焊接机器人操作与维护

冯 琛

（陕西机电职业技术学院，陕西 宝鸡 721001）

随着制造业的快速发展，焊接作为“工业裁缝”，是重要的生产方式。焊接技术的进步可以有效保障产品品质，为我国产业升级奠定坚实的基础，大大推进工业4.0时代的到来，因而对焊接的自动化、柔性化和智能化的要求日益提高，焊接机器人可有效满足焊接的时代需求，其推广应用已成为必然趋势[1]。

1 焊接机器人规模化应用意义

焊接机器人规模化应用极具意义，既提高了经济效益，又改善了劳动条件，为社会、企业和个人的快速发展奠定了基础。其重要意义主要表现在以下几个方面。

1）改善和保障焊接质量，满足标准化生产要求。焊接机器人的参数设置如焊接机器人路径、速度、焊接电流、电压等，对于焊接质量起着决定性作用。采用机器人焊接时，焊接机器人的参数通过系统程序保障，从而可通过机器人系统确保每条焊缝品质的恒定，焊缝质量受人为因素的影响大大减少。既降低了企业培养工人的成本，又降低了对操作技术的要求，确保焊接质量稳定；而人工焊接会受到操作人员不同的影响，很难保障质量的稳定性，无法满足标准化生产要求。

2）改善了操作员工作条件。采用焊接机器人焊接，自动线体正常运行时其焊接过程均由机器人完成，操作员只需要将焊接部件通过上料单元送往相应自动线体，从而避免操作员受焊接弧光、烟雾和飞溅等伤害。尤其是汽车行业白车身的焊接基本采用点焊，通过机器人点焊让操作员免于使用笨重的手工焊钳，使其从高强度的体力劳动中解脱出来。

3）提高企业生产效率及经济效益。焊接机器人自动线体可实现不间断连续生产，既提高了生产效率，又确保了企业的经济效益。尤其是采用机器人焊接，在缩减培养操作人员的成本与时间、大大降低企业用人成本的同时，也保障了焊接质量，从而为企业的长久发展奠定基础。

4）生产周期明确，实现产量控制。焊接机器人自动线体的生产具有节拍性且是固定的，生产效率因节拍固定而确定。因此，生产计划安排具有精确性，生产目标可明确化。

5）简化产品改进换代的周期，减少对相应设备的投资。可实现小批量产品的焊接自动化，焊接机器人可以通过修改机器人程序来改变焊接路径、速度等参数，方便完成各类产品的焊接工作[2]，进而缩短生产与改型周期，同时焊接机器人具有柔性，减少因产品换代而引起的设备投资。

2 焊接机器人应用现状

焊接机器人应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等制造行业，如贵州吉利汽车有限责任公司焊装车间工业机器人覆盖率已超过80%，因而焊接机器人操作与维护已成为企业职工的必备技能。但我国工业机器人起步晚，且焊接机器人工作环境恶劣，往往故障较多，虽已经设计出具有自主知识产权的焊接机器人系列产品[3]，如沈阳新松机器人，但却未能得到推广，形成规模效应，究其原因，有以下几点。

1）国内机器人成本优势减弱。近年来，各类品牌的进口机器人生产基地逐渐转移至国内，加上我国部分企业收购知名机器人企业，导致进口机器人的价格大幅降低，从40～60万元/台降低到10～20万元/台，使我国国产机器人价格优势逐渐减弱，尤其在工业生产领域内的国产焊接机器人很难打开市场。大型企业多采用进口品牌机器人，如贵州吉利汽车有限公司焊装车间均采用德国库卡焊接机器人。同时，我国机器人发展尚处于初期阶段，未能发展出与之匹配的零部件产业，如伺服电机、减速器等，使得机器人关键部件需要进口，成本难以降低，所以国产机器人与进口机器人相比，价格优势逐渐减弱。并且焊接技术、工艺与国外还存在较大差距，故国产焊接机器人在国内各大车企焊装车间白车身的生产中几乎所有的装备都是从国外引进，国产机器人未能打开市场。

2）国产机器人无论是控制系统的集成度、可靠性还是人机互动等方面，与欧美公司相比仍存在不足之处。国外经过几十年的发展，焊接机器人及配套产业已发展成熟，实现互相促进发展的局面，并且经历了30多年的应用历程，在生产中积累大量的经验，通过收集实际生产数据，为焊接机器人的进一步发展优化奠定数据基础。而我国焊接机器人硬件与软件均处于初步发展阶段，实际生产应用较少，相应的使用经验与数据不足，故焊接机器人的发展缓慢。

3）国内焊接机器人生产及配套厂家多处于起步阶段，需要国家政策和资金的扶持。焊接机器人是机电一体化的综合性产品，单靠个别企业推动发展远远不够，需要国家对机器人生产企业进行统筹规划，制定机器人企业的发展侧重点，使机器人的发展能够满足我国产业升级需求。同时，国家应对于使用国产机器人的企业给予税收优惠，从而促进机器人产业的发展。

3 焊接机器人故障分析

焊接机器人常见故障类型分为机器人系统故障和焊接系统故障[4]。机器人系统故障主要是机器人控制系统不完善造成的问题，如系统停机死机的现象，机器人路径程序不合理，从而使得内部线路磨损严重；焊接系统故障主要是焊接系统与辅助系统的常见问题，如点焊机器人电极帽磨损及不对中、辅助循环水冷却系统滤网堵塞等。

3.1 焊接机器人系统的常见问题

1）由于焊接机器人工作环境恶劣，伺服电机与解码器通信存在被干扰等问题，导致焊接机器人零点易丢失，需要重新标定零点。

2）焊接机器人由于工作条件复杂，存在多品种、小批量的生产情况，故为满足生产要求不可避免地会出现路径设置不合理的现象，导致焊接机器人部分线路磨损严重。

3）焊接机器人控制柜存在大量电气元件，实际生产过程中会频繁调试，进而导致电流不稳定，损坏控制柜电气元件[5]。

3.2 焊接及辅助系统[6]的常见问题

1）上下电极对工件施加压力并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将工件加热至熔化或塑性状态，以达到焊接目的。但焊接过程电极帽因压力、电流等因素，导致磨损较为严重，而且电极帽极易沾到焊接件上的油漆、灰等杂质，导致接触不良，电流无法导通，从而出现缺失电流的现象。

2）电极帽因工作环境恶劣需频繁更换，部分工作人员未按规程更换，极易造成上电极与下电极位置偏移，进而使得上下电极无法对中，影响焊接质量。

3）焊接辅助系统中，水循环冷却辅助系统进行焊接部件的冷却，循环过程中极易携带杂质，从而造成滤网堵塞。

4 焊接机器人操作规程

焊接机器人操作规范性要求较高，规范操作可减少故障率，有助于个人与生产安全，故操作规程对于焊接机器人的应用具有重要意义，是有效保障生产效率及焊接质量的重要制度。除了规范操作流程外，还可以降低人员技术要求，有助于新员工培训。

4.1 劳保用品穿戴及作用

1）安全帽：防止高处零部件掉落造成伤害；防止机械部件冲击的伤害；防止污染毛发造成的伤害。

2）劳保鞋：可以有效防止人员触电事故；可以防止脚部意外伤害。

3）焊工面罩、防尘口罩：防止或减少空气中烟尘、粉尘通过呼吸进入人体，从而保护生命安全的个体劳保用品。

4）焊工手套、焊工围裙：电焊手套可以防护电焊时飞溅的火花，以免烫伤手，还可以防护电焊产生的电弧光对身体的辐射伤害。

5）其他劳保用品（护目镜、防护耳罩等）：护目镜减弱光强和改变光谱，避免辐射光对眼部造成伤害；防护耳罩减少噪声对人体的影响[7]。

4.2 焊接机器人操作与维护作业要求

4.2.1 作业前要求

1）正确穿戴劳保物品，并确认劳保物品是否完好，禁止穿戴存在安全缺陷的劳保物品；2）检查焊接机器人系统各指标是否完好，急停开关是否正常，必须符合车间安全要求，存在安全缺陷的禁止使用；3）检查焊接机器人焊枪是否能够正常使用，辅助系统有无水、气泄漏现象，及时清理作业现场的易燃、易爆物品；4）保养、维修人员进入自动线体必须挂安全锁、警示标志，防止他人误操作导致安全事故。

4.2.2 作业中要求

1）焊接机器人自动线体正常自动运行时，PLC必须处于自动状态，机器人必须是主程序运行；2）检查PLC给机器人输入/输出信号后，在控制柜用钥匙打开自动模式，再给机器人上电，最后按下示教器运行按钮[8]；3）焊接机器人处于手动状态时，必须由专业人员用示教器操作；4）禁止乱按控制柜和示教器上的按钮，非工作人员禁止在未经允许的情况下，对控制柜和示教器进行操作；5）在进入机器人工作区域内进行检查和操作时，必须有两人以上，一人注意观察，防止意外事故的发生，如遇突发事件应及时按下急停开关；6）操作者、维修人员必须经过严格的机器人技术培训后方能上岗，使用、维护及保养均配备专职人员；7）操作过程中，一旦发生意外情况需及时按下示教器或控制柜上的急停按钮，操作人员应及时上报，申请维修人员处理，禁止违规操作；8）非专职人员不得随意拆卸零件，专职人员不得在未经允许的情况下私自修改机器人程序；9）操作人员在生产任务完成后应及时对焊枪、设备外表面、清腔区域及机器人工作区域的卫生进行清扫和擦拭；10）维修人员应定期对电源线、信号线、水过滤器及修模器刀具等进行点检，并对机器人控制箱滤网等设备进行保养；11）工作结束后机器人应在原位状态，只关闭焊接电源，不关闭机器人控制电源，防止数据丢失；12）机器人控制柜内部，在切断主电源开关后还有来自外部的电源，检修时要切断相关电源。

4.2.3 作业后要求

1）机器人运行到原点位置，并让机器人主机处于下电状态；2）保养擦拭机器人。

4.3 应急处理措施

1）触电急救：首先，使触电者脱离电源，再判断伤情状况。若神志清晰，则将伤者送至通风处静卧；若窒息或昏迷，立即同时使用心肺复苏法，再紧急送医救治。

2）火灾急救：立即停止作业，向班组长或专职安全员报告，组织义务消防员扑救，如火势无法控制，立即上报，组织人员撤离。

3）人身伤害事故：立即停止作业，按下急停开关，关闭设备电源，报告班组长或专职安全员。如出血则先止血再包扎，如骨折则先固定再搬运，情况紧急时立即送医就诊。

5 焊接机器人维护规程

焊接机器人工作环境恶劣，且工况复杂，故障相对较多。维护规程对于减少焊机机器人的故障率、保证其正常使用具有重要作用，且可延长设备的使用寿命，可规范化、简单化及制度化地指导员工维护设备，还可以降低人员培训及设备维护成本，故焊接机器人维护规程对于企业非常重要。

5.1 日维护要求

1）CO2焊接气体流量是否存在异常状态；

2）焊枪安全保护系统是否完好；

3）焊接机器人系统参数是否正确。

5.2 周维护要求

1）擦洗机器人各轴，检查主程序各示教点的准确度；

2）检查机器人各轴零点是否存在丢失；

3）清理焊接机器人辅助冷却水循环系统过滤网；

4）检查焊接机器人压缩空气进气口处的过滤网是否积灰；

5）清理焊接机器人电机帽处杂质及灰尘，防止点焊工作时缺失电流；

6）确认焊接机器人路径是否存在不合理之处，检查软管及线路有无破损及断裂；

7）检查焊枪安全保护系统以及外部急停按钮是否正常。

5.3 月维护要求

1）定期润滑机器人各轴，保证机器人良好的工况；

2）检查并给变位机和轨道上的红色加油嘴加黄油，蓝色加油嘴加灰色的导电脂；

3）清理清枪装置，检查修磨器的刀片是否正常，如有问题及时更换；

4）用压缩空气清理控制柜及焊接机器人易积灰的部件，保证系统正常运行。

6 结论

焊接机器人的发展与应用，不仅保障了企业的产品质量和经济效益，而且有力地推进了我国的产业升级。焊接机器人操作与维护规程随其推广应用越来越重要，制度化的管理能够有效保障产品高品质和生产高效率，但焊接机器人相关应用理念和日常维护等方面仍存在不足之处，配套企业力量也相对较为薄弱[9]。故优化焊接机器人操作与维护规程极具现实意义，有助于严格操作规范，减少人为因素导致的故障，提高清洁度，降低故障率，保障焊接信息的及时反馈，实现全程焊接跟踪管理，对企业焊接机器人管理具有指导意义，促进企业制度化生产，使社会、企业与个人三方均从中受益。随着焊接机器人的发展，其操作与维护规程也应遵循理论指导实践、实践促进理论的理念，不断完善优化，从而体现焊接机器人的应用价值，为社会发展贡献力量。