工业机器人应用技术课件6.1 机器人弧焊工作站认知

工业机器人应用技术项目六

工业机器人弧焊应用

6.1机器人弧焊工作站认知

》01020304弧焊工作站概况弧焊工作原理及工艺流程弧焊机器人焊接工艺参数弧焊安全规范6.1机器人弧焊工作站认知

1弧焊工作站概况一、弧焊工作站概况机器人本体示教器电气控制系统1.弧焊焊接机器人组成一、弧焊工作站概况弧焊比较复杂，工具中心点（TCP）也就是焊丝端头的运动轨迹、焊枪姿态、焊接参数都要求精确控制。必须弧焊用机器人除了前面所述的一般功能外，还必须具备一些适合弧焊要求的功能。从理论上讲，有5个轴的机器人就可以用于电弧焊，但是对复杂形状的焊缝，用5个轴的机器人会有困难。因此，除非焊缝比较简单，否则应尽量选用6轴机器人。2.弧焊焊接机器人特点一、弧焊工作站概况1、连续路径控制，定位精度：≤±0.5mm2、工作空间选择，大于焊接所需空间3、抗干扰能力和可靠性4、机器人负载，5-20Kg5、机器人焊接速度，5-50mm/s3.弧焊机器人基本要求一、弧焊工作站概况变位机走丝机4.机器人周边设备一、弧焊工作站概况弧焊焊机弧焊焊枪5.机器人焊接系统2弧焊工作原理及工艺流程6.1机器人弧焊工作站认知

二、弧焊工作原理及工艺流程1.弧焊应用二、弧焊工作原理及工艺流程2.弧焊工作原理CO2气体保护焊工作原理工作原理如图所示，焊接时,在焊丝与焊件之间产生电弧；焊丝自动送进，被电弧熔化形成熔滴并进入熔池；CO2气体经喷嘴喷出，包围电弧和熔池，起着隔离空气和保护焊接金属的作用。同时CO2气还参与治金反应，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。二、弧焊工作原理及工艺流程3.弧焊机器人工作流程3弧焊机器人焊接工艺参数6.1机器人弧焊工作站认知

三、弧焊机器人焊接工艺参数电弧焊的主要内容弧焊电源（焊机）弧焊机器人（执行机构）建立稳定的电弧特性焊丝熔化及稳定的熔滴过渡母材的熔化及熔池的建立形成焊缝及焊接接头焊缝及热影响区的组织与性能的变化符合各项技术标准的焊接结构三、弧焊机器人焊接工艺参数弧焊机器人工作流程电弧：在两极间产生强烈而持久的气体放电现象。母材：被焊接金属。熔滴：

焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴。熔池：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。保护气体：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体。保护气体焊丝母材熔池焊道导电嘴

保护气体溶滴电弧三、弧焊机器人焊接工艺参数焊丝的融化及熔滴过渡焊丝熔化热源：电弧热、电阻热焊丝熔化特性：熔化速度Vm与电流I之间的关系影响熔化特性的因素：焊丝成分焊丝直径干伸长度极性熔滴过渡的形态（颗粒>射流）保护气体介质（MAG>CO2）三、弧焊机器人焊接工艺参数熔滴过渡的几种形式短路过渡焊丝与熔池的短路频率20~100次/S短路缩颈“小桥”爆断有飞溅渣壁过渡（颗粒过渡）药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊滴状过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡）喷射过渡脉冲射滴过渡射流过渡亚射流过渡（铝及铝合金MIG焊）三、弧焊机器人焊接工艺参数熔滴上的作用力熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的一、表面张力二、重力（Fσ）三、电磁收缩力（Fcz）四、等离子流力五、斑点压力六、短路时所颈爆破力三、弧焊机器人焊接工艺参数熔滴过渡CO2/ＭＡＧ焊接（短路过渡）脉冲ＭＩＧ/ＭＡＧ焊接焊丝头与母材发生短路并向前过渡熔滴从焊丝头滴落并向前过渡（射滴过渡）三、弧焊机器人焊接工艺参数脉冲频率和熔滴过渡频率的三种电弧状态最佳状态：一脉一滴（脉冲频率和熔滴过渡频率一致）可用状态：一脉多滴（脉冲频率低于熔滴过渡频率）不可用状态：多脉一滴（脉冲频率高于熔滴过渡频率）此时飞溅大，脉冲电弧不稳定。

注：熔滴过渡频率与焊丝成分、混合气体比例、电流大小等因素有关三、弧焊机器人焊接工艺参数熔滴喷射过渡的必要条件纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG）（CO2焊接无法实现喷射过渡，不宜用二氧化碳保护气体的脉冲焊来焊接钢材，因为这种保护气体在脉冲阶段的电弧力不利于熔滴分离。）焊接电流超过喷射过渡的临界电流（如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I>320A）低于临界电流时采用脉冲熔化极电源，呈现“脉冲射滴过渡”形式三、弧焊机器人焊接工艺参数母材熔化与焊缝成形焊缝熔池的特点：体积小、温差大、冷速快、温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770±100°C）在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡（熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分之外，还与焊接方法和焊接规范而确定的熔合比有关熔池的形状（椭圆、半个鸭蛋型）熔深、熔宽、熔池长度、余高三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接母材熔化与焊缝成形接头的三个组成部分焊缝区柱状组织、晶粒粗大、组织偏析熔合区与母材联生结晶热影响区（非淬火钢）

1、过热区（粗晶区）

2、正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）

3、部分相变区（不完全重结晶区）

4、再结晶区三、弧焊机器人焊接工艺参数MG-51T实心焊丝的适用范围焊接方法屈服强度σs（MPa）抗拉强度

σb（MPa）延伸率δ（%）冲击韧性Akv（J）CO246056032110MAG52060031160三、弧焊机器人焊接工艺参数二元混合气体

70%Ar+30%CO2（C-30）适合于短路过渡下的全位置焊接。Ar+5—10%CO2

随着CO2含量的降低，焊缝表面的润湿性降低，适合于低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。80%Ar+20%CO2（C-20）最常用的典型混合气体。

Ar+2—5%O2氩气中加入微量的氧可提高电弧的稳定性，明显降低熔滴和熔池的表面张力，减少咬边缺陷。适合于喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。三、弧焊机器人焊接工艺参数三元混合气体Ar+10—20%CO2+5%O2

适合于碳钢及低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡。`Ar+5—10%CO2+1—3%O2此类三元混合气体集中了Ar、CO2、O2三种气体各自的优点，电弧更加稳定，焊缝熔深、熔宽适中，成形美观。焊接各种厚度的碳钢、低合金钢、不锈钢，不论哪种过渡形式都具有多方面的适应性，称为“万能”混合气体。三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接工艺评定验证焊接工艺的正确性，合理性。为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺，并对焊接施工工艺进行确定与指导。焊接工艺评定方法：抗裂性试验工艺评定任务委托技术书（材质，工艺，数量，周期）模拟试件焊接试件物理.化学性能试验工艺评定报告（PQR）焊接工艺规范（WPS）焊接工艺作业指导书母材组织与性能焊前工件予热控制层间温度控制焊接线能量[Q=Ⅰ×U/V(J/CM)]后热处理---消氢处理焊后热处理(改善组织、消除应力)三、弧焊机器人焊接工艺参数其它重要焊接工艺内容&其它工艺要素母材规格（板厚S、管Φ×S）坡口形式（I、V、Y、X、U、K等）接头类别：板状、管状、管板状接头形式：对接、角接、T字接、搭接焊接位置：平焊、立焊、横焊、仰焊固定方式：垂直固定、水平固定等

重要焊接工艺内容其他工艺要素三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接检验外观检查无损探伤

Χ射线探伤（RT）超声探伤（UT）渗透探伤（PT）磁粉探伤（MT）三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接缺陷分类成型缺陷：咬边、焊瘤、余高、未焊透、错边、焊脚尺寸不足、变形结合缺陷：裂纹、气孔、未熔合性能缺陷：硬化、软化、脆化、耐蚀性恶化、疲劳强度下降

三、弧焊机器人焊接工艺参数弧焊机器人焊接的优选性高效、高速度的焊接

焊接速度是机器人焊接最重要的参数，一般地说，低的焊速，规范调节很容易。机器人焊接追求的目标：0.6—1.5米/min，焊速越高，参数的组合越困难。不仅调节焊接参数，焊枪的前倾角（行走角），焊丝的干伸长度等均有很大的影响。高质量、高品位的焊接一致性好的焊接连续性的焊接精细化的焊接人工成本低廉的焊接三、弧焊机器人焊接工艺参数妨碍机器人焊接应用的问题工件前期下料装配精度的高要求

重复装配精度≤0.2；最大偏差≤0.5。传统切割下料工艺无法满足其精度要求。全位置、多功能夹具的高精度要求精密跟踪--给机器人装上“眼睛”的精细控制焊接技术滞后三、弧焊机器人焊接工艺参数机器人焊接试验的程序和步骤熟悉图纸和焊接技术标准，与用户详细交流技术要求。根据母材成分，确定焊材（焊丝牌号、直径、气体成分）。根据板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、确定初期焊接工艺规范参数（焊接工艺评定任务书）。按照“焊接工艺评定任务书”中设定的工艺模式，焊接试件，详细记录实际的焊接工艺参数。按照技术标准进行外观检验和内部缺陷检验。初期试焊不合格，分析原因，采取工艺改进措施，调整参数，再次或多次试焊；直到焊接出合格焊缝为止。总结焊接过程的全部工艺参数，编写出“焊接工艺评定报告书”，“焊接工艺规程（WPS)”，应用于实际生产焊接。三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接试件是保证机器人焊接质量的重要环节机器人焊接工艺规范不是推导出来的，而是试验出来的。不同的材料、不同的焊接位置，工件的焊接规范是不同的。在几十种焊接规范组合中，寻找最快的焊接效率、最好的熔宽和熔深、理想的余高和合格的焊缝质量（外观成形美观、内部缺陷少等等），是一项十分艰苦的工作。工作试件的选择一定要与实际工件具有相同的导热特性、夹具特性、材料特性、环境特性、设备特性等等。三、弧焊机器人焊接工艺参数合格焊缝的判据-用户的质量技术标准合格焊缝的必备条件非合格焊缝的分析方法常见焊接缺陷的原因分析及如何解决的工艺措施调试过程中传递信息的标准化，交流时的正确无误性。外观检验常见缺陷：

成型不良（余高过大、焊道窄小）、咬边、气孔、未熔合等的解决办法三、弧焊机器人焊接工艺参数对焊接概念的深刻理解综合各种焊接电源参数定义，需要理解以下基本概念：1、焊接电流（送丝速度）2、焊接电压和焊接电压的修正3、焊接速度（线能量）4、干伸长度5、焊接接头位置（平、立、横、仰）6、跟踪偏移量（焊丝指向位置）根据工件具体情况，分析热输入和负面影响哪个是主要矛盾，来决定参数的设置。没有绝对的正确和错误，根据实际情况，制定有利参数设置，是对参数理解的直接考验。7、焊枪工作角8、焊枪前倾角（焊枪行走角）9、焊丝直径选择10、保护气体成分和流量11、焊枪摆动轨迹12、摆枪宽度13、摆枪频率14、两侧停留时间15、焊接脉冲电流16、焊接基值电流17、脉冲频率三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接工艺参数与焊缝成形的关系熔深（H）–电流越大，H越深。熔宽（B）–电压高，B增加。熔池长度（L）–焊速越快，L越长。余高（e）–电流越大，e越高。焊速越慢，e越高。熔池俯视图熔池横断面图三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接工艺规范与焊缝成形的关系电压高，h浅，同时e越小。下坡焊，熔深小，爬坡焊，熔深大。焊枪行走角越大（如90~120°）熔深越大。焊速越快，h越浅、B越窄。三、弧焊机器人焊接工艺参数焊枪角度及位置与焊缝成形的关系焊枪行走角焊接方向铝焊接时焊枪角度钢焊接时焊枪角度圆筒体环缝焊接三、弧焊机器人焊接工艺参数工件呈不同角度时对焊缝成形的影响三、弧焊机器人焊接工艺参数焊枪行走角不同时对焊缝成形的影响三、弧焊机器人焊接工艺参数三、弧焊机器人焊接工艺参数焊丝指向位置不同时对焊缝成形的影响三、弧焊机器人焊接工艺参数焊丝干伸长度不同时对焊缝成形的影响三、弧焊机器人焊接工艺参数焊接金属的熔合比（r)

焊丝熔化量Fs

母材

母材熔化量Fm熔合比——焊缝金属中母材熔化量的百分数公式：r=Fm/Fm+Fs（%）

母材焊缝宽度三、弧焊机器人焊接工艺参数焊缝形状系数（Ψ）焊缝形状系数——焊缝宽度与焊缝深度的比值公式：Ψ=B/h(一般大于1.0—1.3，对防止裂纹有利）综合机械性能--多层多道焊优于单层焊，因为前道焊缝对后道焊缝是预热，后道焊缝对前道焊缝有退火作用，防止产生淬硬组织。

焊缝宽度(B)

热影响区（HAZ)

焊缝熔深（h)三、弧焊机器人焊接工艺参数机器人焊接Φ0.8焊丝送丝软管的更换内径Φ1.7送丝管适合Φ1.2焊丝内径Φ1.5送丝管适合Φ1.0焊丝内径Φ1.2送丝管，适合Φ0.8/Φ0.6焊丝1、送丝稳定性明显改善，尤其是焊枪电缆弯曲度较大时，较原粗送丝管送丝性能好。2、引弧成功率几乎100%，引弧时的飞溅物减少。3、焊缝合格率有较大的提高。三、弧焊机器人焊接工艺参数图

示三、弧焊机器人焊接工艺参数图

示三、弧焊机器人焊接工艺参数图

示三、弧焊机器人焊接工艺参数三、弧焊机器人焊接工艺参数目录碳钢车架鱼鳞纹（断弧焊）的机器人MAG焊接工艺碳钢车架机器人连续焊接工艺碳钢架叉鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接工艺铝合金车架机器人TIG自熔修整工艺铝合金、镁合金车架机器人TIG旋转填丝脉冲焊接工艺铝合金车架机器人MIG低脉冲（双脉冲）焊接工艺三、弧焊机器人焊接工艺参数钢自行车架手工TIG焊缝的常见焊接缺陷三、弧焊机器人焊接工艺参数自行车车架采用机器人进行焊接以往手工TIG焊接机器人焊缝整齐鱼鳞纹明显没有飞溅机器人鱼鳞纹焊接三、弧焊机器人焊接工艺参数自行车架鱼鳞纹焊缝—机器人断续焊接工艺

钢自行车、电动车架机器人断续焊接焊缝外观（每一英寸9—11个鱼鳞片）

钢自行车机器人断弧（鱼鳞纹）焊缝焊接方法MAG焊神钢焊丝直径1.0气体80％Ar＋20％CO2焊机配置TB-1400机器人350GR3电源焊接规范焊接电流95A

电弧电压17V焊接速度0.5m/min鱼鳞焊缝焊接时间0.23秒移动距离2.3mm材料低碳钢板厚1.5mm-2.5mm焊道外观说明一次装夹，一次焊接完成三、弧焊机器人焊接工艺参数前三角架焊接施工结果焊接方法MAG焊神钢焊丝直径1.0气体80％Ar＋20％CO2焊机配置TB-1400机器人350GR3电源焊接规范焊接电流105A

电弧电压17.5V焊接速度0.5m/min鱼鳞焊缝焊接时间0.23秒移动距离2.3mm材料低碳钢板厚1.5mm-2.5mm焊道外观说明水平放置，需翻转，两次焊接完成。三、弧焊机器人焊接工艺参数电动车前叉焊接施工结果三、弧焊机器人焊接工艺参数松下机器人在自行车行业形成规模

天津某自行车公司焊接工件：电动自行车架机器人配置：TA1400+350GR3订购安装使用了松下机器人36台套，远期70余台套三、弧焊机器人焊接工艺参数自行车架叉—机器人连续焊接工艺钢自行车叉架的连续焊缝钢自行车机器人连弧焊机器人焊接质量好效率高（每件72秒）钢自行车架机器人MAG焊接焊缝（无鱼鳞片）三、弧焊机器人焊接工艺参数3.弧焊机器人工作流程

连续焊缝可大幅提高生产效率，增强焊缝疲劳强度。使用机器人可保证焊接质量，有效降低劳动力成本。尤其适用以出口为主的自行车企业，电动车内藏焊缝以及对疲劳强度要求更高的电动自行车企业。三、弧焊机器人焊接工艺参数钢自行车架叉鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接钢自行车架叉机器人直流TIG自动填丝焊接三、弧焊机器人焊接工艺参数铝合金自行车架焊缝的机器人TIG自熔修整焊接

手工焊接的车架焊缝成形质量差，再由机器人钨极氩弧焊（TIG）自熔修整，外观焊缝漂亮美观，质量优异。铝合金手工焊缝成形后机器人TIG自熔修整后机器人TIG自熔修整后焊缝美观机器人TIG自熔修整焊接作业三、弧焊机器人焊接工艺参数铝合金自行车架鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接铝合金自行车架机器人

交流TIG焊接焊缝铝合金自行车架机器人

交流TIG焊接焊缝铝合金自行车架焊接接头

疲劳强度20万次无开裂三、弧焊机器人焊接工艺参数镁合金自行车架旋填丝机器人TIG焊接镁合金自行车架机器人交流TIG焊接焊缝镁合金自行车架焊接接头疲劳强度22万次无开裂三、弧焊机器人焊接工艺参数铝自行车架机器人MIG焊接的进展

铝合金自行车架机器人脉冲MIG焊接焊缝，焊接效率是手工TIG焊的3倍，且熔深大，强度高。车架前三角焊缝喷漆后的效果双脉冲焊接鱼鳞纹焊缝双脉冲焊接车架鱼鳞纹三、弧焊机器人焊接工艺参数工件施工结果焊接条件脉冲ＭＩＧ（低脉冲）A:170A

21.8V

0.

19secB:50A

14.3V

0.

26sec40cm/min初始端结束端

十几段参数不同双脉冲焊接状态中间不断弧三、弧焊机器人焊接工艺参数TA机器人塔机焊接系统焊枪指向示意P1P2P3P4距离10mm距离10mm8台机器人每层每道的相同焊缝统一了工艺参数，焊缝成型好，飞溅小；焊缝饱满，其一致性好，无端部溢流现象，实现了标准化焊接，焊接效率提高。三、弧焊机器人焊接工艺参数无锡威孚力达机器人对应

使用308L实心奥氏体不锈钢焊丝，焊接409铁素体不锈钢汽车净化器和消声器产品。原用机器人摆动焊接，焊缝成型不好，且焊接效率还低通过实验和评定，1400机器人配装400GE2电源，用“软性”脉冲电弧，可以不用摆动焊接，只要提高电弧电压，也能保证焊缝宽度；而且飞溅小，焊接效率高。采用直缝高电压焊接工艺参数焊接，焊缝质量和效率都明显高于摆动焊接方法，用户非常满意。总公司的领导要求与唐山松下建立“战略伙伴关系”，建立长期紧密的合作关系，为威孚力达公司提供全方位的焊接技术支持、员工培训和技术指导，共同发展，到今年初实现具有松下弧焊机器人32台套的规模。三、弧焊机器人焊接工艺参数解析焊接工艺难题的步骤已知条件：母材成分及牌号、板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、焊接质量要求等。解题要素：工艺案例+资料查询+实践经验+焊接实验+综合分析求知：焊接方法（焊机选型）、焊接材料（种类及规格）、焊接工艺参数、质量控制要点论证：质量、效率、成本三方面工艺方案比较选定最佳方案4弧焊安全规范6.1机器人弧焊工作站认知

四、弧焊安全规范1、弧焊危险性焊接过程常用电能或化学能转化为热能来加热焊件，一旦对这些能源失去控制，就会转移