焊接机器人在集箱管接头焊接制造中的应用

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    焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，其主要优点在于其稳定性和能够提高焊接质量和生产率，改善工人劳动条件等。电站锅炉制造中集箱是承受高温高压的重要部件之一，在集箱壳体全长通常焊有大量密排的接管，有的是长度小于300mm的短管接头，有的是弯成一定形状的长管接头。就目前情况来看，国内集箱长管接头的焊接大部分仍然停留在焊条电弧焊的水平上，焊接机器人的采用可以消除人为因素对产品质量的影响，保证产品的质量。 
    某公司从日本引进两台集箱管接头焊接机器人设备，通过试验，调试及试生产，目前已经能够满足部分产品的生产需要。本文介绍该焊接机器人的性能特点及在实际生产中的应用。
    1 焊接机器人系统的组成及特点
    该焊接机器人工作站是由日本的MOTOMANSK—16弧焊机器人和YASNAC MRCⅡ控制器及相应的焊接电源、送丝机构、冷却系统和预热装置组成。
    MOTOMANSK—16弧焊机器人机构形态为垂直多关节形，具有6个自由度，重复定位精度为正负0.1 mm，每个轴均采用AC伺服电机驱动，最大抓重为6 kg。
    机器人上配有焊枪及相应的送丝相构、水路、气路，通过编程器输入指令，执行焊接程序实现管接头的焊接。控制器内存容量可以执行2 200步动作。在示教状态下编程，主程序中可加入焊接程序、台车移动程序及掐丝、清理喷嘴程序，实现多个管接头的连续焊接。
    对于管壁较厚的合金钢集箱，焊接过程中需要对工件进行预热和后热。本系统加热装置安装在机器人台车上，加热时间以及加热枪移动距离均可设定在主程序中。焊接时由于是连续焊接，导电嘴电阻热很高，焊接时产生的热量较大，所以为避免焊枪过热，除在系统中采用封闭式的净化水循环冷却系统，另外还在程序中加入掐丝程序。这样，一方面防止腐蚀；另一方面也不会有污物阻塞喷嘴影响送丝及送气。
    对于不同直径的集箱，可采用自行设计的高度可调的V形架，保证待焊部位所处的高度相同。
    2 示教轨迹的确定　　  
    弧焊机器人是严格按照操作人员编制的示教程序来完成动作轨迹的。通常可根据管接头直径选择第个圆周5~8个示教点，根据焊缝坡口深度和宽度确定焊道排列方式及焊接层数。示教前首选进行焊枪的定位及基准点的设置，然后通过编程器完成焊接过程的示教编程。
    3 焊接参数的设定及控制
    由于管接头和集箱筒体都是圆形工件，因而在整个圆周上，坡口的深度和宽度是变化的。为保证焊后熔敷金属均匀填满坡口，除分区段设置焊接电流、电弧电压外，还应根据需要对不同位置的焊接速度分别设定。
    另外，焊接过程中根据坡口的形成不同可采用分道焊、摆动焊等工艺。当进行摆动焊时，应选择相应的摆焊条件文件，通过设置摆焊形态、摆焊速度、摆焊幅度及频率等参数，来实现摆动焊功能。
    可通过焊接辅助条件文件对引弧、焊接中断以及熄弧过程进行控制和管理。  
    在焊接之前，通过参考点的设定，使每一次焊接前将用户坐标系重新设定，焊接程序就可以参考点为中心进行平移。机械手前部的探测器通过探测集箱及管接头，将其管座的竖直、水平位置偏差记录下来，在焊接系统中加以补正，由于其重复精度很高，完全可以消除因机械加工及点焊装配管接头带来的误差。同时由于其再现精度较高，一套焊接程序，只要所焊集箱直径、管接头直径相同，就可以反复应用同一示教程序，不用重复示教，因此可以大大提高生产效率。  
    另外，在工件摆放和焊接加热过程中不可避免地会出现水平、竖直及挠度方向的偏差，除通过探测器的检查外，还可以在HOSEI程序中进行设定，实现动态修改，及时将焊接时的偏差加以弥补。
    4 常见缺陷防止措及应用举例
   （1）常见缺陷防止措施　在机器人焊接中，经常产生的缺陷主要有气孔、咬边、层间未融合及焊偏等。
    机器人焊接采用的是Ar+CO2混合气体保护焊，Ar气与CO2气混合比例是4：1。产生气孔的主要原因是气体流量过大，或气路不通畅造成气流量过小以及气体含水等。这样，除在焊接前要仔细检查气体干燥器是否通电，调整气体流量外，焊接过程中也要定时清理喷嘴，防止飞溅阻塞气路引起气孔。
    示教位置的不当也可能导致气孔、焊偏和未熔合等焊接缺陷的产生，这就需要在实践中不断摸索，积累经验，使示教的点更趋近完美。机械手焊接常见的缺陷和防止措施。  
    （2）应用实例　2000年底该公司在抚顺锅炉项目的集箱管接头制造中首次成功地应用机器人进行管接头的焊接。该产品集箱规格为直径426 mmX20 mmX9 000 mm;管接头规格为直径89 mmX7 mm，长度为120 mm；管接头焊接净间距为200 mm，每根集箱管接头平均数量90个。整个焊接过程稳定，焊缝成形美观。
    焊后经对产品试样进行宏观检查，焊接接头熔合良好。
    5 结　语
    （1）机器人焊接的一致性和稳定性克服了人为因素带来的不足，使产品质量稳定可靠。
    （2）通过示教轨迹的确定，制定出最佳的示教程序，满足了焊角尺寸及焊缝填充的要求，通过再现误差的测量，可以满足同种规格集箱和管接头的焊接。大大提高了生产效率。
    （3）通过分析各种缺陷产生的原因，在实践中加以避免和消除，以获得高质量的焊缝。