機器人弧焊主要應(yīng)用于各類汽車零部件、工程機械、金屬行業(yè)的自動化生產(chǎn)。

弧焊機器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點。

隨著技術(shù)的發(fā)展，弧焊機器人正利用機器視覺及云數(shù)據(jù)向智能化的方向發(fā)展。

1 系統(tǒng)組成

一般的弧焊機器人系統(tǒng)是由以下部分組成：

1、機器人

2、自動送絲裝置

3、焊接電源

4、焊槍

5、變位機

6、工裝夾具

系統(tǒng)組成還可根據(jù)焊接方法的不同以及具體待焊工件焊接工藝要求的不同等情況，選擇性擴展以下裝置：

1、清槍剪絲裝置

2、冷卻水箱

3、焊劑輸送和回收裝置（SAW時）

4、移動裝置

5、焊接變位機

6、傳感裝置

7、除塵裝置及焊縫檢測設(shè)備

以下是一個標(biāo)準(zhǔn)的機器人弧焊工作站

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2 三種焊接方法

1、氣體保護電弧焊：

利用氬氣作為焊接區(qū)域保護氣體的氬弧焊、利用二氧化碳作為焊接區(qū)域保護氣體的二氧化碳保護焊等，均屬于氣體保護電弧焊。

其基本原理是在以電弧為熱源進行焊接時，同時從噴槍的噴嘴中連續(xù)噴出保護氣體把空氣與焊接區(qū)域中的熔化金屬隔離開來，以保護電弧和焊接熔池中的液態(tài)金屬不受大氣中的氧、氮、氫等污染，以達到提高焊接質(zhì)量的目的。

2、鎢極氬弧焊：

以高熔點的金屬鎢棒作為焊接時產(chǎn)生電弧的一個電極，并處在氬氣保護下的電弧焊，常用于不銹鋼、高溫合金等要求嚴(yán)格的焊接。

3、等離子電弧焊：

由鎢極氬弧焊發(fā)展起來的一種焊接方法，等離子弧是離子氣被電離產(chǎn)生高溫離子氣流，從噴嘴細(xì)孔中噴出，經(jīng)壓縮形成細(xì)長的弧柱，高于常規(guī)的自由電弧，如：氬弧焊僅達5000－8000K。由于等離子弧具有弧柱細(xì)長，能量密度高的特點，因而在焊接領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

3 三種氣體保護焊

弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。

近年來，國外機器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板、所以上圖的弧焊機器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。

應(yīng)該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。

1、MIG焊（熔化極氣體保護電弧焊）：

這種焊接方法是利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬嘴噴出的氣體來保護電弧進行焊接的。惰性氣體一般為氬氣。

2、TIG焊（惰性氣體鎢極保護焊）：

TIG焊的熱源為直流電弧，工作電壓為10～15伏，但電流可達300安培，把工件作為正極，焊炬中的鎢極作為負(fù)極。 惰性氣體一般為氬氣。

3、MAG焊（熔化極活性氣體保護焊）：

熔化極活性氣體保護焊是采用在惰性氣體中加入一定量的活性氣體，如O2、CO2等作為保護氣體。

4 弧焊系統(tǒng)說明

弧焊過程比點焊過程要復(fù)雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制。所以，弧焊用機器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。

從理論上講，5軸機器人就可以用于電弧焊，但是對復(fù)雜形狀的焊縫，用5個軸的機器人會有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應(yīng)盡量選用6軸機器人。

弧焊機器人在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外，還應(yīng)具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應(yīng)自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應(yīng)有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。

5 調(diào)試中電弧焊電流

調(diào)試中電弧焊電流大小的判斷：

1、電流小：

焊道窄，熔深淺，易形成過高，未熔合，未焊透，夾渣，氣孔，焊條粘連，斷弧，不引弧等等；

2、電流大：

焊道寬，熔深大，咬邊，燒穿，縮孔，飛濺大，過燒，變形大，焊瘤等等。

6 離線編程

弧焊機器人系統(tǒng)多采用離線編程

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離線編程可節(jié)省超過40％的現(xiàn)場調(diào)試時間，如果再結(jié)合Virtual Arc等虛擬弧焊軟件，可以根拒焊接電流，焊絲，焊接速度，脈沖形式，機器人姿態(tài)等模擬出焊接熔深，提前預(yù)知焊接狀態(tài)，減少大量的調(diào)試工作，提高整個機器人焊接系統(tǒng)的節(jié)拍及質(zhì)量。

7 系統(tǒng)的兩個技術(shù)

弧焊機器人系統(tǒng)兩個關(guān)鍵技術(shù)：

1、協(xié)調(diào)控制技術(shù)：

控制多機器人及變位機協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞，還要控制各機器人焊接區(qū)域的變形影響。

2、精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：

結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復(fù)雜工件進行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計獲得補償數(shù)據(jù)并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

8 焊接電源

1、焊接電源

熔化極氣體保護焊通常采用直流焊接電源，目前生產(chǎn)中使用較多的是弧焊整流器式直流電源。近年來，逆變式弧焊電源發(fā)展也較快。焊接電源的額定功率取決于各種用途所要求的電流范圍。熔化極氣體保護焊所要求的電流通常在100～500A之間，電源的負(fù)載持續(xù)率（也稱暫載率）在60％～100％范圍，空載電壓在55～85V范圍。

2、焊接電源的外特性

熔化極氣體保護焊的焊接電源按外特性類型可分為三種：平特性（恒壓）、陡降特性（恒流）和緩降特性。

（1）平特性

當(dāng)保護氣體為惰性氣體（如純Ar）、富Ar和氧化性氣體（如CO2），焊絲直徑小于φ1．6mm時，在生產(chǎn)中廣泛采用平特性電源。這是因為平特性電源配合等速送絲機具有許多優(yōu)點，可通過改變電源空載電壓調(diào)節(jié)電弧電壓，通過改變送絲速度來調(diào)節(jié)焊接電流，故焊接規(guī)范調(diào)節(jié)比較方便。使用這種外特性電源，當(dāng)弧長變化時可以有較強的自調(diào)節(jié)作用；同時短路電流較大，引弧比較容易。實際使用的平特性電源其外特性并不都是真正平直的，而是帶有一定的下傾，其下傾率一般不大于5V／100A，但仍具有上述優(yōu)點。

（2）下降特性

當(dāng)焊絲直徑較粗（大于φ2mm），生產(chǎn)中一般采用下降特性電源，配用變速迭絲系統(tǒng)。由于焊絲直徑較粗，電弧的自身調(diào)節(jié)作用較弱，弧長變化后恢復(fù)速度較慢，單靠電弧的自身調(diào)節(jié)作用難以保證穩(wěn)定的焊接過程。因此也象一般埋弧焊那樣需要外加弧壓反饋電路，將弧壓（弧長）的變化及時反饋送到送絲控制電路，調(diào)節(jié)送絲速度，使弧長能及時恢復(fù)。

3、電源輸出參數(shù)的調(diào)節(jié)

熔化極氣體保護焊電源的主要技術(shù)參數(shù)有：

（1）輸入電壓（相數(shù)、頻率、電壓）

（2）額定焊接電流范圍

（3）額定負(fù)載持續(xù)率（％）

（4）空載電壓

（5）負(fù)載電壓范圍

（6）電源外特性曲線類型（平特性、緩降外特性、陡降外特性）

通常要根據(jù)焊接工藝的需要確定對焊接電源技術(shù)參數(shù)的要求，然后選用能滿足要求的焊接電源。

（1）電弧電壓

電弧電壓是指焊絲端頭和工件之間的電壓降，不是電源電壓表指示的電壓（電源輸出端的電壓）。電弧電壓的預(yù)調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)電源的空載電壓或電源外特性斜率來實現(xiàn)的。平特性電源主要通過調(diào)節(jié)空載電壓來實現(xiàn)電弧電壓調(diào)節(jié)。緩降或陡降特性電源主要通過調(diào)節(jié)外特性斜率來實現(xiàn)電弧電壓調(diào)節(jié)。

（2）焊接電流

平特性電源的電流的大小主要通過調(diào)節(jié)送絲速度來實現(xiàn)，有時也適當(dāng)調(diào)節(jié)空載電壓來進行電流的少量調(diào)節(jié)。對于緩降或陡降特性電源則主要通過調(diào)節(jié)電源外特性斜率來實現(xiàn)。

9 送絲系統(tǒng)

送絲系統(tǒng)通常是由送絲機（包括電動機、減速器、校直輪、送絲輪、送絲軟管、焊絲盤等）組成。盤繞在焊絲盤上的焊絲經(jīng)過校直輪和送絲輪送往焊槍。根據(jù)送絲方式的不同，可分為四種類型：

（1）推絲式

推絲式是焊絲被送絲輪推送經(jīng)過軟管而達到焊槍，是半自動熔化極氣保護焊的主要送絲方式。

這種送絲方式的焊槍結(jié)構(gòu)簡單、輕便、操作維修都比較方便，但焊絲送進的阻力較大。隨著軟管的加長，送絲穩(wěn)定性變差，一般送絲軟管長為3．5～4m左右。

（2）拉絲式

拉絲式可分為三種形式：

1）將焊絲盤和焊槍分開，兩者通過送絲軟管連接；

2）將焊絲盤直接安裝在焊槍上；

3）焊絲盤與焊槍分開，送絲電動機也與焊槍分開。

前兩種都適用于細(xì)絲半自動焊，但前一種操作比較方便，第三種送絲方式可用于自動熔化極氣體保護焊。

（3）推拉絲式

這種送絲方式的送絲軟管最長可以加長到15m左右，擴大了半自動焊的操作距離。焊絲前進時既靠后面的推力，又靠前邊的拉力，利用兩個力的合力來克服焊絲在軟管中的阻力。推拉絲兩個動力在調(diào)試過程中要有一定配合，盡量做到同步，但以拉為主。焊絲送進過程中，始終要保持焊絲在軟管中處于拉直狀態(tài)。

這種送絲方式常被用于半自動熔化極氣體保護焊。

（4）行星式（線式）

行星式送絲系統(tǒng)是根據(jù)“軸向固定的旋轉(zhuǎn)螺母能軸向送進螺桿”的原理設(shè)計而成的。

三個互為120°的滾輪交叉地安裝在一塊底座上，組成一個驅(qū)動盤。驅(qū)動盤相當(dāng)于螺母，通過三個滾輪中間的焊絲相當(dāng)于螺桿，三個滾輪與焊絲之間有一個預(yù)先調(diào)定的螺旋角。

當(dāng)電動機的主軸帶動驅(qū)動盤旋轉(zhuǎn)時，三個滾輪即向焊絲施加一個軸向的推力，將焊絲往前推送。送絲過程中，三個滾輪一方面圍繞焊絲公轉(zhuǎn)，另一方面又繞著自己的軸自轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)焊絲送進速度。

這種送絲機構(gòu)可一級一級串聯(lián)起來而成為所謂線式送絲系統(tǒng)，使送絲距離更長（可達60m）。

若采用一級傳送，可傳送7～8m。這種線式送絲方式適合于輸送小直徑焊絲（φ0．8～1．2mm）和鋼焊絲，以及長距離送絲。

10 焊槍

熔化極氣體保護焊的焊槍分為半自動焊焊槍（手握式）和自動焊焊槍（安裝在機械裝置上）。

在焊槍內(nèi)部裝有導(dǎo)電嘴（紫銅或鉻銅等）。焊槍還有一個向焊接區(qū)輸送保護氣體的通道和噴嘴。噴嘴和導(dǎo)電嘴根據(jù)需要都可方便地更換。

此外，焊接電流通過導(dǎo)電嘴等部件時產(chǎn)生的電阻熱和電弧輻射熱一起，會使焊槍發(fā)熱，故需要采取一定的措施冷卻焊槍。冷卻方式空氣冷卻、內(nèi)部循環(huán)水冷卻，或兩種方式相結(jié)合。對于空氣冷卻焊槍，在CO2氣體保護焊時，斷續(xù)負(fù)載下一般可使用高達600A的電流。但是，在使用氬氣或氦氣保護焊時，通常只限于200A電流。

1、焊槍的分類

（1）半自動焊槍

半自動焊槍通常有兩種形式：鵝頸式和手槍式。

1）鵝頸式焊槍

適合于小直徑焊絲，使用靈活方便，特別適合于緊湊部位、難以達到的拐角處和某些受限制區(qū)域的焊接；

2）手槍式焊槍

適合于較大直徑焊絲，它對于冷卻效果要求較高，因而常采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻。半自動焊焊槍可與送絲機構(gòu)裝在一起，也可分離。

（2）自動焊焊槍

自動焊焊槍的基本構(gòu)造與半自動焊焊槍相同，但其載流容量較大，工作時間較長，有時要采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻。焊槍直接裝在焊接機頭的下部，焊絲通過送絲輪和導(dǎo)絲管送進焊槍。

2、供氣系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)

（1）供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)與鎢極氬弧焊相似，對于CO2氣體，通常還需要安裝預(yù)熱器和干燥器，以吸收氣體中的水分，防止焊縫中生成氣孔。對于熔化極活性氣體保護焊還需要安裝氣體混合裝置，先將氣體混合均勻，然后再送入焊槍。

（2）冷卻水系統(tǒng)

冷卻水系統(tǒng)由水箱、水泵和冷卻水管及水壓開關(guān)組成。水箱里的冷卻水經(jīng)水泵流經(jīng)冷卻水管，經(jīng)水壓開關(guān)后流入焊槍，然后經(jīng)冷卻水管再回流入水箱，形成冷卻水循環(huán)。水壓開關(guān)的作用是保證當(dāng)冷卻水未流經(jīng)焊槍時，焊接系統(tǒng)不能起動焊接，以保護焊槍，避免由于未經(jīng)冷卻而燒壞。

3、焊槍服務(wù)中心

包括清槍剪絲裝置，涂油裝置，及TCP自動校正裝置。可提高8％的正常運行時間。

TCP自動定義

TCP自動檢查／更新

TCP重復(fù)率 ＋／－ 0．1mm

工件質(zhì)量穩(wěn)定

更高系統(tǒng)可靠運行時間

11 變位機

變位機一般與機器人聯(lián)動，是機器人的一個附加軸，能配合機器人完成復(fù)雜工件的焊接，高性能的變位機重復(fù)精度能達到0．1mm。

12 起始點尋位功能

1、焊前接觸式傳感；

2、自動尋找焊縫起點、終點及焊縫位置；

3、降低對工裝夾具的定位精度要求。；

4、可實現(xiàn)3D導(dǎo)引；

5、快速搜尋，搜尋速度20～50mm／s，單點一方向搜尋時間2～6s；

6、導(dǎo)引精度±0．25mm。

13 電弧跟蹤及自適應(yīng)功能

1、焊接過程中自動跟蹤焊縫；

2、電弧作為傳感裝置；

3、裝配、加工及焊接變形誤差可以得到修正；

4、焊縫跟蹤精度±0．1mm 。

14 激光視覺焊縫傳感

機器人采用的是主動跟蹤的方式，機器人控制傳感器：

1、焊槍的位置和焊接速度實時獲取，控制方便，速度變化時易于調(diào)整。

2、可以方便的和外軸進行集成控制和同步

3、總線通訊方式，信息量豐富

15 焊接后的質(zhì)量檢測

因視覺技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了線激光、白藍光等技術(shù)，已能完成焊縫的質(zhì)量檢測，可以檢測焊縫的起始點，焊縫高度，焊縫寬度，焊接缺陷及焊縫連續(xù)性等，甚至還能通過飛濺檢測來判斷焊接參數(shù)的合理性。讓整個焊接自動化形成了一個制造閉環(huán)，為將來的機器學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

令人驚訝的弧焊3D打印技術(shù)

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