焊接机器人应用痛点与调试方法

程中甫 刘成

摘 要：科技进步在改变了人们生活方式的同时，也促进了工业现代化的建设进程。焊接机器人是集数控、计算机、电子技术于一身，在社会建设工作大力开展的态势之下，衍生出的新型焊接方式。焊接机器人的出现，不仅提升了焊接的品质及效率，也改善了工人的劳动强度、有效地控制了企业的生产成本。通过焊接机器人技术的发展与应用研究分析，了解焊接机器人应用的主要优势，焊接机器人技术的主要应用，未来焊接机器人技术应用的主要方向，使焊接机器人技术得以更好的应用，推动我国工业的现代化建设进程。

关键词：社会建设;焊接机器人;技术应用;展望

引言

焊接是工业建设中经常会用到的一种技术，其焊接水平及工艺直接会对产品的品质产生影响。随着我国社会建设工作的大力开展，焊接技术应用的领域变得越来越广，同时对于焊接技术也提出了更高的要求。焊接机器人出现，不仅提升了焊接的精度及效能，也使焊接中对人体产生危害的电弧、烟尘得到了更好的控制。通过分析焊接机器人应用的主要优势，了解焊接机器人技术的主要应用，为未来焊接机器人技术的应用与拓展，打下坚实的基础，正好的服务于我国的社会建设事业。

1.焊接机器人应用的主要优势

1.1更好地保证了劳动者的健康

在传统焊接作业的环境之下，人们通过要适应各种复杂的作业环境，不仅会对作业者的身体造成一定的损害，同时也会降低整个工程的安全系数。焊接机器人的出现，改变了传统焊接方式带来的弊端，不但可以适应各种条件恶劣的环境，同时也能提升整个焊接过程的安全系数，降低了整体作业的劳动强度，提升了产品的生产效能，缩短了产品的生产周期，对于整个工业产品的升级换代，具有重要的指导意义。

1.2提升了焊接的品质

焊接机器人作业之前，技术人员可以根据企业的品质要求，通过对电流、电压及速度的控制，使焊接的品质得到更好的控制。同时，焊接机器人还能避免传统焊接技术中人为主观因素对焊接品质产生的消极作用。

1.3能够更好的保证生产的效能

焊接机器人技术的应用，能够根据生产的要求进行流速、电流、电压等相关参数的控制，从而更好的保证了生产的效能。与此同时，焊接机器人能够实现24h不间断作业，技术人员可以根据生产计划及定单的需求，对焊接机器人的相关参数进行调整，从而使企业能够按照原定的计划开展相关的工作，提升了整体工作的效能。

2.焊接机器人主要技术问题

2.1焊接工艺参数调试及焊丝选择

机器人需要确定的工艺参数包括焊接参数、多道焊相对位置参数、摆动参数及电弧跟踪参数等，为实现各参数之间的良好匹配，需要进行大量调试试验，以最大化的发挥机器人焊接稳定的优点。一旦确定了合适的参数，机器人就可以稳定复现具有良好成形的焊缝。

机械臂在执行行走、寻位、焊接等操作时，送丝软管随之频繁扭动，使用传统的有缝药芯焊丝可能导致药粉泄露堵塞送丝软管，而无缝焊丝则不存在这样的问题;此外，使用无缝药芯焊丝还可以有效避免药芯受潮带来的质量风险。

2.2立角焊焊缝容易鼓包现象

立角焊热输人水平高于平角焊，工艺开发过程中通常不会遇到接头硬度超标问题，但是小焊脚工艺容易出现余高过高的问题。

由下向上焊接的立角焊，当熔池受到的电弧吹力和表面张力不足以抵抗重力时，熔融金属会沿着焊缝中心向下流淌，凝固后导致焊缝中心鼓起，余高过高。且鼓起沿着焊接方向越发明显，这是由于在焊接过程中，钢板温度不断升高，熔池结晶速度变慢，向下流淌现象越发严重，焊缝中心鼓起也越发明显。

通过提高焊接速度可以有效改善焊缝成形，F3 40-2在同时增加焊接电流、焊接速度并保持热输入不变的条件下，熔池结晶速度加快，可有效避免熔融金属沿焊缝向下流淌，从而达到控制余高的目的。

3.焊接机器人参数调试方法

上述问题是在焊接机器人使用过程中经常会遇到的技术问题，为充分挖掘焊接机器人在实际工艺过程中的技术优势，有必要结合焊件的特殊工艺要求，对焊接机器人进行更加精准的参数调试，有效的参数调试包括：电弧跟踪、摆动和多层多道焊参数调试，具体如下：

3.1电弧跟踪参数

若机器人没有配备视觉传感器等辅助装置用于焊接过程中的纠偏，则需要用到机器人自带的电弧跟踪功能来实现焊缝纠偏。

ABB机器人可选的电弧跟踪类型（track type）包括中心线跟踪、自适应跟踪、单侧（左、右、高度方向）跟踪，角焊缝通常选用中心线跟踪。选择跟踪类型后还需给定gain_y&gain_ z值，用于设定电弧跟蹤修正灵敏度的大小，数值越大，系统修正响应速度越快。赋值区间为1100的整数，初始值的设定视摆动宽度而定，通常初始赋值30即可，若摆动宽度很小，可以从赋值5开始尝试。

完成上述初始设定后需要通过试验确定跟踪基准电流（Current）。基准电流确定后，机器人可以根据焊接过程中的实际电流与基准电流的差异对焊枪动作进行调整，包括Y方向（摆动方向）的纠偏，以及Z方向对焊枪与工件距离的调整，如测量电流小于基准电流，则机器人会控制焊枪接近工件，此时测量电流会随之增大直到等于基准电流;反之，如测量电流大于基准电流，则机器人会控制焊枪远离工件直到电流减小到与基准电流一致。

3.2电弧摆动参数

为实现Y方向的电弧跟踪功能（避免出现偏焊），无论是平角焊工艺还是立角焊工艺，都要求焊枪必须摆动（Y方向）。可以选用的摆动路径形状（weave_shape）包括不摆动、Z字形摆动、V字形摆动、三角形摆动和圆形摆动，角焊缝工艺通常采用Z字形摆动。

选定摆动路径形状后还需要选择摆动类型（weave_type），包括6轴同时参与摆动、腕部摆动、1，2，3轴摆动和4，5，6轴摆动，电弧焊通常选用4，5，6轴摆动，这也是摆动频率最高的类型，适合焊接。

完成上述初始设定后需要通过试验确定摆动动作几何参数以满足焊缝成形要求，包括：

（1） weave一 length，在摆动类型选定为4，5，6轴摆动的条件下，weave_ length即为摆动频率（摆动完成1个完整周期所用时间的倒数）。

（2） weave_ width，摆动宽度，在Z字形摆动条件下即为摆动幅度（Y方向）。

（3）dwell_ left/ right/ center，在摆动左右极限位置/中间位置停留长度。

3.3多层多道参数

多层多道焊每一道的焊接、摆动、跟踪参数相互独立，可以按照前文介绍的方法分别设置，但需要给出相邻两条焊道的相对位置关系（当前焊道TCP相对于上一道的偏置参数）。可以结合工件结构特点选择焊接方向（Direction），Direction赋值为“1”代表与上一道同向，“一1”代表与上一道反向。选择焊接方向完成后需要设置TCP的平移距离（seamoffs_y&seamoffs_ z）和旋转角度（seamrot一 x & seamrot_y）。

以双层双道平角焊为例，第一道焊接完成后，通过TCP平移与转动，确定第二道的位置，而不需要重新示教或寻位来确定第二道行走路径。

结语

综上所述，通过焊接机器人技术的发展与应用研究分析，认识到焊接机器人应用的主要优势：更好地保证了劳动者的健康、提升了焊接的品质、能够更好地保证生产的效能，相信科技水平的不断完善及专业技术人员的共同努力之下，焊接机器人技术会得到更好的进步，为社会建设工作的有序开展及人们生活水平的提升，提供更加强大的助力。

参考文献

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注：广东省高性能伺服系统企业重点实验室开放基金（HPSKL202 1KT03）资助项目。