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            差在哪?傳統焊接技術于焊接機器人技術的對比

            2021-10-28 15:40:52

            導讀: 連接板是工程起重機常用的零部件,其結構如圖1所示,主要由底板和四個銷柱組成。銷柱與底板之間采用環形角焊縫焊接方式進行固定,以往的焊接方法采用手工CO2氣體保護加藥芯焊絲焊接工藝,由于焊縫為環形角焊縫,因而手工作業時容易造成焊縫外觀質量差。


            連接板是工程起重機常用的零部件,其結構如圖1所示,主要由底板和四個銷柱組成。銷柱與底板之間采用環形角焊縫焊接方式進行固定,以往的焊接方法采用手工CO2氣體保護加藥芯焊絲焊接工藝,由于焊縫為環形角焊縫,因而手工作業時容易造成焊縫外觀質量差,焊接作業效率低、焊縫環線與焊接部位環線結合性差等缺點,容易造成“脫焊”等情況,同時為保證焊縫外觀質量,焊接后需要采用砂輪機對焊縫進行打磨,也容易造成焊接成本的增加。通過分析,決定該工件采用焊接機器人進行焊接作業,關鍵是需要設計合理的焊接機器人操作系統和制定合理的焊接工藝,確保成本質量的有效統一。



            圖1連接板結構


            1.焊接機器人總體方案

            根據連接板的尺寸、結構特點以及焊縫的形式,考慮到底板和四個銷柱是采用單面焊縫形式,焊縫在工件上呈規則性均勻分布,焊接過程不需要變位即可滿足所有焊縫的焊接。為降低成本和提高效率,在進行焊接機器人整體方案設計時,決定不采用翻轉工裝等機器人周邊設備,而采用固定平臺方式實現工件的焊接定位,同時為提高焊接效率,焊接機器人系統方案采取一機雙工位的模式,H型布置方式,如圖2所示,即機器人本體固定在兩自制焊接工作定位平臺之間,工作時一工位焊接機器人對人一側工件進行自動焊接,另一工位可以裝卸工件,交替進行作業,保證機器人連續不停工作。



            圖2焊接機器人整體方案


            為確保工件安裝定位精度,減少機器人焊接尋蹤次數,確保機器人焊接運行軌跡與工件所需焊接軌跡一致,在工件和焊接定位平臺上設計有定位銷孔,通過一面兩銷形式實現連接板在焊接作業平臺上的準確定位。


            2.機器人本體選用

            機器人本體采用大呈焊接機器人具有六自由度的關節式焊接機器人,配套麥格米特全數字化脈沖焊機電源,并加設自動清槍剪絲噴油裝置和弧光安全防護裝置,滿足機器人使用過程中安全防護和清槍需要。


            3.焊接工藝的確定

            焊接工藝采用富氬混合氣體+實芯焊絲代替原有的CO2氣體+藥芯焊絲,富氬保護焊接具有熔池可見度好,操作方便、適宜于全位置焊接,同時電弧在保護氣體的壓縮下熱量集中,焊接速度較快,熔池小,熱影響區窄,焊接變形小,抗裂性能好,焊接過程中在惰性氣體保護下,具有焊接質量好的特點,非常利于焊接過程中的機械化和自動化。但由于電弧的光輻射較強,因此在焊接機器人總體方案設計中,需要設計弧光安全防護裝置進行安全保護。為提高焊接效率,采用一次施焊成形的工藝方法,避免由于焊接機器人重復定位而造成生產效率的降低。


            4.焊接電源的選用

            通過對多種電源的試用,并針對試用過程中出現的問題,結合工件的材質、形狀特性、尺寸精度要求、焊縫長度及位置特點,焊接工作量及機器人的工作效率,該焊接機器人系統采用全數字脈沖氣體保護焊電源,即脈沖MIG焊接工藝電源。眾所周知,焊接過程中電弧控制準確程度,決定著焊接質量越好好壞,而全數字脈沖氣體保護焊電源由于采用了數字化技術,因此控制系統的反饋時間比傳統的焊機減少了幾個數量級,提高了反饋的準確性和靈敏性。在采用脈沖焊接時,能提供相適宜的脈沖波形,還可有效控制每個脈沖只過渡一個熔滴,這使得整個焊接過程中弧長保持不變,焊接過程幾乎沒有飛濺,而且可以實現超低熱輸入的焊接,同時還可以克服傳統的GMA焊機焊接結束后,焊絲的末端會形成一個影響再引弧結球的缺陷,實現焊接質量和焊接效率的匹配。


            5.焊絲直徑選擇

            結合焊接質量和焊接效率的需要,焊絲采用f1.6mm的實芯焊絲,可以滿足連接板的實際焊接需要,同時也便于焊接效率的提高。


            6.焊接參數確定

            (1)電弧電壓及焊接電流電弧電壓是短路過渡時的關鍵參數,電弧電壓與焊接電流相匹配,可以實現飛濺小、焊縫成形良好和穩定的焊接過程。通過多次試驗,電弧電壓確定為20~25V,焊接電流確定為200~260A。

            (2)焊接速度?焊接速度提高,焊縫熔寬、熔深和余高均減小,容易產生咬邊、氣孔和未焊透等缺陷;焊速過低,容易產生燒穿、組織粗大、焊接變形大等問題。

            通過多次試驗,焊接速度定為400~800mm/min,焊接起弧時間為點/0.5s、收弧時間點/0.5s,機器人空走時間平均點/1.5s。

            (3)氣體混合比和流量確定采用80%Ar和20%CO2混合氣體,CO2氣體的純度≥99.5%。氣體流量的確定要充分考慮室內、室外作業地點的差別,氣體流量過低,保護氣體挺度不足,焊縫易產生氣孔;流量過大,容易浪費氣體,同時由于有可能出現紊流,而造成保護性變差,在焊縫表面形成灰色氧化層,使焊縫質量降低,一般氣體流量應定為15~25L/min。

            (4)焊絲伸出長度焊絲伸出長度增加時,焊絲上的電阻熱增加,焊絲熔化加快,生產效率高,但伸出長度過大時,焊絲容易產生過熱,造成成段熔斷、飛濺嚴重,從而使焊接過程不穩定,合適的伸出長度應為焊絲直徑的10~12倍,因此本焊接工藝焊絲的伸出長度確定為16mm。


            7.連接板的機器人實際焊接應用

            采用上述方案設計的焊接機器人實際焊接作業,連接板按照每組四個的固定位置安裝在定位平臺上。在定位過程中,為避免增加輔助定位基準而造成的成本增加和工序增加,在定位方式選擇上充分利用連接板自身的結構作為定位基準(見圖3),該定位方法以銷柱的內孔和事先按照工件尺寸在定位平臺上已加工出的定位孔為基準,插入兩個定位銷,即可以實現連接板在定位平臺上“一面兩銷”準確定位。焊接機器人按照固定的運行軌跡和坐標數據進行編程,可以有效實現連接板的準確自動焊接作業。



            圖3機器人焊接實際操作


            8.效果

            焊接機器人采用上述工藝及方案進行連接板焊接作業,工件定位精度高,機器人動作精度準確,焊接軌跡與焊縫重合度高,采用傳統焊接工藝和機器人焊接工藝焊縫成形情況如圖4、圖5所示。由圖可以明顯看出采用機器人的焊縫成形美觀、飽滿,因而焊接效率和焊接質量得到明顯提高;且使用實芯焊絲后,無需清理焊渣,對改善作業環境、降低工人勞動強度帶來了明顯的效果,也為企業自動化、智能化和高效化焊接機器人的全面投入使用,奠定的良好的應用基礎。


            圖4傳統焊接工藝焊縫


            圖5機器人焊接工藝焊縫

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