用于機車車體的焊接機器人

引言

　　電力機車車體底架的牽引梁、枕梁作為機車的關(guān)鍵部件，其焊接質(zhì)量好壞直接影響著機車運行的安全。

　　為了提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。提高生產(chǎn)效率，改善工人的勞動條件和降低勞動強度，株洲電力機車有限公司引進了奧地利IGM焊接機器人，用于枕梁、牽引梁的焊接生產(chǎn)。

1 IGM焊接機器人系統(tǒng)簡介

　　IGM焊接機器人系統(tǒng)由機器人本體、控制系統(tǒng)、變位機、示教器、遠程控制盒、跟蹤系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和應用軟件等組成。

　　控制系統(tǒng)采用奔騰CPU及全數(shù)字式信號通訊，能夠控制機器人6軸、三維龍門機架x ，y，z 軸及變位機軸，能擴展2個外部軸。機器人本體采用6軸肘節(jié)式結(jié)構(gòu)。作為人機交換界面的示教器和遠程控制盒用來進行機器人控制。跟蹤系統(tǒng)采用接觸式噴嘴傳感器、電弧傳感器、ELS激光傳感器三種跟蹤方式，可實現(xiàn)對V形、單V型、角焊縫、塞焊縫等多種形式焊縫的跟蹤。焊接系統(tǒng)采用Fronius TPS5000全數(shù)字化控制的逆變焊接電源。另外，系統(tǒng)還配置有高效的焊接煙塵吸收凈化裝置和自動清槍、剪絲、噴防飛濺油裝置。

2 在機車車體制造中的應用

2．1 單軸變位機機器人系統(tǒng)應用于枕梁焊接

　　枕梁焊接采用單軸頭尾架式變位機。枕梁由上、下蓋板、立板和隔板等組焊成箱形結(jié)構(gòu)，組裝完畢后對兩側(cè)4條焊縫、上下表面直焊縫進行船形焊接。

2．2 雙軸變位機機器人系統(tǒng)應用于牽引梁焊接

　　牽引梁焊接采用2臺雙軸框架式變位機系統(tǒng)。牽引梁是一個復雜的多箱體結(jié)構(gòu)，組裝完畢后進行機器人焊接，由于空問較小，機械手的擺放自由度小，編程時問長，對編程技能要求較高。

3 焊接機器人應用中存在的問題和解決措施

3．1 焊接缺陷分析及處理

　　機器人焊接采用的是富氬混合氣體保護焊，焊接過程中出現(xiàn)的焊接缺陷一般有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析如下：

　　(1)出現(xiàn)焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現(xiàn)問題。這時，要考慮TCP(焊槍中心點位置)是否準確，并加以調(diào)整。如果頻繁出現(xiàn)這種情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

　　(2)出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的相對位置。

　　(3)出現(xiàn)氣孔可能為氣體保護差、工件的底漆太厚或者保護氣不夠干燥，進行相應的調(diào)整就可以處理。

　　(4)飛濺過多可能為焊接參數(shù)選擇不當、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長，可適當調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來調(diào)整混合氣體比例，調(diào)整焊槍與工件的相對位置。

　　(5)焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑，編程時在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。

3．2 機器人故障分析與處理

　　在焊接過程中機器人系統(tǒng)遇到一些故障，常見的有以下幾種：

　　(1)發(fā)生撞槍�？赡苁怯捎诠ぜ�組裝發(fā)生偏差或焊槍的TCP不準確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

　　(2)出現(xiàn)電弧故障，不能引弧�？赡苁怯捎诤附z沒有接觸到工件或工藝參數(shù)太小，可手動送絲，調(diào)整焊槍與焊縫的距離，或者適當調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。

　　(3)保護氣監(jiān)控報警。冷卻水或保護氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護氣管路。

4 焊接機器人應用經(jīng)驗

4．1 工件質(zhì)量

　　作為示教一再現(xiàn)式機器人，要求工件的裝配質(zhì)量和精度必須有較好的一致性。應用焊接機器人應嚴格控制零件的制備質(zhì)量，提高焊件裝配精度。零件表面質(zhì)量、坡口尺寸和裝配精度將影響焊縫跟蹤效果�？梢詮囊韵聨追矫鎭硖岣吡慵�制備質(zhì)量和焊件裝配精度。

　　(1)編制焊接機器人專用的焊接工藝，對零件尺寸、焊縫坡口、裝配尺寸進行嚴格的工藝規(guī)定。一般零件和坡口尺寸公差控制在±0．8 mm，裝配尺寸誤差控制在±1．5 mm以內(nèi)，焊縫出現(xiàn)氣孔和咬邊等焊接缺陷機率可大幅度降低。 ．

　　(2)采用精度較高的裝配工裝以提高焊件的裝配精度。

　　(3)焊縫應清洗干凈，無油污、鐵銹、焊渣、割渣等雜物，允許有可焊性底漆。否則，將影響引弧成功率。定位焊由焊條焊改為氣體保護焊，同時對點焊部位進行打磨，避免因定位焊殘留的渣殼或氣孔，從而避免電弧的不穩(wěn)甚至飛濺的產(chǎn)生。

4．2 焊絲的要求

　　機器人根據(jù)需要可選用桶裝或盤裝焊絲。為了減少更換焊絲的頻率，機器人應選用桶裝焊絲，但由于采用桶裝焊絲，送絲軟管很長，阻力大，對焊絲的挺度等質(zhì)量要求較高。當采用鍍銅質(zhì)量稍差的焊絲時，焊絲表面的鍍銅因摩擦脫落會造成導管內(nèi)容積減小，高速送絲時阻力加大，焊絲不能平滑送出，產(chǎn)生抖動，使電弧不穩(wěn)，影響焊縫質(zhì)量。嚴重時，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，使機器人停機，故要及時清理焊絲導管。

4．3 編程技巧

　　(1)選擇合理的焊接順序。以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定焊接順序。

　　(2)焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。

　　(3)優(yōu)化焊接參數(shù)。為了獲得最佳的焊接參數(shù)，制作工作試件進行焊接試驗和工藝評定。

　　(4)合理的變位機位置、焊槍姿態(tài)、焊槍相對接頭的位置。工件在變位機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調(diào)整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置，同時，要不斷調(diào)整機器人各軸位置，合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結(jié)積累經(jīng)驗。

　　(5)及時插入清槍程序。編寫一定長度的焊接程序后，應及時插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確保可靠引弧、減少焊接飛濺。

　　(6)編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會形成一個好程序。

4．4 運行成本及管理

　　進口機器人配件價格較高，應努力從各方面降低運用成本。潤滑油可以在國內(nèi)尋找性能、效用相同的低價替代品。焊接過程加強維護，提高易耗件如噴嘴、導電嘴等的使用壽命。另外，對機器人系統(tǒng)進行預防性的維護，可以有效提高元器件的使用壽命。

　　高素質(zhì)的管理人員、技術(shù)人員和操作人員是機器人充分發(fā)揮效率的必要條件。一個企業(yè)焊接機器人使用的好壞，很大程度在于人，因此要保證有一支穩(wěn)定的工作隊伍。

5 結(jié)束語

　　焊接機器人在電力機車車體牽引梁、枕梁制造中的應用，大大提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率。焊接機器人應用是一個復雜的、綜合的過程，對焊件的設計結(jié)構(gòu)、焊接工藝、零部件質(zhì)量、焊件的裝配質(zhì)量等各方面提出了新的、更嚴格的要求。同時，相關(guān)工作人員的穩(wěn)定性也影響著機器人應用的好壞，應當在長期的應用中不斷積累經(jīng)驗，以最大程度發(fā)揮機器人效益。