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传统焊接技术与焊接机器人技术有什么差距?

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  连接板是工程起重机的常用部件,其结构如图1所示,主要由底板和四根销柱组成。销钉与底板采用圆角焊固定。原焊接方法为手工CO2气体保护药芯焊丝焊接工艺。由于焊缝为圆形角焊缝,手工操作容易造成焊缝外观质量差、焊接效率低、焊缝环与焊件环结合不良,同时容易造成“脱焊”等缺陷,为保证焊缝外观质量,必须使用磨床焊后打磨焊缝,也容易增加焊接成本。通过分析,确定采用焊接机器人对工件进行焊接操作。关键是设计合理的焊接机器人操作系统,开发合理的焊接工艺,保证成本和质量的有效统一。

  根据连接板的尺寸、结构特点和焊接形式,考虑到底板和四销柱为单面焊接形式,焊缝在工件上分布均匀、规则,焊接过程无需移位即可满足所有焊缝的焊接。为了降低成本,提高效率,在设计焊接机器人总体方案时,决定不采用机器人周边设备如车削加工等,而采用固定平台来实现工件的焊接定位。同时,为了提高焊接效率,焊接机器人系统方案采用一机两站H型布局方式,如图2所示,即机器人本体固定在自制焊接定位平台之间的两个位置上,一个位置的焊接机器人可以自动将工件焊接在人的一侧,另一个位置可以交替装卸工件,保证机器人的连续工作。

  为了保证工件安装定位的精度,减少机器人焊接轨迹的数量,保证机器人焊接轨迹与工件要求的焊接轨迹一致,在工件和焊接定位平台上设计了定位销孔,并进行了精确定位焊接平台上的连接板通过一个侧面和两个销来实现。

  机器人主体为六自由度关节式焊接机器人,配有麦科特全数字脉冲焊机电源,并配有自动清枪、线切割和燃油喷射装置及弧光安全保护装置,满足使用过程中安全防护和清枪的需要机器人的。

  焊接工艺采用富氩混合气+实心焊丝代替原CO2气+药芯焊丝。富氩保护焊熔池可视性好,操作方便,适用于全位置焊接。同时,在保护气体的压缩作用下,电弧热量集中,焊接速度快,熔池小,热影响区窄,焊接变形小,抗裂性好,焊接过程中采用惰性气体保护,它具有焊接质量好的特点,非常有利于焊接过程的机械化和自动化。然而,由于电弧的强光辐射,在焊接机器人的总体设计中需要设计电弧安全保护装置。为了提高焊接效率,采用一次性焊接成形工艺,避免了焊接机器人重复定位造成的生产效率降低。

  通过对各种电源的试验,并针对试验过程中出现的问题,结合工件的材质、形状特点、尺寸精度要求、焊接长度和位置特点、焊接工作量和机器人的工作效率等进行了研究,焊接机器人系统采用全数字脉冲气体保护焊电源,即脉冲MIG焊工艺电源。众所周知,焊接过程中电弧控制的准确性决定了焊接质量。由于采用了数字化技术,控制系统的反馈时间比传统焊机少几个数量级,提高了反馈的精度和灵敏度。采用脉冲焊接时,能提供适当的脉冲波形,有效地控制每个脉冲只传递一个熔滴,使整个焊接过程中弧长保持不变,焊接过程中几乎没有飞溅,可实现超低热量输入焊接。同时,克服了传统GMA焊机焊接后焊丝末端再打孔的影响,实现了焊接质量与焊接效率的最佳匹配。

  结合焊接质量和焊接效率的需要,焊丝采用f1.6mm实心焊丝,既能满足连接板的实际焊接需要,又有利于提高焊接效率。

  (1) 电弧电压和焊接电流电弧电压是短路过渡的关键参数。匹配电弧电压和焊接电流可以实现小飞溅、良好焊缝成形和稳定性的焊接过程。经多次试验,确定电弧电压为20-25v,焊接电流为200-260a。

  (2) 焊接速度?随着焊接速度的提高,焊缝宽度、熔深和补强减小,易产生咬边、气孔、未焊透等缺陷;焊接速度低,易产生烧穿、组织粗糙、焊接变形大等问题。

  经多次试验,焊接速度设定在400-800mm/min,起弧时间为0.5s,停弧时间为0.5s,机器人平均行走时间为1.5s。

  (3) 用80%AR和20%CO2测定混合比和流量,CO2气体纯度≥99.5%。在确定燃气流量时,应充分考虑室内外作业场所的差异。气体流量过低,保护气体硬度不足,焊缝易产生气孔;流量过大,易产生废气。同时,由于存在湍流的可能性,保护性能差,在焊缝表面形成灰色氧化层,降低了焊缝质量。一般情况下,气体流量应设定为15-25l/MI N。

  (4) 随着焊丝延伸长度的增加,焊丝上的电阻热增大,焊丝熔化速度加快,生产效率高。但是,当延伸长度过长时,焊丝易过热,造成严重的截面熔合和飞溅,使焊接过程不稳定。适当的延长长度应为焊丝直径的10-12倍,因此该焊接过程中焊丝的延长长度精确到16mm。

  在按上述方案设计的焊接机器人的实际焊接操作中,根据每组4个的固定位置,将连接板安装在定位平台上。在定位过程中,为了避免因辅助定位基准的增加而增加成本和工艺,在定位方式的选择上充分利用连接板本身的结构作为定位基准(见图3)。定位方法是以销柱内孔和定位平台上预先根据工件尺寸加工的定位孔为基准,插入两个定位销,实现板与定位平台上“一面两销”的精确定位连接。焊接机器人根据固定的行走轨迹和坐标数据进行编程,可以有效地实现连接板的精确自动焊接操作。

  焊接机器人采用上述工艺和方案焊接连接板。工件定位精度高,机器人动作精度高,焊接轨迹和焊缝重叠度高。使用传统焊接技术和机器人焊接技术的焊缝成形如图4和图5所示。从图中可以看出,机器人形成的焊缝美观饱满,焊接效率和焊接质量明显提高;使用实心焊丝后,无需清理焊渣,为改善作业环境,降低工人劳动强度带来了明显的效果,也为充分利用自动化、智能化、高效化的焊接机器人企业应用基础打下了良好的基础。

2020年3月27日 15:20
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