机器人智能焊接在工程机械平地机后车架中的应用

宋同凯

（沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁 沈阳 110169）

关键字：智能焊接；机器人；平地机后车架；电弧跟踪；接触反馈

1 人工焊接现状

当前通过对平地机生产加工现场工作的总结，主要归纳出以下三个主要问题：

1） 工作环境差：长期在弧光、焊烟等有害环境下工作，会对人的皮肤、眼睛和肺器官等造成严重伤害，容易患电光眼、皮肤灼伤以及矽肺病等疾病；2） 劳动强度高，生产效率低：现场人工焊接完一个平地机后车架需要连续焊接6~7个小时，劳动强度高；3） 焊接质量不稳定：人工焊接时，由于焊接速度、焊丝干伸长等都是变化的，所以焊接质量很难保证均一性。

企业亟待通过引进焊接机器人来完成平地机后车架的焊接工作，旨在改善工人的工作环境，降低工人的劳动强度，提高生产效率，保证生产质量稳定，降低企业的生产成本。

2 生产中所需的机器人智能焊接技术

工人将组对好的工件放到变位机上用机器人进行总成焊接。由于工件各部件的来料尺寸精度误差、组对误差、各焊缝坡口间隙不一致以及最大焊脚要求10mm 等原因，导致传统的示教再现型机器人无法满足焊接需求。因此，机器人需要具备智能焊接技术作为支撑进行生产。

机器人智能焊接系统主要包括：位置点传感功能、电弧跟踪功能、多层多道功能、焊接参数实时调整功能以及连续运转功能。

2.1 机器人位置点传感功能

由于平地机后车架组对精度为±2mm，再加上在焊接过程中产生的焊接变形，进而导致焊缝的位置会发生变化，使得一般的示教再现型焊接机器人无法满足焊接生产质量及多样性的要求。

为此，机器人通过位置点检测和三方向传感功能，可以使焊接过程不受由于工件的加工、组对拼焊和焊接装夹定位带来的误差的影响，自动寻找焊缝位置，保证能够顺利地焊接。具有精度高、可达性好、安全可靠等优点。

2.2 电弧跟踪功能

由于车架部件的来料误差、组队误差以及在焊接过程中产生的应力变形等原因，使得整条焊接轨迹发生位置偏差，从而使得一般的示教再现型焊接机器人无法满足焊接需求。使用机器人的电弧跟踪功能，可以实现位置出现偏差的焊缝的正常焊接工作。通过焊缝跟踪功能，机器人可以分辨出焊接左右方向的偏移和焊接上下方向的偏移，系统运算自动实现纠正。保证焊缝在各个位置方向上的偏差，都可以进行准确的焊接。保证焊接成型，提高生产效率，提高产品合格率。

2.3 多层多道焊接功能

由于平地机后车架的焊缝焊后焊脚要求为6mm、8mm和10mm，对于6mm 和8mm 的焊脚可以焊接一道即可达到要求，但是对于要求达到10mm 的焊脚，而且还不能变为成船型位置的焊缝，需要进行多道焊接。焊缝长1000mm 左右，需要焊三道，人工难以一次完成，焊接强度大，质量很难保证一致。

通过多层多道焊功能，可以实现大型厚板高效率，高质量的焊接工作。在使用多层多道焊功能焊接厚板时，只需要示教根层的焊缝，之后通过设定偏移值来实现覆盖层的焊接，大幅度提高工作效率。

2.4 焊接参数实时调整功能

在调试焊接工艺参数时，操作者可以根据焊接过程中的焊缝成形情况，实时调整焊接参数，直到达到要求为止，大幅提高焊接调试效率。并且，在实际生产中，操作者也可以根据实际情况进行参数的微调，从而保证焊缝焊接质量，经过调整后的工艺参数可以选择是否保存。

2.5 支持连续运转的功能

1） 焊丝干伸长补偿功能，由于焊接收弧或清枪剪丝等原因，使焊丝干伸长发生了变化，导致位置点传感时出现焊枪碰撞或检测不到的情况，或者由干伸长变化引起的焊接质量不稳定等问题。为此，针对这一问题研发出焊丝干伸长补偿功能，旨在保证焊丝干伸长不变，从而保证位置点传感顺利进行以及焊接质量的稳定，保证焊接连续运行。

2） 电弧重启功能，通过电弧重启功能，可以实现在焊接起始点起弧困难时，机器人进行小范围移动，在不同地点起弧成功后，机器人回到焊接起始点继续焊接。增加起弧成功率，保证系统连续运转。

3） 粘丝自动解除功能，通过粘丝自动解除功能，机器人可以在焊接结束后，判断焊丝是否粘在焊缝处。如果粘丝会自动解除，保证设备的安全以及车架焊接的连续性。

4） 配有焊枪清枪站，能够实现自动清枪、剪丝和喷油，保持系统连续运行。

将清枪器放置在机器人底座上，使得清枪器与机器人的位置关系不变，编辑六轴系统作业即可快速进行清枪，无需将桁架运行到一固定位置进行清枪，提高工作效率。

3 平地机后车架机器人焊接工作站

该站配有机器人本体及控制系统（包括智能焊接软件系统、外部轴控制系统以及PLC 控制系统等），采用三轴桁架及变位机结构，确保了机器人焊接工件时焊枪的可达性，保证焊枪始终在最佳姿态焊接，焊缝可达率在90%以上。机器人焊接时间为160 分钟，焊后需人工补焊20 分钟，总用时180 分钟，只需一个工人将车架安装在变位机上，再按下启动按钮即可，大大提高生产效率。

4 结语

根据现场应用的实际情况，可以总结以下两点结论：1） 智能焊接机器人系统解决了客户人工焊接的劳动强度高、生产率低、焊接质量不一致等问题，将平地机后车架生产效率提高一倍，降低了工人的劳动强度以及操作技术的难度，降低了企业生产成本；2） 机器人智能焊接技术解决了传统示教型焊接机器人因来料尺寸精度误差、组对误差、各焊缝坡口间隙不一致造成设备无法满足焊接要求的问题，节约客户下料及组对配套设备成本。