进口焊接机器人焊接电源故障分析与处理

雒补清，孙韦华，古晶晶，柴进虎

（晋西工业集团有限责任公司，山西太原 030027）

0 引言

2006 年，公司引进2 台德国CLOOS 焊接机器人，承担产品零部件钨极氩弧焊焊接工艺。设备使用多年后，电源内部元件老化故障逐步显现，特别是近期因工艺要求焊接电流加大，导致焊接电源故障较多。以下介绍焊接电源故障处理情况。

1 焊接电源简介

1.1 焊接电源技术参数

该焊接电源型号GLW 300 1-H-P-R，采用AC 400 V 电源输入，电流类型为AC/DC 两用，主要峰值功率15 kV·A，峰值电流22 A，焊接开路电压100 V，电流范围5～300 A，保护气体为氩气。该设备可进行钨极惰性气体焊接（TIG）和手工金属电弧焊接（MMA），使用以来多以TIG 焊接为主。

1.2 焊接电源组成

（1）A1 功率控制单元，是焊接电源的主要控制单元，包括A1-A11，主滤波器电路板；A1-A12，主模块电路板；A1-A13，换流器控制电路板；A1-K1，主接触器；主要部件如图1 所示。

图1 焊接电源功率控制单元电气原理

（2）A2 电源单元，DC/AC 变换器。

（3）A3 脉冲发生器，完成点火功能。

（4）A4 控制电路板WS20，TIG-控制单元。

（5）A5 控制电路板FLP30，前置PCB（印刷电路板）。

（6）A9 电路板分流器，电流控制。

1.3 其他功能部件

焊接电源内部其他功能部件有电容器、流量计、风扇、水泵、控制变压器等。电源外部与其连接的主要部件有ST166送丝进给系统和接口控制器、机器人控制柜、机器人本体、变位机等。

2 主要故障及分析

2.1 焊枪不起弧故障

2.1.1 保护气体问题引起的不起弧故障

（1）故障现象。自动焊接方式下，在焊接指令发出后机器人带着焊枪移动到焊接工位，焊接指令发出但是焊枪未起弧，机器人停止运动，原地待命。

（2）故障分析及检查方法。焊枪不起弧的原因很多，排除了操作方法及程序无异常后，确定是保护气体问题，引起焊接电弧不能建立。检查氩气瓶及调压阀，氩气阀门已开启，气源充足，调压阀功能正常。在示教器上试验手动打开氩气，指令能够发出，但未能听到正常的进气阀打开时的“啪、啪”声。检查焊接电源下部进气阀门，断开连接线路，用万用表测量进气阀线圈Y1，电阻值正常。检查对地绝缘，亦未发现绕组有短路现象。再次试验指令发出后，测量进气阀线圈电压，万用表显示为0 V，说明控制回路没有电压输出。顺着线路检查到A4 控制电路板WS20，其输出端3、4 管脚端无电压，判断是WS20 控制电路板损坏，原理见图2。

图2 WS20 控制电路板原理

（3）处理方法。更换WS20 控制电路板后试验，故障排除。

2.1.2 主要元器件损坏引起的不起弧故障

（1）故障现象。更换工件后启动程序，焊枪移动到焊接工位，但是电弧未建立，机器人停止运行。

（2）故障分析及检查方法。首先，检查氩气阀，功能正常。检查A4WS20 控制电路板，无明显异常。更换一块WS20 电路板，故障依旧。检查主模块板A1-A13，大功率二极管和晶闸管测量值正常。再检查逆变回路，用万用表测量其输出电压，和另一台正常焊接电源对比，发现正常输出电压为AC 400 V，而该电路输出电压仅为AC 240 V，说明逆变回路异常。拆开逆变电路，检查其中两只IGBT 模块，发现一只已损坏。

（3）处理方法。购买同型号的IGBT 模块GCA200AA60 进行更换，输出电压正常，故障排除。

2.2 起弧后焊接电源掉电故障

（1）故障现象。某次焊接过程中，起弧后整个焊接电源掉电，电源指示灯和其他LED 指示灯全都熄灭。

（2）故障分析及检查方法。关断电源开关，再次送电，焊接电源依然无电，说明故障严重，可能存在局部短路。首先，检查电源内控制变压器端2 个熔断器FU1 和FU2，发现FU1 熔丝烧断，FU2 正常。更换2.5 A 的熔丝后送电，电源送电正常。但是焊接起弧后电源又立即掉电，再次证明回路短路。其次，更换A4WS20控制电路板和A1-A13 转换器控制电路板，均未见效；检查A1-A12 主模块板，上面的大功率晶闸管、二极管未见明显异常；检查逆变回路的 IGBT 模块GCA200AA60，拆开进线，用万用表测量IGBT 管脚G1、E1、C1 和G2、E2、C2 之间电阻值，未见明显异常。因此，判断故障不在主回路上，应该在电弧建立后的辅助回路中。分析焊接过程是电弧建立后焊枪需要冷却，随即冷却泵自动启动。检查冷却泵电机，发现其绕组对地绝缘电阻值为0 Ω。确认原因是电机绕组对地短路故障，造成焊接电源掉电。

（3）处理方法。用国产循环水泵代替损坏的德国原装水泵，改造水路和电路后，故障排除。

2.3 焊接工序完成后焊枪不能收弧故障

（1）故障现象。自动焊接完毕后焊枪本应收弧，但焊枪不收弧且没有回到初始工位，产品存在过烧现象。若不能及时发现，产品可能被烧穿直至报废。

（2）故障分析及检查方法。检查焊枪送丝回路，送丝管、送丝轮和送丝电机工作正常，焊丝运行自如。随后调换两台焊接电源，并用试件进行焊接，故障依旧，排除焊接电源本身故障。

焊接电源上面配置一个ST166 控制器，功能是送丝进给系统和接口控制，怀疑该装置出现问题，影响收弧功能。对调2 台ST166 控制器后试验，故障不再出现，证明是ST166 控制器出现问题。

ST166 控制器主要组成：①A1，电机调节板，技术参数为0～10 V=0～5 m/min，表示当控制电压在0～10 V 变化时，输送焊丝的速度为0～5 m/min；②A2，电源继电器板；③A3，过滤器兼速度反馈板。此外，还包括1 个控制变压器和7 个高频滤波器。高频滤波器分为2 种，Z1、Z3、Z6、Z7 型号为SLF-50 mA，为小电流滤波器；Z2、Z4、Z5 型号为FN332-3 A，为大电流滤波器，如图3 所示。

图3 ST166 控制器部分接线

仔细测量A1、A2、A3 电路板各管脚的技术参数后未发现异常，更换A1、A2、A3 电路板后试验，故障依旧。测量Z1-Z7 高频滤波器管脚电压和电阻值，和另一台对比也正常。检查变压器、熔断器、电阻、电容等都正常，使用万用表测量连接电缆都导通。检查均无异常，但是设备不能正常工作，分析影响ST166 控制器工作的因素。进一步查看，ST166 控制器通过2 根多芯电缆与外部连接，其中一根15 针电缆通过航空插头连接到焊接电源上。怀疑该航空插头或电缆出现异常，影响收弧。

（3）处理方法。购买同型号航空插头，使用新0.75 mm2×20的多芯软电缆，按照原来连接方法一端与航空插头焊接，另一端连接到ST166 控制器各元件管脚中。连接好以后进行试验，焊接完毕后收弧正常，故障排除。

3 结束语

（1）修理过程中，无论是检查还是更换元器件、电路板，一定注意操作规范，手法要轻，防止损坏插头内针脚或元器件，使故障扩大。

（2）对IGBT 模块进行锡焊作业时，为避免烙铁、烙铁焊台产生的静电加到IGBT 模块，烙铁外端要用较小的电阻接地。连接IGBT 模块端子时，主端子电极间不能有张力和压力作用，以免电极端子发热，使得模块过热。

（3）检查更换含有集成块的电路板过程中，注意手不要触摸上面元件，防止人身上的静电损坏集成块，必要时需戴上手环，释放静电。