浅谈柔性焊接线的工艺安排

【编者按】柔性焊接线是一种柔性制造系统(FMS)，由装卸小车、主控台、随行工装、焊接站和存放台等五部分组成。随行工装对工件进行装夹后，利用传感器的输出信号将随行工装上面的工件由运输小车运送到各焊接站内的焊接变位机上，而后由主控台进行程序控制并由机械手进行全自动焊接。它不同于单一的电焊机，因此在工艺安排上也有所不同。

1 引言

柔性焊接线是一种柔性制造系统(FMS)，由装卸小车、主控台、随行工装、焊接站和存放台等五部分组成。随行工装对工件进行装夹后，利用传感器的输出信号将随行工装上面的工件由运输小车运送到各焊接站内的焊接变位机上，而后由主控台进行程序控制并由机械手进行全自动焊接。它不同于单一的电焊机，因此在工艺安排上也有所不同。

2 柔性焊接线的工艺安排

2.1 工件的前期准备

柔性焊接线在编程时采用了通过示教器在工件上直接进行步点模拟的方式。它是将焊枪在运动过程中的轨迹用步点形式来确认，并通过焊嘴与工件在接触过程中形成短路来默认工件的形状和具体位置。因此，在工件的前期准备中，对工件的要求较为复杂。具体如下：

2.1.1 板材的预处理

柔性焊接线采用Ar(氩)和CO2混合气体保护焊。虽然这种焊接方法对水和表面浅层锈蚀的敏感性不大，但在焊枪的搜索过程中，由于它们的存在将直接导致喷嘴无法与工件形成短路，确认不到工件的具体位置。因此，在结构件拼焊之前需要先对板材进行预处理。

2.1.2 拼焊位置的统一性

机械手在焊接过程中焊缝位置误差≤3mm。这对于批量生产过程中焊缝位置的统一性要求是非常高的。无论是折弯件、压延件抑或是其它形式的工件，在加工过程中都必须准确到位，否则对拼焊会造成极大的影响。另外，对拼焊工装的定位要求也是非常高的。

2.1.3 坡口的大小

在编程过程中，编程人员根据坡口的大小，将会选择不同的焊接参数。如果坡口不均匀，在焊接过程中就会出现焊缝未填满或焊接填充物外溢等缺陷。因此在板材加工过程中，通常采用机械坡口来代替手工坡口。

2.2 编程

2.2.1 准备工作

(1)检查机器人及其它设备的驱动程序是否已正确装入;

(2)检查输入的焊枪参数是否与所用焊枪相符;

(3)检查焊接电源工作是否正常;

(4)检查送丝机构;

(5)检查设备各单轴的工作性能;

(6)手动控制各单轴直至到达极限位置;

(7)检查机器人的最大行程以及机器人在轨道上的最大行程;

(8)检查机器的工作区域;

(9)检查工作装置(机械、气嘴清洁、送丝、气水监控部分)是否处于工作状态;

(10)检查所有外轴的组定义;

(11)检查示教器键盘的可操作性;

(12)检查TCP(焊枪尖)的设定情况，使用复合模式转动第四、五、六轴;

(13)准备参考程序;

(14)设计程序结构;

(15)检查紧急制动开关及安全设备的功能;

(16)将准备用来保存程序的磁盘格式化;

(17)TCP的校验。

第一次调整TCP是在设备安装后由维修工程师进行，但编程人员在每次编程前均应再校验一次。通过对校验参考程序的调用，确认焊枪尖位置与参考点是否绝对吻合，以便确认各轴是否处于零位。

2.2.2 编程

(1)区别焊点与空点

焊点是指每一个带有焊接参数的步点;空点是机械手在焊缝外空跑时尽可能短距离地移到焊缝起点的步点。

(2)停顿时间

在焊缝的起点与终点位置应设置停顿时间，一般情况下为0.2秒。它可以有效地避免出现弧坑或焊缝脱节等焊接缺陷。

(3)样板焊缝

样板焊缝为一次性定义的焊缝，定义工作可在工件或样板上于程序编制前进行，而程序使用时必须使用“调用”项(焊缝数据寄存器)。调用时，只要在“样板名称”中输入样板焊缝的名称，即可在同一个程序或其它程序中相应的位置上使用。定义样板焊缝时可以使用以下几种类型：

①直线性运行;②摆动性运行;③多层焊。

如果一旦编制好了一个样板焊缝且加以定义，那么就可以在以后的每个步骤中使用。在步点中将扩展名定义为Welding sequence(焊接次序)。

(4)单点寻找和电弧传感

①单点寻找是指通过搜索特定的单点，从而使机器人找到焊缝的起始点和终止点，并根据实际位置正确将焊缝完成。但是单点寻找不可搜索焊缝样板的定义路径，而且在线性焊缝中起始点及目标点可分别搜索。此时在步点中将扩展名定义为Single point 　search(单点搜索)。

②电弧传感

由于焊接电流根据焊嘴与工件间的距离每次输出都有所变化，因此在编程时可以采用电弧传感来对焊缝进行分辨和跟踪，在工件误差较大时仍然可以准确地找到焊缝位置，即使工件放置位置与编程位置差距较大也可精确地进行焊接。但是该功能的先决条件是使用适当的焊接和摆动参数进行编程。焊缝搜索系统在填充焊缝的短弧及喷弧范围内，从距剩余边高约4～5mm的地方开始起作用，根据焊缝实际偏差及摆动宽度和灵敏度预选参数，并在3～6次摆动内到达焊接点。考虑到实际焊缝与编程位置的最大允许偏差，在编程时可假设当各位置偏差达到3mm时才可进行调整，此时可以将步点中的 Seam sensing(焊缝感测)设置为on(开)。

(5)程序模拟

在实施焊接工作之前，应先将程序以最小速度无“电流”模拟运行一次，如果此时发现错误可随时将机器人停止并进行修正，以免在焊接过程中造成焊接缺陷。

2.3 焊接

2.3.1 单一圆、直焊和摆动焊

在机械手焊接过程中，单一的圆、直焊缝构成了机器焊接过程中的第一种基本焊缝，而第二种基本焊缝莫过于在焊接过程中增加了摆动点，从而使焊枪在焊缝两侧摆动前进，而步点中的扩展名也由none(无)变为oscillating(摆动)。但在摆动焊中，一定要注意摆动频率与走丝速度相匹配。如果走丝速度太高而摆动频率过低则会造成焊接填充物太少;如果走丝速度太低而摆动频率过高又会造成余高过大。

2.3.2 单层焊与多层焊

在单层焊的编程过程中，通常只需确定焊缝的起点和终点，而多层焊却需确定起点、终点及各层之间的空点及以后各层的起始点。在单层焊中常采用单点寻找的方法进行焊接，在多层焊中常采用电弧传感跟踪和调用样板焊缝等方法。在多层焊中尤其要注意层间的空跑点，以防出现焊枪与工件的干涉现象，另外在焊接参数的选择和各层之间焊枪角度的调整上也应引起重视。

2.3.3 焊接工艺参数

(1)混合比：在柔性焊接线焊接过程中，为获得较小的飞溅，根据它们之间不同混合比时的飞溅率不同，可采用具有较小飞溅率的Ar与CO2的比例，一般为　80∶20。

(2)电流、电压：在电流、电压的选择上，本着保证产品质量、提高生产率的原则，并结合氩基混合气体保护焊的特点和板厚的不同，一般选用较大的电流与电压数值。

(3)气流量：一般选用具有中等规范的焊接气流量。

2.3.5 焊接变形的控制

机械手在焊接过程中，熔深比较大，焊接时间短，热量比较集中，因此会产生较大的焊接变形。为了减少焊接变形，一般在编程之前可以预先编制合理的焊接顺序，通过手工焊接来进行试验，测出变形量，并在拼焊时预留余量，而后再开始编程。在编程时根据验证过的焊接顺序，并且随着编程位置的多方位调整，可以有效地减小焊接变形。除此之外，对于一些具有较大变形量的工件，还可以采取双机联动的编程方式，使工件在焊接过程中实现同步对称焊接，起到控制变形的作用。

2.4 补焊

机械手焊接一般适用于长、直焊缝或具有较大焊接空间的外观焊缝。由于各种原因可能导致工件焊完后仍需对机械手的焊接缺陷进行修复，对机械手未焊到的焊缝继续焊接，所以通常情况下要增设补焊工序。

3 产品的多样化

实现多种产品的上线焊接，主要是通过对焊接随行工装的改进。在柔性焊接线中，变位机采用的是前后方向的单方位旋转变位机和L形多方位焊接变位机。根据焊缝的需要，可以自行选择变位机。由于每种变位机均配备了随行工装，因此通常情况下可以对随行工装直接进行修复，增加各种定位及辅助支承，确保工件的装夹牢固和位置统一。在修复过程中，应尽量保证多种产品的通用性，可以通过变换一些简单的小定位块、芯轴、隔套、螺栓等方法来达到多快好省的目的。另外，为了实现多种产品的焊接，在编程时还可以运用程序平移来进行站站互换，避免在产量不均衡时站与站之间焊接工作量的不均现象。

4 工件在柔性焊接线内的流转

运输小车是焊接线区别于焊接站的主要标志。小车通过传感器的传感作用自动将上件台上的工件运输到各个焊接站进行焊接，当站内已有工件在焊接时，它便将工件暂时存放在缓存架上，等到工件在站内焊接完毕，小车便将工件直接转运到卸件台。

5 结论

通过对柔性焊接线进行合理的工艺安排，不仅可以提高生产效率，而且可以保证焊接质量，减小焊接变形，降低劳动强度。

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