淺談傳統(tǒng)焊接技術(shù)與焊接機(jī)器人技術(shù)的差距
2021/2/20 10:40:15 點(diǎn)擊：
山東山姆自動(dòng)化設(shè)備有限公司坐落在美麗的泉城濟(jì)南。公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、信息咨詢于一體的專業(yè)化高新技術(shù)企業(yè)。主要產(chǎn)品有工業(yè)機(jī)器人、潔凈機(jī)器人、智能物流裝備、AGV自動(dòng)導(dǎo)引車、軌道交通裝備、智能服務(wù)型機(jī)器人、自動(dòng)化裝配檢測線、節(jié)能環(huán)保裝備、能源裝備和機(jī)械自動(dòng)化等。涉足領(lǐng)域涵蓋汽車、工程機(jī)械、機(jī)車車輛、電力、造船、壓力容器、石油、家用電器、軍工等行業(yè)。
連接板是工程起重機(jī)的常用部件，其結(jié)構(gòu)主要由底板和四根銷柱組成。銷釘與底板采用圓角焊固定。原焊接方法為手工CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲焊接工藝。由于焊縫為圓形角焊縫，手工操作容易造成焊縫外觀質(zhì)量差、焊接效率低、焊縫環(huán)與焊件環(huán)結(jié)合不良，同時(shí)容易造成“脫焊”等缺陷，為保證焊縫外觀質(zhì)量，必須使用磨床焊后打磨焊縫，也容易增加焊接成本。通過分析，確定采用焊接機(jī)器人對工件進(jìn)行焊接操作。關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的焊接機(jī)器人操作系統(tǒng)，開發(fā)合理的焊接工藝，保證成本和質(zhì)量的有效統(tǒng)一。
根據(jù)連接板的尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接形式，考慮到底板和四銷柱為單面焊接形式，焊縫在工件上分布均勻、規(guī)則，焊接過程無需移位即可滿足所有焊縫的焊接。為了降低成本，提高效率，在設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人總體方案時(shí)，決定不采用機(jī)器人周邊設(shè)備如車削加工等，而采用固定平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)工件的焊接定位。同時(shí)，為了提高焊接效率，焊接機(jī)器人系統(tǒng)方案采用一機(jī)兩站H型布局方式，即機(jī)器人本體固定在自制焊接定位平臺(tái)之間的兩個(gè)位置上，一個(gè)位置的焊接機(jī)器人可以自動(dòng)將工件焊接在人的一側(cè)，另一個(gè)位置可以交替裝卸工件，保證機(jī)器人的連續(xù)工作。
為了保證工件安裝定位的精度，減少機(jī)器人焊接軌跡的數(shù)量，保證機(jī)器人焊接軌跡與工件要求的焊接軌跡一致，在工件和焊接定位平臺(tái)上設(shè)計(jì)了定位銷孔，并進(jìn)行了精確定位焊接平臺(tái)上的連接板通過一個(gè)側(cè)面和兩個(gè)銷來實(shí)現(xiàn)。
機(jī)器人主體為六自由度關(guān)節(jié)式焊接機(jī)器人，配有麥科特全數(shù)字脈沖焊機(jī)電源，并配有自動(dòng)清槍、線切割和燃油噴射裝置及弧光安全保護(hù)裝置，滿足使用過程中安全防護(hù)和清槍的需要機(jī)器人的。
焊接工藝采用富氬混合氣+實(shí)心焊絲代替原CO2氣+藥芯焊絲。富氬保護(hù)焊熔池可視性好，操作方便，適用于全位置焊接。同時(shí)，在保護(hù)氣體的壓縮作用下，電弧熱量集中，焊接速度快，熔池小，熱影響區(qū)窄，焊接變形小，抗裂性好，焊接過程中采用惰性氣體保護(hù)，它具有焊接質(zhì)量好的特點(diǎn)，非常有利于焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化。然而，由于電弧的強(qiáng)光輻射，在焊接機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)電弧安全保護(hù)裝置。為了提高焊接效率，采用一次性焊接成形工藝，避免了焊接機(jī)器人重復(fù)定位造成的生產(chǎn)效率降低。
通過對各種電源的試驗(yàn)，并針對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合工件的材質(zhì)、形狀特點(diǎn)、尺寸精度要求、焊接長度和位置特點(diǎn)、焊接工作量和機(jī)器人的工作效率等進(jìn)行了研究，焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用全數(shù)字脈沖氣體保護(hù)焊電源，即脈沖MIG焊工藝電源。眾所周知，焊接過程中電弧控制的準(zhǔn)確性決定了焊接質(zhì)量。由于采用了數(shù)字化技術(shù)，控制系統(tǒng)的反饋時(shí)間比傳統(tǒng)焊機(jī)少幾個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了反饋的精度和靈敏度。采用脈沖焊接時(shí)，能提供適當(dāng)?shù)拿}沖波形，有效地控制每個(gè)脈沖只傳遞一個(gè)熔滴，使整個(gè)焊接過程中弧長保持不變，焊接過程中幾乎沒有飛濺，可實(shí)現(xiàn)超低熱量輸入焊接。同時(shí)，克服了傳統(tǒng)GMA焊機(jī)焊接后焊絲末端再打孔的影響，實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量與焊接效率的最佳匹配。
結(jié)合焊接質(zhì)量和焊接效率的需要，焊絲采用f1.6mm實(shí)心焊絲，既能滿足連接板的實(shí)際焊接需要，又有利于提高焊接效率。
(1) 電弧電壓和焊接電流電弧電壓是短路過渡的關(guān)鍵參數(shù)。匹配電弧電壓和焊接電流可以實(shí)現(xiàn)小飛濺、良好焊縫成形和穩(wěn)定性的焊接過程。經(jīng)多次試驗(yàn)，確定電弧電壓為20-25v，焊接電流為200-260a。
(2) 焊接速度?隨著焊接速度的提高，焊縫寬度、熔深和補(bǔ)強(qiáng)減小，易產(chǎn)生咬邊、氣孔、未焊透等缺陷;焊接速度低，易產(chǎn)生燒穿、組織粗糙、焊接變形大等問題。
經(jīng)多次試驗(yàn)，焊接速度設(shè)定在400-800mm/min，起弧時(shí)間為0.5s，�；r(shí)間為0.5s，機(jī)器人平均行走時(shí)間為1.5s。
(3) 用80%AR和20%CO2測定混合比和流量，CO2氣體純度≥99.5%。在確定燃?xì)饬髁繒r(shí)，應(yīng)充分考慮室內(nèi)外作業(yè)場所的差異。氣體流量過低，保護(hù)氣體硬度不足，焊縫易產(chǎn)生氣孔;流量過大，易產(chǎn)生廢氣。同時(shí)，由于存在湍流的可能性，保護(hù)性能差，在焊縫表面形成灰色氧化層，降低了焊縫質(zhì)量。一般情況下，氣體流量應(yīng)設(shè)定為15-25l/MI N。
(4) 隨著焊絲延伸長度的增加，焊絲上的電阻熱增大，焊絲熔化速度加快，生產(chǎn)效率高。但是，當(dāng)延伸長度過長時(shí)，焊絲易過熱，造成嚴(yán)重的截面熔合和飛濺，使焊接過程不穩(wěn)定。適當(dāng)?shù)难娱L長度應(yīng)為焊絲直徑的10-12倍，因此該焊接過程中焊絲的延長長度精確到16mm。
在按上述方案設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的實(shí)際焊接操作中，根據(jù)每組4個(gè)的固定位置，將連接板安裝在定位平臺(tái)上。在定位過程中，為了避免因輔助定位基準(zhǔn)的增加而增加成本和工藝，在定位方式的選擇上充分利用連接板本身的結(jié)構(gòu)作為定位基準(zhǔn)(見圖3)。定位方法是以銷柱內(nèi)孔和定位平臺(tái)上預(yù)先根據(jù)工件尺寸加工的定位孔為基準(zhǔn)，插入兩個(gè)定位銷，實(shí)現(xiàn)板與定位平臺(tái)上“一面兩銷”的精確定位連接。焊接機(jī)器人根據(jù)固定的行走軌跡和坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，可以有效地實(shí)現(xiàn)連接板的精確自動(dòng)焊接操作。
焊接機(jī)器人采用上述工藝和方案焊接連接板。工件定位精度高，機(jī)器人動(dòng)作精度高，焊接軌跡和焊縫重疊度高。使用傳統(tǒng)焊接技術(shù)和機(jī)器人焊接技術(shù)的焊縫成形如圖4和圖5所示。從圖中可以看出，機(jī)器人形成的焊縫美觀飽滿，焊接效率和焊接質(zhì)量明顯提高;使用實(shí)心焊絲后，無需清理焊渣，為改善作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度帶來了明顯的效果，也為充分利用自動(dòng)化、智能化、高效化的焊接機(jī)器人企業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)打下了良好的基礎(chǔ)。
以上就是本次分享的全部內(nèi)容，更多內(nèi)容請關(guān)注我們官方網(wǎng)站。
連接板是工程起重機(jī)的常用部件，其結(jié)構(gòu)主要由底板和四根銷柱組成。銷釘與底板采用圓角焊固定。原焊接方法為手工CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲焊接工藝。由于焊縫為圓形角焊縫，手工操作容易造成焊縫外觀質(zhì)量差、焊接效率低、焊縫環(huán)與焊件環(huán)結(jié)合不良，同時(shí)容易造成“脫焊”等缺陷，為保證焊縫外觀質(zhì)量，必須使用磨床焊后打磨焊縫，也容易增加焊接成本。通過分析，確定采用焊接機(jī)器人對工件進(jìn)行焊接操作。關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的焊接機(jī)器人操作系統(tǒng)，開發(fā)合理的焊接工藝，保證成本和質(zhì)量的有效統(tǒng)一。
根據(jù)連接板的尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接形式，考慮到底板和四銷柱為單面焊接形式，焊縫在工件上分布均勻、規(guī)則，焊接過程無需移位即可滿足所有焊縫的焊接。為了降低成本，提高效率，在設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人總體方案時(shí)，決定不采用機(jī)器人周邊設(shè)備如車削加工等，而采用固定平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)工件的焊接定位。同時(shí)，為了提高焊接效率，焊接機(jī)器人系統(tǒng)方案采用一機(jī)兩站H型布局方式，即機(jī)器人本體固定在自制焊接定位平臺(tái)之間的兩個(gè)位置上，一個(gè)位置的焊接機(jī)器人可以自動(dòng)將工件焊接在人的一側(cè)，另一個(gè)位置可以交替裝卸工件，保證機(jī)器人的連續(xù)工作。
為了保證工件安裝定位的精度，減少機(jī)器人焊接軌跡的數(shù)量，保證機(jī)器人焊接軌跡與工件要求的焊接軌跡一致，在工件和焊接定位平臺(tái)上設(shè)計(jì)了定位銷孔，并進(jìn)行了精確定位焊接平臺(tái)上的連接板通過一個(gè)側(cè)面和兩個(gè)銷來實(shí)現(xiàn)。
機(jī)器人主體為六自由度關(guān)節(jié)式焊接機(jī)器人，配有麥科特全數(shù)字脈沖焊機(jī)電源，并配有自動(dòng)清槍、線切割和燃油噴射裝置及弧光安全保護(hù)裝置，滿足使用過程中安全防護(hù)和清槍的需要機(jī)器人的。
焊接工藝采用富氬混合氣+實(shí)心焊絲代替原CO2氣+藥芯焊絲。富氬保護(hù)焊熔池可視性好，操作方便，適用于全位置焊接。同時(shí)，在保護(hù)氣體的壓縮作用下，電弧熱量集中，焊接速度快，熔池小，熱影響區(qū)窄，焊接變形小，抗裂性好，焊接過程中采用惰性氣體保護(hù)，它具有焊接質(zhì)量好的特點(diǎn)，非常有利于焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化。然而，由于電弧的強(qiáng)光輻射，在焊接機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)電弧安全保護(hù)裝置。為了提高焊接效率，采用一次性焊接成形工藝，避免了焊接機(jī)器人重復(fù)定位造成的生產(chǎn)效率降低。
通過對各種電源的試驗(yàn)，并針對試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合工件的材質(zhì)、形狀特點(diǎn)、尺寸精度要求、焊接長度和位置特點(diǎn)、焊接工作量和機(jī)器人的工作效率等進(jìn)行了研究，焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用全數(shù)字脈沖氣體保護(hù)焊電源，即脈沖MIG焊工藝電源。眾所周知，焊接過程中電弧控制的準(zhǔn)確性決定了焊接質(zhì)量。由于采用了數(shù)字化技術(shù)，控制系統(tǒng)的反饋時(shí)間比傳統(tǒng)焊機(jī)少幾個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了反饋的精度和靈敏度。采用脈沖焊接時(shí)，能提供適當(dāng)?shù)拿}沖波形，有效地控制每個(gè)脈沖只傳遞一個(gè)熔滴，使整個(gè)焊接過程中弧長保持不變，焊接過程中幾乎沒有飛濺，可實(shí)現(xiàn)超低熱量輸入焊接。同時(shí)，克服了傳統(tǒng)GMA焊機(jī)焊接后焊絲末端再打孔的影響，實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量與焊接效率的最佳匹配。
結(jié)合焊接質(zhì)量和焊接效率的需要，焊絲采用f1.6mm實(shí)心焊絲，既能滿足連接板的實(shí)際焊接需要，又有利于提高焊接效率。
(1) 電弧電壓和焊接電流電弧電壓是短路過渡的關(guān)鍵參數(shù)。匹配電弧電壓和焊接電流可以實(shí)現(xiàn)小飛濺、良好焊縫成形和穩(wěn)定性的焊接過程。經(jīng)多次試驗(yàn)，確定電弧電壓為20-25v，焊接電流為200-260a。
(2) 焊接速度?隨著焊接速度的提高，焊縫寬度、熔深和補(bǔ)強(qiáng)減小，易產(chǎn)生咬邊、氣孔、未焊透等缺陷;焊接速度低，易產(chǎn)生燒穿、組織粗糙、焊接變形大等問題。
經(jīng)多次試驗(yàn)，焊接速度設(shè)定在400-800mm/min，起弧時(shí)間為0.5s，�；r(shí)間為0.5s，機(jī)器人平均行走時(shí)間為1.5s。
(3) 用80%AR和20%CO2測定混合比和流量，CO2氣體純度≥99.5%。在確定燃?xì)饬髁繒r(shí)，應(yīng)充分考慮室內(nèi)外作業(yè)場所的差異。氣體流量過低，保護(hù)氣體硬度不足，焊縫易產(chǎn)生氣孔;流量過大，易產(chǎn)生廢氣。同時(shí)，由于存在湍流的可能性，保護(hù)性能差，在焊縫表面形成灰色氧化層，降低了焊縫質(zhì)量。一般情況下，氣體流量應(yīng)設(shè)定為15-25l/MI N。
(4) 隨著焊絲延伸長度的增加，焊絲上的電阻熱增大，焊絲熔化速度加快，生產(chǎn)效率高。但是，當(dāng)延伸長度過長時(shí)，焊絲易過熱，造成嚴(yán)重的截面熔合和飛濺，使焊接過程不穩(wěn)定。適當(dāng)?shù)难娱L長度應(yīng)為焊絲直徑的10-12倍，因此該焊接過程中焊絲的延長長度精確到16mm。
在按上述方案設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的實(shí)際焊接操作中，根據(jù)每組4個(gè)的固定位置，將連接板安裝在定位平臺(tái)上。在定位過程中，為了避免因輔助定位基準(zhǔn)的增加而增加成本和工藝，在定位方式的選擇上充分利用連接板本身的結(jié)構(gòu)作為定位基準(zhǔn)(見圖3)。定位方法是以銷柱內(nèi)孔和定位平臺(tái)上預(yù)先根據(jù)工件尺寸加工的定位孔為基準(zhǔn)，插入兩個(gè)定位銷，實(shí)現(xiàn)板與定位平臺(tái)上“一面兩銷”的精確定位連接。焊接機(jī)器人根據(jù)固定的行走軌跡和坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，可以有效地實(shí)現(xiàn)連接板的精確自動(dòng)焊接操作。
焊接機(jī)器人采用上述工藝和方案焊接連接板。工件定位精度高，機(jī)器人動(dòng)作精度高，焊接軌跡和焊縫重疊度高。使用傳統(tǒng)焊接技術(shù)和機(jī)器人焊接技術(shù)的焊縫成形如圖4和圖5所示。從圖中可以看出，機(jī)器人形成的焊縫美觀飽滿，焊接效率和焊接質(zhì)量明顯提高;使用實(shí)心焊絲后，無需清理焊渣，為改善作業(yè)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度帶來了明顯的效果，也為充分利用自動(dòng)化、智能化、高效化的焊接機(jī)器人企業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)打下了良好的基礎(chǔ)。
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