焊接機(jī)器人應(yīng)用痛點(diǎn)與調(diào)試方法

程中甫 劉成

摘 要：科技進(jìn)步在改變了人們生活方式的同時(shí)，也促進(jìn)了工業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)進(jìn)程。焊接機(jī)器人是集數(shù)控、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)于一身，在社會(huì)建設(shè)工作大力開展的態(tài)勢(shì)之下，衍生出的新型焊接方式。焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，不僅提升了焊接的品質(zhì)及效率，也改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、有效地控制了企業(yè)的生產(chǎn)成本。通過焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究分析，了解焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)，焊接機(jī)器人技術(shù)的主要應(yīng)用，未來(lái)焊接機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的主要方向，使焊接機(jī)器人技術(shù)得以更好的應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：社會(huì)建設(shè);焊接機(jī)器人;技術(shù)應(yīng)用;展望

引言

焊接是工業(yè)建設(shè)中經(jīng)常會(huì)用到的一種技術(shù)，其焊接水平及工藝直接會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。隨著我國(guó)社會(huì)建設(shè)工作的大力開展，焊接技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域變得越來(lái)越廣，同時(shí)對(duì)于焊接技術(shù)也提出了更高的要求。焊接機(jī)器人出現(xiàn)，不僅提升了焊接的精度及效能，也使焊接中對(duì)人體產(chǎn)生危害的電弧、煙塵得到了更好的控制。通過分析焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)，了解焊接機(jī)器人技術(shù)的主要應(yīng)用，為未來(lái)焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與拓展，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，正好的服務(wù)于我國(guó)的社會(huì)建設(shè)事業(yè)。

1.焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)

1.1更好地保證了勞動(dòng)者的健康

在傳統(tǒng)焊接作業(yè)的環(huán)境之下，人們通過要適應(yīng)各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，不僅會(huì)對(duì)作業(yè)者的身體造成一定的損害，同時(shí)也會(huì)降低整個(gè)工程的安全系數(shù)。焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)焊接方式帶來(lái)的弊端，不但可以適應(yīng)各種條件惡劣的環(huán)境，同時(shí)也能提升整個(gè)焊接過程的安全系數(shù)，降低了整體作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效能，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，對(duì)于整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)換代，具有重要的指導(dǎo)意義。

1.2提升了焊接的品質(zhì)

焊接機(jī)器人作業(yè)之前，技術(shù)人員可以根據(jù)企業(yè)的品質(zhì)要求，通過對(duì)電流、電壓及速度的控制，使焊接的品質(zhì)得到更好的控制。同時(shí)，焊接機(jī)器人還能避免傳統(tǒng)焊接技術(shù)中人為主觀因素對(duì)焊接品質(zhì)產(chǎn)生的消極作用。

1.3能夠更好的保證生產(chǎn)的效能

焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，能夠根據(jù)生產(chǎn)的要求進(jìn)行流速、電流、電壓等相關(guān)參數(shù)的控制，從而更好的保證了生產(chǎn)的效能。與此同時(shí)，焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)24h不間斷作業(yè)，技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃及定單的需求，對(duì)焊接機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而使企業(yè)能夠按照原定的計(jì)劃開展相關(guān)的工作，提升了整體工作的效能。

2.焊接機(jī)器人主要技術(shù)問題

2.1焊接工藝參數(shù)調(diào)試及焊絲選擇

機(jī)器人需要確定的工藝參數(shù)包括焊接參數(shù)、多道焊相對(duì)位置參數(shù)、擺動(dòng)參數(shù)及電弧跟蹤參數(shù)等，為實(shí)現(xiàn)各參數(shù)之間的良好匹配，需要進(jìn)行大量調(diào)試試驗(yàn)，以最大化的發(fā)揮機(jī)器人焊接穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。一旦確定了合適的參數(shù)，機(jī)器人就可以穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)具有良好成形的焊縫。

機(jī)械臂在執(zhí)行行走、尋位、焊接等操作時(shí)，送絲軟管隨之頻繁扭動(dòng)，使用傳統(tǒng)的有縫藥芯焊絲可能導(dǎo)致藥粉泄露堵塞送絲軟管，而無(wú)縫焊絲則不存在這樣的問題;此外，使用無(wú)縫藥芯焊絲還可以有效避免藥芯受潮帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2.2立角焊焊縫容易鼓包現(xiàn)象

立角焊熱輸人水平高于平角焊，工藝開發(fā)過程中通常不會(huì)遇到接頭硬度超標(biāo)問題，但是小焊腳工藝容易出現(xiàn)余高過高的問題。

由下向上焊接的立角焊，當(dāng)熔池受到的電弧吹力和表面張力不足以抵抗重力時(shí)，熔融金屬會(huì)沿著焊縫中心向下流淌，凝固后導(dǎo)致焊縫中心鼓起，余高過高。且鼓起沿著焊接方向越發(fā)明顯，這是由于在焊接過程中，鋼板溫度不斷升高，熔池結(jié)晶速度變慢，向下流淌現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，焊縫中心鼓起也越發(fā)明顯。

通過提高焊接速度可以有效改善焊縫成形，F(xiàn)3 40-2在同時(shí)增加焊接電流、焊接速度并保持熱輸入不變的條件下，熔池結(jié)晶速度加快，可有效避免熔融金屬沿焊縫向下流淌，從而達(dá)到控制余高的目的。

3.焊接機(jī)器人參數(shù)調(diào)試方法

上述問題是在焊接機(jī)器人使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到的技術(shù)問題，為充分挖掘焊接機(jī)器人在實(shí)際工藝過程中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有必要結(jié)合焊件的特殊工藝要求，對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行更加精準(zhǔn)的參數(shù)調(diào)試，有效的參數(shù)調(diào)試包括：電弧跟蹤、擺動(dòng)和多層多道焊參數(shù)調(diào)試，具體如下：

3.1電弧跟蹤參數(shù)

若機(jī)器人沒有配備視覺傳感器等輔助裝置用于焊接過程中的糾偏，則需要用到機(jī)器人自帶的電弧跟蹤功能來(lái)實(shí)現(xiàn)焊縫糾偏。

ABB機(jī)器人可選的電弧跟蹤類型（track type）包括中心線跟蹤、自適應(yīng)跟蹤、單側(cè)（左、右、高度方向）跟蹤，角焊縫通常選用中心線跟蹤。選擇跟蹤類型后還需給定gain_y&gain_ z值，用于設(shè)定電弧跟蹤修正靈敏度的大小，數(shù)值越大，系統(tǒng)修正響應(yīng)速度越快。賦值區(qū)間為1100的整數(shù)，初始值的設(shè)定視擺動(dòng)寬度而定，通常初始賦值30即可，若擺動(dòng)寬度很小，可以從賦值5開始嘗試。

完成上述初始設(shè)定后需要通過試驗(yàn)確定跟蹤基準(zhǔn)電流（Current）?；鶞?zhǔn)電流確定后，機(jī)器人可以根據(jù)焊接過程中的實(shí)際電流與基準(zhǔn)電流的差異對(duì)焊槍動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整，包括Y方向（擺動(dòng)方向）的糾偏，以及Z方向?qū)笜屌c工件距離的調(diào)整，如測(cè)量電流小于基準(zhǔn)電流，則機(jī)器人會(huì)控制焊槍接近工件，此時(shí)測(cè)量電流會(huì)隨之增大直到等于基準(zhǔn)電流;反之，如測(cè)量電流大于基準(zhǔn)電流，則機(jī)器人會(huì)控制焊槍遠(yuǎn)離工件直到電流減小到與基準(zhǔn)電流一致。

3.2電弧擺動(dòng)參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)Y方向的電弧跟蹤功能（避免出現(xiàn)偏焊），無(wú)論是平角焊工藝還是立角焊工藝，都要求焊槍必須擺動(dòng)（Y方向）?？梢赃x用的擺動(dòng)路徑形狀（weave_shape）包括不擺動(dòng)、Z字形擺動(dòng)、V字形擺動(dòng)、三角形擺動(dòng)和圓形擺動(dòng)，角焊縫工藝通常采用Z字形擺動(dòng)。

選定擺動(dòng)路徑形狀后還需要選擇擺動(dòng)類型（weave_type），包括6軸同時(shí)參與擺動(dòng)、腕部擺動(dòng)、1，2，3軸擺動(dòng)和4，5，6軸擺動(dòng)，電弧焊通常選用4，5，6軸擺動(dòng)，這也是擺動(dòng)頻率最高的類型，適合焊接。

完成上述初始設(shè)定后需要通過試驗(yàn)確定擺動(dòng)動(dòng)作幾何參數(shù)以滿足焊縫成形要求，包括：

（1） weave一 length，在擺動(dòng)類型選定為4，5，6軸擺動(dòng)的條件下，weave_ length即為擺動(dòng)頻率（擺動(dòng)完成1個(gè)完整周期所用時(shí)間的倒數(shù)）。

（2） weave_ width，擺動(dòng)寬度，在Z字形擺動(dòng)條件下即為擺動(dòng)幅度（Y方向）。

（3）dwell_ left/ right/ center，在擺動(dòng)左右極限位置/中間位置停留長(zhǎng)度。

3.3多層多道參數(shù)

多層多道焊每一道的焊接、擺動(dòng)、跟蹤參數(shù)相互獨(dú)立，可以按照前文介紹的方法分別設(shè)置，但需要給出相鄰兩條焊道的相對(duì)位置關(guān)系（當(dāng)前焊道TCP相對(duì)于上一道的偏置參數(shù)）?？梢越Y(jié)合工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇焊接方向（Direction），Direction賦值為“1”代表與上一道同向，“一1”代表與上一道反向。選擇焊接方向完成后需要設(shè)置TCP的平移距離（seamoffs_y&seamoffs_ z）和旋轉(zhuǎn)角度（seamrot一 x & seamrot_y）。

以雙層雙道平角焊為例，第一道焊接完成后，通過TCP平移與轉(zhuǎn)動(dòng)，確定第二道的位置，而不需要重新示教或?qū)の粊?lái)確定第二道行走路徑。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究分析，認(rèn)識(shí)到焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)：更好地保證了勞動(dòng)者的健康、提升了焊接的品質(zhì)、能夠更好地保證生產(chǎn)的效能，相信科技水平的不斷完善及專業(yè)技術(shù)人員的共同努力之下，焊接機(jī)器人技術(shù)會(huì)得到更好的進(jìn)步，為社會(huì)建設(shè)工作的有序開展及人們生活水平的提升，提供更加強(qiáng)大的助力。

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注：廣東省高性能伺服系統(tǒng)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（HPSKL202 1KT03）資助項(xiàng)目。