螺柱焊系統(tǒng)的故障分析及預(yù)防措施研究

滕 飛

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司，上海 201804）

螺柱焊是指通過(guò)拉弧焊接將金屬螺柱、銷釘或類似連接緊固件焊至工件上的焊接方法。螺柱焊系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)器人、焊機(jī)、送料系統(tǒng)、電源分配系統(tǒng)、焊槍、接地等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析，人們發(fā)現(xiàn)，螺柱焊系統(tǒng)的故障由焊接姿態(tài)、送料故障、硬件連接故障和軟件匹配問(wèn)題等構(gòu)成。

1 螺柱焊常見(jiàn)故障

1.1 送料故障

送料故障以卡釘為主，按照螺釘?shù)妮斔瓦^(guò)程，存在四種卡釘位置：螺釘在進(jìn)入滑軌處的踢刀處卡釘、在滑軌上卡釘、在軌道到送釘管的切刀處卡釘、在焊槍中卡釘。

1.1.1 螺釘在進(jìn)入滑軌處的踢刀處卡釘

此種情況的主要原因是踢刀踢釘角度或踢釘位置不正確，即踢刀與滑軌不平行或踢刀作用點(diǎn)正在螺柱徑向上。

1.1.2 在軌道上卡釘

此故障可從兩方面查找原因：設(shè)備調(diào)整不到位或螺柱質(zhì)量問(wèn)題。設(shè)備調(diào)整不到位可細(xì)分為：滑軌傾角不合適，傾角過(guò)大過(guò)小均有可能造成此問(wèn)題；滑軌蓋板高度設(shè)置不合理。螺柱質(zhì)量問(wèn)題分為：螺釘法蘭厚度不正確和螺釘油污致滑過(guò)重。

螺釘?shù)姆ㄌm厚度過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致在導(dǎo)軌輸送過(guò)程中產(chǎn)生前后的疊加而卡在滑軌中或法蘭釘法蘭（非焊接端面）一圈上的厚度不一致，個(gè)別法蘭局部偏厚，其在進(jìn)入滑軌后旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致偏厚處受滑軌蓋板高度限制而卡釘。

螺釘?shù)挠臀蹠?huì)導(dǎo)致車間粉塵黏結(jié)在滑軌上，由于螺釘在滑軌上是靠自重重力的影響而向下滑動(dòng)的，當(dāng)其粘上粉塵后，螺釘將不能自由滑動(dòng)而卡釘。

1.1.3 在軌道到送釘管的切刀處卡釘

此故障最常見(jiàn)的原因是：設(shè)備調(diào)整不到位，即切刀運(yùn)動(dòng)的速度與送釘速度不匹配，導(dǎo)致螺釘回落至切刀的運(yùn)行腔，卡住切刀，從而致使螺釘無(wú)法送出。

1.1.4 在焊槍中卡釘

此故障主要由接收塊磨損、螺釘法蘭直徑過(guò)大或不圓、螺釘油污致接收塊粘到灰塵鐵屑等幾大原因?qū)е隆?/p>

1.2 焊接姿態(tài)

焊接姿態(tài)問(wèn)題主要有：焊槍在焊接中不在零件焊接點(diǎn)的法向，螺柱焊接后虛焊或螺柱偏轉(zhuǎn)；焊槍在焊接運(yùn)動(dòng)中，焊槍的管線與機(jī)器人臂發(fā)生纏繞、扭曲，導(dǎo)致焊槍在焊接中運(yùn)動(dòng)不暢，甚至無(wú)法運(yùn)動(dòng)。這兩種情況均會(huì)引起焊接故障。

1.3 軟件匹配問(wèn)題

機(jī)器人程序結(jié)構(gòu)不合理，機(jī)器人程序軟件的信號(hào)時(shí)序與焊接的時(shí)序要求不完全匹配（即邏輯順序不一致）。當(dāng)出現(xiàn)此種問(wèn)題時(shí)，常常會(huì)表現(xiàn)如下故障：焊點(diǎn)缺失，焊接中停機(jī)但不反饋故障信息，焊接缺陷等。

1.4 硬件連接故障

接地線、焊接線連接不可靠，將導(dǎo)致無(wú)法焊接或焊接不良等問(wèn)題；測(cè)量線連接不良，將導(dǎo)致焊接不良等質(zhì)量問(wèn)題；如控制通信線連接不可靠，將可能導(dǎo)致程序調(diào)用錯(cuò)亂、動(dòng)作不正確，甚至不能動(dòng)作等。

2 故障預(yù)防措施

針對(duì)以上故障，本文分析研究了對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求

2.1.1 被焊零件材料及板厚

被焊零件需是碳鋼；材料厚度應(yīng)不小于0.65mm，尤其是焊接件是接地螺栓或大頭釘時(shí)（易焊穿），螺柱不可焊接在“L”零件的根部，以免出現(xiàn)磁偏吹。

2.1.2 被焊零件的平整度

M5的螺柱，需要Ф30mm的平臺(tái)，平臺(tái)最小不小于Ф25mm；M6的螺柱，需要Ф35mm的平臺(tái)，平臺(tái)最小不小于Ф30mm。如必須焊接在弧面上，曲率半徑要求不小于400mm。

2.2 工藝工裝設(shè)計(jì)要求

2.2.1 工裝工具的設(shè)計(jì)

（1）反面支撐。當(dāng)被焊零件材料板厚小于1.2mm，且背面50mm范圍內(nèi)無(wú)其他零件支撐時(shí)，需做反面支撐；反面支撐須與工裝絕緣，材質(zhì)為耐磨的銅質(zhì)。

（2）導(dǎo)套。導(dǎo)套內(nèi)徑比焊槍滅弧罩外徑大1mm，M5及接地螺栓31mm，M5螺栓26mm。導(dǎo)套高度25mm，材質(zhì)要求為銅質(zhì)。

（3）接地。大零件，如地板分總成等，需2塊以上標(biāo)準(zhǔn)接地塊，對(duì)稱分布；接地電纜截面積要求不小于90mm2，需采用壓線鼻；工裝上應(yīng)采用分線排，將電壓檢測(cè)及接地線分到接地塊。

（4）管線敷設(shè)。管線需懸掛或鋪設(shè)在地面用蓋板保護(hù)，防止管線彎折損壞。

2.2.2 焊接路徑

機(jī)器人焊接時(shí)，同一把槍的焊接方向最好控制在2個(gè)方向，最多不能超過(guò)4個(gè)方向，以防止焊接中姿勢(shì)過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致管線纏繞，出現(xiàn)卡釘。人工焊接時(shí)，應(yīng)防止反手或反向焊接，如有這種情況可考慮工裝旋轉(zhuǎn)。

2.3 設(shè)備選型要求

2.3.1 送釘方式的選擇

螺釘數(shù)量多于4顆的選用自動(dòng)送釘。

2.3.2 角度檢測(cè)功能選擇

首選帶角度檢測(cè)功能的設(shè)備，在如下情況下必須選用帶角度檢測(cè)功能設(shè)備：弧面或可能出現(xiàn)沖壓褶皺部位（如弧面拉伸區(qū)域的平面、翻遍邊緣）上的螺柱焊接必須選用帶角度檢測(cè)功能的焊接設(shè)備；操作有需仰焊或反向焊接等操作不便的姿勢(shì)時(shí)，必須選用帶角度檢測(cè)功能的焊接設(shè)備。

2.3.3 焊槍的選擇

相同螺栓而零件板厚差異滿足以下條件時(shí)，不能采用同一套焊接規(guī)范，如手動(dòng)焊接時(shí)，需用不同的焊槍：表面鍍層相同，焊接板厚差別在0.4mm及以上，且薄板厚度不大于1.0mm時(shí)；表面鍍層不同，厚板板厚低于1.2mm。機(jī)器人抓焊槍焊接需要選配機(jī)器人管線固定托架。機(jī)器人需注意配置專用的螺柱焊軟件包。

2.4 安裝調(diào)試要求

2.4.1 電源安裝

插接箱空開(kāi)不小于60A，通常采用200A。焊機(jī)接線處采用三相五線的防爆插頭，插頭安裝要牢固，電源插上需注意卡口是否扣緊，否則容易拉弧發(fā)生焊接故障或電壓不正常故障。電源接線擰緊并做標(biāo)記，否則容易出現(xiàn)拉弧設(shè)備故障，出現(xiàn)電流過(guò)小或電壓過(guò)高的焊接故障。

2.4.2 管線安裝

電纜應(yīng)插到底，并鎖緊卡口，否則容易拉弧、漏氣發(fā)生焊接故障或焊槍前進(jìn)后退不到位，或動(dòng)作緩慢，延時(shí)報(bào)警；焊接控制電纜及送頂管應(yīng)舒展、無(wú)彎折，尤其是送頂管不可繞圈扭曲，否則容易卡釘或線纜損壞；管線不能與圍欄、托架之間有滑動(dòng)摩擦，需做固定，否則電纜容易磨損。

管線吊掛托架需做成弧形，否則在吊掛處彎折，管線容易折斷或卡釘；機(jī)器人臂上需采用管線固定托架進(jìn)行安裝，否則管線容易摩擦損壞，或纏繞扭曲導(dǎo)致卡釘；六軸焊槍安裝處，應(yīng)留有余量，余量的判斷方法為，焊槍在六軸的所有活動(dòng)范圍內(nèi)前進(jìn)后退，管線與六軸關(guān)節(jié)無(wú)摩擦，且無(wú)彎折扭曲，否則電纜容易磨損或卡釘。

管線兩端與送釘器及焊槍連接處，螺栓應(yīng)連接緊固，否則易出現(xiàn)送頂管、送釘器和焊槍之間有間隙，發(fā)生卡釘；手工螺柱焊，焊槍及管線應(yīng)采用平衡器吊掛，管線吊掛處應(yīng)采用弧形托架，防止管線受力集中發(fā)生彎折。敷設(shè)在地面的管線應(yīng)安裝蓋板，防止管線被踩踏損壞。

2.4.3 焊槍安裝

焊槍固定板在機(jī)器人臂上的安裝必須平整，否則焊槍安裝板容易斷裂。檢查方法是，觀察焊槍安裝板與支架之間的間隙是否一致。安裝螺栓必須緊固，并做擰緊標(biāo)識(shí)。

2.4.4 工裝安裝

（1）接地塊的安裝。接地塊必須是標(biāo)準(zhǔn)的形式；零件在夾緊狀態(tài)時(shí)，接地塊必須與零件夾緊，平面與接地塊均勻接觸；接地塊上接地線及電壓發(fā)饋線需擰緊，接地線必須采用壓線鼻；固定焊槍的接地塊安裝在抓手上。

（2）分線排的安裝。工裝上接地塊數(shù)量在兩塊及以上時(shí)，需使用標(biāo)準(zhǔn)的分線排，接地線和測(cè)量反饋線分開(kāi)安裝；固定螺栓必須擰緊，并做擰緊標(biāo)記。

（3）反向支撐。反向支撐與工裝之間需用2mm后的絕緣墊塊絕緣且支架邊緣絕緣墊塊應(yīng)露出2～3mm，否則零件容易與支撐拉??；反向支撐應(yīng)采用耐磨的銅質(zhì)或尼龍。

（4）導(dǎo)套。需檢查導(dǎo)套的直徑與設(shè)計(jì)是否相符；導(dǎo)套中心線與零件應(yīng)垂直，否則容易產(chǎn)生虛焊或焊偏的缺陷；導(dǎo)套下端離零件的高度5mm。

2.4.5 焊接調(diào)試

（1）焊接參數(shù)。常規(guī)設(shè)置：焊接電流=焊接面直徑（mm）×110A；焊接時(shí)間=焊接電流×0.04ms。注意，當(dāng)焊接板厚小于1mm時(shí)，不能按照上述計(jì)算，需要采用大電流、短時(shí)間；通常電壓范圍在15～30V，當(dāng)零件表面狀態(tài)較差時(shí)，電壓會(huì)偏高。

（2）送料調(diào)試。送料需注意送釘時(shí)間和送釘吹氣壓力的配合；送釘時(shí)間通常在1000～1500ms，跟釘?shù)拇笮『退歪敼荛L(zhǎng)度相關(guān)；送釘調(diào)試中，需注意送釘導(dǎo)軌的角度，以釘在導(dǎo)軌上可自由下滑，且螺釘無(wú)堆疊卡死為準(zhǔn)；調(diào)試完后可進(jìn)行50～100次連續(xù)送釘測(cè)試，要求無(wú)卡滯。

（3）焊槍調(diào)試。要檢查焊槍活動(dòng)順暢無(wú)卡滯，需特別注意：滅弧罩或頂桿比卡抓高出2mm；螺柱伸出滅弧罩或頂桿的高度在2～3mm；手動(dòng)可用卡規(guī)檢查；自動(dòng)焊槍現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，可用1元硬幣貼近頂桿，螺釘法蘭底面與硬幣平齊，確保螺釘高出頂桿1.5mm以上。

（4）焊接垂直度調(diào)整。手動(dòng)、半自動(dòng)采用光柵檢測(cè)垂直度；自動(dòng)無(wú)檢測(cè)；手動(dòng)、半自動(dòng)靠導(dǎo)套保證，導(dǎo)套的軸線與零件的發(fā)現(xiàn)需平行；導(dǎo)套的高度會(huì)影響焊接垂直或螺柱伸出長(zhǎng)度的校取。導(dǎo)套高度的判斷標(biāo)準(zhǔn)：焊槍滅弧罩3個(gè)接觸角與零件接觸后，導(dǎo)套與滅弧罩臺(tái)階間有2～3mm間隙；導(dǎo)套的內(nèi)徑會(huì)影響焊接垂直情況；自動(dòng)焊槍，靠焊接姿態(tài)保證垂直。

2.5 正式生產(chǎn)階段

2.5.1 日常檢查

（1）焊槍。滅弧罩及卡抓飛濺清理；螺柱是否在滅弧罩中心（同心檢查）；卡抓是否損壞；卡抓是否鎖緊；推動(dòng)焊槍，查看焊槍活動(dòng)是否順暢。

（2）接地線?；蝿?dòng)接地線連接，檢查是否有松動(dòng)；檢查接地線是否有破損或異常彎折。

（3）工裝導(dǎo)套。清理導(dǎo)套飛濺；檢查導(dǎo)套是否松動(dòng)或磨損。

2.5.2 周或月度檢查

（1）焊槍。打開(kāi)接收塊蓋板，檢查接收塊磨損情況；打開(kāi)接收塊蓋板，手動(dòng)送釘，檢查送釘頂針動(dòng)作是否順暢；檢查頂針是否磨損；送釘管處是否漏氣。

（2）送料器。檢查送頂管處是否漏氣；檢查螺釘導(dǎo)軌處是否松動(dòng)；導(dǎo)軌及送料箱內(nèi)灰塵、銅屑是否及時(shí)清理；送釘管處是否漏氣；檢查送料器切釘裝置是否磨損或漏氣。

（3）焊機(jī)。內(nèi)部灰塵用干燥空氣清潔，開(kāi)展接線緊固檢查。

3 結(jié)論

通過(guò)措施實(shí)施前后的對(duì)比分析，筆者得出如下結(jié)論：找出螺柱焊的設(shè)備和質(zhì)量缺陷的根本原因，并制定落實(shí)預(yù)防措施，可以有效控制螺柱焊生產(chǎn)的穩(wěn)定性；設(shè)備長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行需要保障團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效可靠的維護(hù)保養(yǎng)。