間斷的高溫條件下進行，工人的勞動強度非常大。并且，手工焊接受到人為因素的制約非常大，難以確保焊接效果，從而不利于支架性能的發(fā)揮。因為高端支架構(gòu)件板材較厚、尺寸大，具備復雜的焊接工藝，從而人工焊接難以提升焊接效率。鑒于此，完善機器人焊接技術(shù)在液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中的應用顯得非常迫切。

1 液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接技術(shù)的具體標準

結(jié)合焊接指標，焊接結(jié)構(gòu)件外形需要防范尖角。鉸接位置四孔同軸度是D1-2 mm。焊接直線不大于4 m 的情況下，焊接平面沒有標注的直線度公差是2‰；焊接直線在4 m 以上的情況下，此公差在3‰之內(nèi)；沒有標注的平面度公差無論在哪個方向，都需要確保誤差小于2 mm/m。并且，焊縫抗拉強度需要在520 MPa 以上。此外，全部焊縫務必符合Ⅱ級焊縫標準，禁止焊接缺陷（沒有熔合、氣孔、裂孔、夾渣等）形成，同時還要最大限度減少焊接變形。

2 液壓支架焊接機器人的發(fā)展情況

隨著智能制造的不斷發(fā)展和進步，汽車制造和工程機械等方面廣泛采用機器人焊接方式，大大提升了焊接質(zhì)量和制造效率。大部分的液壓支架應用立體交叉焊縫、中厚板經(jīng)短距離焊接而成，焊接可達性不高。另外，工件拼裝和定位需要非常高的精度，這大大提高了全自動焊接液壓支架機器人的應用難度。近年來，很多企業(yè)進行了焊接試驗工作，逐步在液壓支架連桿焊接生產(chǎn)中應用機器人焊接系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了連桿焊接質(zhì)量與自動化水平的提升。也有一部分企業(yè)在焊接復雜箱體構(gòu)件（支架底座、掩護梁、頂梁等）中應用了先進焊接機器人技術(shù)，實現(xiàn)了大規(guī)?；淖詣踊a(chǎn)模式。

當前液壓支架焊接中應用焊接機器人面臨以下問題：①液壓支架的構(gòu)造基本為箱型，其特點是拼裝數(shù)和焊接工位多、構(gòu)造多變，多變復雜的空間焊縫是其主要焊縫；②基本由中厚板拼焊而成的支架結(jié)構(gòu)件，下料和拼接存在較大誤差，焊接質(zhì)量難以保障；③多層多道焊是液壓支架焊接的主要形式，其要求較高的焊接機器人程序保障；④變位設備成本大，以及配套系統(tǒng)過于復雜，難以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)；⑤焊接機器人與變位設備互相對應，在高溫焊接狀況下焊接速度比工件降溫速度慢，重復加熱之后焊接效率下降。

3 液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中改進和完善的機器人焊接技術(shù)的應用

3.1 機器人焊接定位控制

自動化焊接液壓支架的實現(xiàn)，需要焊接機器人能夠進行空間位移以及保持標準的焊槍姿態(tài)。實時跟蹤定位功能的設置可以對坡口和焊縫寬度進行自動識別，主要有以下3 種技術(shù)。

（1）運動控制技術(shù)。多變復雜的空間焊縫是液壓支架構(gòu)件焊縫的主導，其需要焊接機器人對運行過程進行精準控制，確保順著工件焊縫的空間移動，以及對相關(guān)工藝參數(shù)進行協(xié)調(diào)。

（2）焊縫跟蹤和定位技術(shù)。液壓支架的組成是拼接的中厚板材，拼接時難以控制誤差，以及難以準確定位焊縫，想要使自動焊接實現(xiàn)，需要焊接機器人對改變的焊縫軌跡進行實時跟蹤，可以結(jié)合改變的焊縫坡口自主調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。在用機器人焊接液壓支架構(gòu)件中，現(xiàn)在有些企業(yè)應用激光焊縫跟蹤技術(shù)。

（3）多層多道焊接技術(shù)。因為液壓支架板材厚、尺寸大，為了降低工件熱變形量和減少熱輸入，多層多道焊接的應用較多。機器人焊接的重要技術(shù)是自動化多層多道焊接技術(shù)，該技術(shù)一般首先進行全部焊縫的打底焊接，然后實施蓋面焊接。

3.2 焊接區(qū)間電弧異常報警

（1）制作氣動除渣槍。為了有效清理機器人焊接之后形成的藥皮和焊渣，需要根據(jù)場地作業(yè)流程將焊渣清理干凈，結(jié)合工作現(xiàn)場的風源制作氣動除渣槍，其主要組成部分是快速接頭、保護套、除銹鋼針、進氣開關(guān)壓板等，有效兼顧作業(yè)時會傷害人體的情況，需要增加保護套，以有效防護作業(yè)人員，確保焊渣被清理過程中的安全性。

（2）焊接五步檢查排除。在具體焊接時，機器人報警——焊接區(qū)間電弧異常的現(xiàn)象會多次形成，為了消除該報警現(xiàn)象，根據(jù)場地焊接的具體要求制作一種實用和簡單的氣動清渣槍。這是一種專門的清除焊接藥皮工具，在進行焊接時應執(zhí)行五步檢查排除法，其具體環(huán)節(jié)如下：①將原點坐標設計于斷弧點，把焊槍動作至方便觀察、清理、安全的部位；②實時對導電嘴和噴嘴的現(xiàn)狀，需要的情況下迅速對導電嘴和噴嘴進行更換；③在焊絲送絲操作時，場地作業(yè)者注重觀察，當存在焊絲黏連的情況下實時手動清剪黏連的焊絲；④維持為22 mm 的清剪之后的焊絲干伸長度，確保焊絲部位在噴嘴中心點，以及垂直于噴嘴截面；⑤場地作業(yè)者應站在安全的地方，以自制工具對焊道表面的藥皮進行清理，防范傷害操作人員。

3.3 噴嘴接觸工件報警

對于具體焊接時工業(yè)機器人形成的報警現(xiàn)象——噴嘴接觸工件，需要制定有效的排除方法，重點基于下面6 項進行排除：①組對工件的過程中確保筋板跟底板和主筋之間垂直，工件蓋板的組對確保蓋板下臥主筋板的大小適宜；②為了對焊接前后的變形情況進行有效控制，應增加間隙值和支撐，需要認真根據(jù)工藝標準加墊；③裝夾的組對應確保異物不出現(xiàn)在組對平臺上，結(jié)合定位質(zhì)子擺放工件，對稱緊固螺母和裝夾錐筒，保障均勻地進行緊固；④焊接時應及時調(diào)整焊接參數(shù)，微微調(diào)節(jié)焊槍的偏移情況，在使前后進角跟左右傾角未發(fā)生改變的條件下實現(xiàn)批量生產(chǎn)的要求，防范根部扎進焊槍，避免燒毀導電嘴；⑤需要場地作業(yè)者預處理工件、預檢驗拼裝、常觀察焊接；⑥進行焊接時，應注重管理所有的控制節(jié)點，體現(xiàn)機器人的執(zhí)行力與人的積極主動性。

4 機器人焊接技術(shù)的應用成效

通過試驗機器人焊接技術(shù)在液壓支架構(gòu)件制造中的應用，以及結(jié)合重復摸索編程、找點、工藝、加緊等，使機器人焊接技術(shù)實現(xiàn)理想的應用效果。

4.1 優(yōu)化焊接工藝

結(jié)合固有焊接機器人程序以及條件的運行特點，在多次試驗之后設置了一套有別于手工焊接次序的、與機器人焊接相適應的焊接工藝。與手工焊接方式相比，該技術(shù)降低了焊接變形量和頂筋數(shù)量，完成了大采高柱窩、單雙連桿、掩護梁、推移桿、頂梁等程序的編程和優(yōu)化。目前，機器人焊接液壓支架構(gòu)件的編程技術(shù)仍在不斷進步。

4.2 提升焊接質(zhì)量

（1）焊接前后連桿、掩護梁、支架頂梁的試驗結(jié)論證實，角焊縫焊接成型且美觀，顯著優(yōu)于手工焊接方式，并且因為機器人根據(jù)相應的程序開展操作，相比于手工焊接方式，其大大降低了變形量。

（2）顯著提升角焊縫質(zhì)量。因為受到人員操作技能的差異或者工作態(tài)度的影響，人工焊接很難保障焊縫質(zhì)量，而機器人焊接技術(shù)只要調(diào)整好參數(shù)，就能確保焊縫達到相應的級別。通過試驗機器人對樣件的焊接情況，證實與焊接指標相符合。

4.3 提升焊接效率和安全性

人工焊接的過程中，為了對工件一系列部位的焊縫進行焊接，要求來回翻轉(zhuǎn)五六次工件，每一次的翻轉(zhuǎn)都要求兩名焊工與一名天車工的配合，耗費時間15 min 以上。應用機器人進行焊接，減少了焊接時翻轉(zhuǎn)工件的時間，當前工件在變位裝置上進行一次翻轉(zhuǎn)的時間在0.5 min 之內(nèi)。并且以往重點依賴變位機固定設備定位工件，難以精確地重復定位工件，可是機器人默認的坐標系與首件相同，從而造成批量焊接時存在撞槍和偏焊情況。機器人焊接技術(shù)的應用，不但減少了工人的勞動強度、減小了用工規(guī)模，之前焊接一件工件要求兩人，當前僅僅要求一人對機器人看守即可，并且可以同時焊接兩個工件，從而節(jié)省人工成本。機器人焊接技術(shù)的應用還優(yōu)化了工人工作環(huán)境，焊工勿需緊貼工件開展作業(yè)，減少焊接高溫和煙塵對人身的危害。

5 結(jié)論

綜上所述，液壓支架構(gòu)件制造中應用機器人焊接技術(shù)實現(xiàn)了理想的成效，不但優(yōu)化了焊接工藝，而且提升了焊接質(zhì)量和效率以及安全性，確保了焊接時的質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性，得到一線工作者的廣泛肯定。當然，由于受拉筋以及工件空間部位的制約，機器人難以焊接所有部位的焊縫，對難以進行焊接的位置和焊縫仍要求人工進行補焊。另外，對于坡口焊縫，因為下料機器人切割的坡口存在誤差、焊接機器人難以準確跟蹤，難以確保坡口焊縫的焊接質(zhì)量，因此未來還要不斷優(yōu)化和完善相關(guān)工作。