焊接机范文

导语：如何才能写好一篇焊接机，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：白车身；机器人焊接；路径规划

我国目前白车身焊接机器人焊接路径规划方面仍处于落后水平，相关路径规划也极为不完善，机器人工作的过程中经常出现作业顺序不合理的状况，导致生产周期增长，影响整个焊接线路的发展。所以如何制定出一条合理的路径规划是当前首要目标，本文立足实际就针对这个问题提出一些有效性策略。

一、路径规划的意义

白车身焊接机器人焊接中制定出一条合理的路径规划可以有效缩短机器人生产时间，进而缩短整个工期，提高整个生产效率，某种程度上降低了生产成本。另一方面，白车身焊接机器人焊接路径规划具有一定的典型性，在自动驾驶、服务机器人、挖掘机器人等路径规划研究方面具有重要的借鉴意义，具有较高的社会价值和经济价值。

二、白车身焊接机器人焊接路径规划

（一）路径规划的基本任务

现代化工业生产的主要目标是为了获得较高的制造质量、取得较高的生产率，而付出较低的生产成本，这是现代企业提高自身竞争力的重要手段，也是路径规划中的主要任务之一，而在路径规划的过程中要想保证焊接质量主要取决于以下两点：

第一，最大程度的使用机器人工位。使用机器人工位能够有效降低工人的劳动强度，减少人为错误几率，提高焊接的准确性，保证焊接的顺利进行，从而保证焊接的稳定性。

第二，要完成所有的焊接点，保证焊接的工艺参数。

要想实现较低的制造成本就是最大化的利用现有资源，提高机器人的工作效率，缩短机器人工位的生产周期，减少机器人的使用数量。路径规划的重要方向就是提高生产率，保证生产环节的顺利进行，缩短生产周期，提高生产率。

（二）路径规划

白车身焊接机器人焊接路径规划主要有两个分支，一是改变工艺参数，使用新的工艺方法和辅助设备。二是要提高分配的合理性、提高焊接顺序的合理性，提高合理性的目标是为了减少机器人工位的生产周期。第二个分支实现的途径主要是通过提高机器人焊接路径的合理性，从而提高单个机器人的生产效率，最终缩短整个生产周期。

（三）遗传算法

遗传算法是进化算法中产生最早、应用最广泛的一种基本算法，在工程技术和经济管理领域都有广泛的应用。遗传算法有群体搜索和遗传算子两个基本特征，所谓的群体搜索打破了领域的限制，使信息可以广泛分布于整个空间。而遗传算子就是使染色体进行随机操作，以降低人机交互的依赖。两个特征保证了遗传算法具有最优的搜索能力、最简明的操作能力以及信息处理的隐秘能力。

白车身焊接路径规划主要问题如下：

第一，白车身中所需要焊接的焊接点众多。

第二，在生产的过程中常常追求没有意义的高精度。

第三，在解答相关问题时需要运用数学方法。

第四，因为方案最终应用于企业，所以数学方法最好要简洁明了，便于学习。

综上，在路径研究时需要运用遗传算法，主要优势在于：

第一，遗传算法的计算步骤比较简单明了，在实际操作时便于学习和使用。在计算时大大减少了计算量，从而节约时间。

第二，能够在很大程度上优化焊接作业顺序，减轻焊接的工作量。

第三，减少定量分析与定性分析的工作量。

第四，能够很好的掌控全局，在全局中找到最优解。

三、路径规划的仿真

（一）仿真系统的各要素

路径仿真系统一般要具有以下几个基本要素：

第一，对仿真问题的描述。模型和仿真运行控制共同组成了一个仿真系统，而一个特定的模型又是由一个参数和一组参数值构成。例如白车身点焊机器人焊接路径的参数模型一般包括家具模型、机器人模型、侧围模型，在这基础之上还加入了具体的参数值，就形成了特定的模型。

第二，行为产生器。模型确定以后就要对模型进行试验，这是一套试验的软件，行为产生器可以生成一组根据时间变化的数据，这类数据是仿真的物资基础。

第三，模型行为及对行为的处理。

模型行为可以大致分为三种：轨迹行为、结构行为以及点行为。

仿真系统中都要获取轨迹行为，这些行为的获取主要是根据时间的推移而产生的。

（二）仿真软件的选择

一个完善的机器人仿真系统可以依据机器人的运动学、动力学、行为轨迹等多项内容进行仿真计算，并可以根据机器人的实际操作内容进行仿真操作过程，并不依赖于真正的机器人。但目前最主要的工作是对机器人的路径规划做一个仿真方案，而不是设计出一个机器人的仿真系统。在进行机器人路径规划时需要一定的条件，在现实生活中可以有多个选择，最好的选择就是使用一些类似CAR这种专业软件，如果条件不允许可以选择VC++或者使用CATIA等软件进行仿真。VC++自主编写的优点在于针对性比较强，在做路径时可以考虑多方面因素，然而缺点是不能建立详细的三维模型，在实际操作时不能全方面的展现白车身焊接工位情况，且工作量较大。CATIA与VC++相比最大的优势就是可以建立详细的三维模型，能够全方位展现工位情况，仿真轨迹最为真实，在仿真过程中还可以检查是否干涉。而缺点也是比较明显的，在仿真的过程中不能将动力学和控制算法考虑在内。

四、小结

白车身主要是以钢结构为主的支架，是汽车中重要组成部分。而车身制造是整个环节中比较复杂又极为重要的一环，影响整个汽车的质量。我国研究白车身焊接机器人焊接路径仍处于落后阶段，为了提高综合竞争力需要加大技术投资，提高我国白车身制造综合竞争。

参考文献：

[1]王立东.基于Christofides算法的白车身焊接机器人路径优化[J].河西学院学报，2011，27（2）：96-100.

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关键词：高效焊接；机器人；船舶管系；节能减排；

中图分类号：U671.8 文献标识码：A

1 概述

在造船壳、舾、涂管理日趋完善的前提下，提高船舶管系加工生产效率，缩短管系的焊接周期和确保焊接质量，是船舶企业急需解决的一个重要课题。

船舶管系被喻为船舶的“血管”，承担着水、气、动力燃料的供给，是确保船舶动力装置、甲板设备、压载系统、生活设施等设备正常运转和安全航行的关键系统之一。如果联接高温、高压设备的管系，焊缝出现裂纹等质量问题，将会造成船舶的灾难性事故。

国内船企在管系加工中，一般是以CO2气体保护手工焊为主，其生产效率和焊接质量均有待提高，而应用焊接机器人，可以起到缩短生产周期和提高焊接质量的作用。

2 管系焊接机器人应用现状

焊接技术是造船的关键工艺技术之一，各船舶企业都在推广应用焊接新技术、新工艺、新设备，其中焊接机器人得到特别的青睐。船舶管系焊接机器人，是指在直管-法兰（套管）生产中使用的焊接机器人。

应用船舶管系焊接机器人时，必须考虑以下几方面因素：

（1）管子的管径、壁厚、管长等规格繁多；

（2）管子表面公差：椭圆度、壁厚、长度；管子与法兰装配间隙和定位偏差；

（3）作为管系生产流水线的组成部分，必须要有接收上道工序数据的通信功能；

（4）设备的稳定性、操作简易性等。

3 管系焊接机器人系统的管径范围

船舶管系焊接机器人，可以用于不同管径的直管-法兰（套管）焊接。但受到夹紧系统的卡盘张合范围的制约，最好分成小径管、中径管、大径管等规格。其中，适用性最好的是中径管焊接机器人。

文船的中径管船舶管系焊接机器人，其焊接系统程序预设了5种管径：Φ114、Φ140、Φ168、Φ219、Φ273 mm，管壁厚为：4.5～13 mm，共19种组合；管子长度在0.8～6 m的直管法兰焊接和直管套管焊接。船企也可根据自己的管系生产实际情况，提出预设适合自己的具体规格组成需求。

4 管系焊接机器人系统的组成

焊接机器人系统采用两端双机器人结构、自动上下料、自动定位和夹紧、管子两端同步焊接的全自动化生产方式。系统结构由焊接机器人系统、传感系统、控制与通信系统、工件夹紧与定长系统构成。

焊接机器人系统主要包括：机器人、焊接电源、辅助装置等。

机器人的选择着重考虑稳定性、功能性、性价比等，还要考虑售后服务有保证、操作方便、中文示教界面等；

焊接电源是系统中的关键设备，由于采用管子两端同步焊接，对电源的引弧成功率要求很高，要避免断弧引起焊接质量问题，并配置相应的机器人专用焊枪；

辅助装置包括：焊枪自动清理、喷油、剪丝系统。

机器人焊接对被焊工件的尺寸和装配精度要求较高：（1）被焊工件的尺寸和装配偏差造成的定位偏差应≤0.5 mm；（2）管子与法兰（套管）的装配间隙：壁厚5～8 mm，装配间隙≤1 mm；壁厚8～13 mm，装配间隙≤1.5 mm；（3）长度偏差：下料长度偏差≈±1 mm，装配长度偏差≈±1 mm；（4）自动上料位置偏差≈±5 mm。

因此，焊接机器人系统必须要有焊缝起弧点的自动寻找和焊缝跟踪传感系统。可采用接触式焊缝起始位置寻找传感系统，通过焊丝与工件接触方式让机器人获取焊缝偏差数据后，自行调整焊缝起弧点位置。焊缝跟踪采用摆动式电弧跟踪系统，通过采集焊缝电流电压，机器人计算焊枪高度和对中的偏差，自行调整焊枪位置。

至于管子椭圆度、管径偏差、管子与法兰（套管）的装配间隙和同心度等问题，只能通过加强上工序的质量控制，或采用法兰较装机装配管子，来满足机器人对管子装配精度的要求。

焊接机器人系统的工况是：多种管径、不同壁厚、不同管长的混流生产方式，控制系统既要满足焊接过程的管理、控制、监视，又要满足混流生产的协调、识别、通信等要求，对总控制系统的要求非常高，因此采用的是多级控制系统。第一级，用工控机作为主控计算机，接收上工序：管径、壁厚、管长、法兰（套管）规格、转角等信息数据，经计算处理后，产生相关控制信息，传给下一级；第二级，由逻辑控制模块接收上级传入的控制信息，完成定位、上下料和焊接过程控制，将控制信息转换成相应控制代码，控制伺服驱动系统完成小车定位和夹紧机构，同时将控制代码传送给机器人控制系统；第三级，机器人控制系统，自动选择相应的运行程序，通过传感系统自行完成焊缝检测和跟踪，由逻辑控制模块发出引弧指令，同时控制伺服驱动系统旋转管子，并控制焊接速度，协调控制完成焊接过程。

整个生产过程中，逻辑控制模块负责故障监控、保护、协调和管理工作。多级控制系统的优点是充分发挥每级控制器的优势，保证总控制系统的稳定和可靠。多级控制系统，如图1所示。

为克服管子的椭圆、挠曲、装配间隙等问题，采用自动卡盘和伺服电气传动方式。针对管长范围0.8～ 6 m特点，采用基于控制信息的小车伺服定长系统，自动适应不同管长。

船舶管系焊接机器人已经在文船生产应用，见图2根据焊接工艺的要求，对不同壁厚的管子，内角焊采用1-2层焊接，外角焊采用1-3层焊接，并按不同的焊角要求，采用不同的焊接工艺参数。

管件焊接所需数据、指令，从操作台上的彩色触摸液晶屏上可直接输入。

船舶管系焊接机器人加工效率：该系统配备2名管铜工和1名焊工，年产管子20000根。按每人每月生产100根管子计算，相当于16名管铜工、焊工的工作量，并节省了大量的打磨工时。

节能减排效果和经济效益分析：应用管系焊接机器人系统，管子焊缝成形好，不用打磨；减少了管子吊运次数，即节省了起重机吊运次数；同时节约了打磨机的能耗。

船舶管系焊接机器人系统，按年产管子20000根、人工成本7万元/年计算，3个人做了16个人的活，可节省人工成本91万元；同时节约起重机、打磨机的能耗，每年折算为3万度电，可节省电费3万元。

6 结语

船舶管系焊接机器人系统，实现了管子-法兰（套管）自动化焊接生产，质量保证，焊缝美观，生产效率高，节约大量的焊接工时和打磨等后续处理工时，产生较大的经济效益。同时，减少了焊接中对焊工生产技能的依赖，只要有基本技能，凭借设备辅助，就能够达到管系焊接的工艺、质量要求。另外，船舶管系焊接机器人系统，能够为船企的节能减排作出贡献。

参考文献

[1] 曹凌源，赵伯楗，林涛. 船舶管系机器人焊接系统研制；

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1.回转圈结构及原焊接工艺

（1）回转圈结构

回转圈主要由圈板和齿板焊接而成。回转圈安装在牵引架上，牵引架上的蜗轮箱驱动回转圈旋转，从而带动回转圈上的铲刀旋转到所需的工作位置。平地机回转圈结构如图1所示。

（2）原焊接工艺

回转圈的齿板与圈板焊接部位制成双面坡口，以便焊接牢固。以前，齿板与圈板组焊时采用多层焊接、人工施焊方式。为减少焊接变形，焊接时需多次翻转回转圈，工人劳动强度大、产品质量差、生产效率低。

2.机器人焊接工艺及存在问题

（1）组成及功用

为了降低回转圈焊接劳动强度，提高产品质量和生产效率，公司引进了焊接机器人，并采用机器人焊接工艺。焊接机器人工作站主要由焊接机器人系统、L型双回转焊接变位机、手持式示教器、跟踪套件、电气系统、吸烟尘罩以及围栏等组成，如图2所示。

焊接机器人的6个轴均带有智能防碰撞功能，焊接过程中出现异常中断后，能够在中断位置重新开始焊接，不需要重新示教。数字脉冲逆变焊机降低了热输入量，减少了焊后工件变形，焊缝质量好。自动化的清枪剪丝机构能够通过程序设置随时进行清枪剪丝，避免焊渣堵塞焊枪口。

（2）焊接工艺

先对圈板和齿板进行点焊，再对圈板和齿板焊缝进行正式焊接。焊接时使用2台L型双回转焊接变位机和1台焊接机器人。这种配置的优点如下：当焊接机器人在1台焊接变位机上焊接时，焊工可在另1台焊接变位机上进行工件装卸，以提高焊接机器人利用率和焊接效率。

焊接工艺要求采用MAG多层多道焊接，保护气为富氩混合气体（80%Ar+20%CO2），焊丝为直径1.2mm的实芯桶装焊丝。焊接时采用高效烟尘处理系统，及时吸收和排放焊接产生的烟尘，以改善焊工的工作环境。机器人焊接现场如图3所示。

（3）存在问题及原因分析

一是在使用机器人焊接回转圈初期，在焊接圈板与齿板焊缝时，出现钢液从焊接熔池流出形成瘤挂现象。经调整电流、电压后，该现象未完全解决。经分析，该现象是圈板与齿板在点焊、拼装时，拼装间隙单边过宽，造成机器人打底焊时将工件焊穿，导致钢液流出形成瘤挂。

二是焊接过程中经常出现断弧现象。经分析，该现象是因为焊缝坡口过深，且坡口开口较窄，造成焊丝在摆动过程中触碰坡口，导致短路断弧。圈板与齿板的上、下焊缝如图4所示。

三是焊缝出现粗细不均，焊高不等现象。经分析，该现象是圈板与齿板间隙不均匀，造成机器人对焊缝寻位不准确，导致间隙小的部位焊缝变窄、焊角变高，间隙大的部位焊缝变宽、焊角变低。

3.改进措施及效果

（1）改进措施

针对机器人焊接回转圈存在的上述问题，经研究，我们采取了以下措施：

一是控制单边拼装间隙，同时在拼装后，对间隙过大处进行人工打底焊。

二是将原坡口改为45°坡口，由此加大了坡口开口尺寸。

（2）改进效果

经过上述改进，消除了焊缝瘤挂、断焊和焊缝不均匀现象，发挥了机器人的焊接优势，达到了预期目标。改进后的机器人的焊缝效果如图5所示。

4.应用焊接机器人的体会

焊接机器人适合焊缝均匀、位置准确的长焊缝，不宜用于断续焊或短焊缝。焊缝所处的位置应有足够的空间供焊枪摆动，深坡口的开口不易太窄。由于焊接机器人采用寻点焊接的方式，对拼接点焊工序要求较高，应采用拼接点焊工装，以保证位置准确。寻点数量应适当，不宜过多。

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作为一种自动焊接技术，焊接机械手在欧美工业发达国家中的应用十分广泛，与手工焊和其他焊机相比可以获得更为稳定的焊接质量和更快的工作效率。我国铁路客车制造中引入焊接机械手是在九五期间，提升了客车制造的质量和效率，获得了较大的经济效益。焊接机械手的应用是一个复杂的系统性工业工程，与其他相关工业的技术水平的关系比较密切，因此焊接机械手的应用也经历了一个较长时期的发展过程。本文就铁路客车制造中焊接机械手的应用情况、存在的问题和对策进行探讨。

1 铁路客车制造中焊接机械手的应用

铁路客车制造中常用的焊接机械手有下面两种类型，一是无外围装置的焊接机械手，二是添加变位机和传感器设备的焊接机械手，下面进行具体探讨。

1.1 无外围装置的焊接机械手的应用

无外围装置的焊接机械手就是标准的焊接机械手本体，其不包含任何变位机和传感器系统，通常有6轴机械手，该系统适合焊接长度在1.2 m以下的需要较大焊接量的机车部件，铁路客车转向架的横梁具有方形的几何结构，有4道焊缝，板材厚度在16 mm，每个焊缝的长度大约1.1 m，具有V字形状的坡口，需要焊接3层，因此所需要的焊接量非常大，在其焊接中配合使用焊接变位机，可以实现与机械手的协同工作，这样可以以最小的投资实现对构架衡量的自动焊接工作。

1.2 添加变位机和传感器设备的焊接机械手的应用

1.2.1 龙门配头尾架变位器的焊接机械手的应用

该机械手的结构为龙门架上悬挂标准的焊接机械手，龙门支持机械手可以在其上移动6 m左右，龙门下面是一个可以调节行程的头尾架变位器，同时配置有电弧传感器、接触传感器、自动清理焊枪的外围配置等，该机械手多用于客车构架直侧梁的焊接，直侧梁厚度为16 mm，长度约4 m左右，每道焊缝的长度为4 m，焊接层为3层，这种较大的焊接量为机械手的使用提供了空间，也显示了机械手使用的优越性。

1.2.2 龙门配框架式双轴变位机的焊接机械手的应用

客车准高速构架侧梁焊缝是曲线与直线的组合，而要保证机械手焊接的质量，所有的焊缝应该在水平位置进行焊接，如果使用单轴变位器进行焊接，就必须在曲线位置实施立焊，否则不能保证焊接的质量。因此对于这样的客车准高速构架侧梁，应该采取框架式变位机和龙门机构相配合，使焊接机械手和焊接工件实现协同移动，从而保证焊缝在水平位置进行焊接，为了确保焊接作业以一定的速度效率进行，使用效率比单丝焊高一倍的双丝焊进行焊接。

1.2.3 配置L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手的应用

动车侧梁、客车构架的摇枕等工件的焊缝是一个闭环式的焊缝，如果使用头尾架或框架式的焊接变位机，就会在卡具夹持部分形成一个焊接盲区，这种情况下使用L型双轴变位器，以工件中心空位进行夹紧固定，就可以实现水平焊接，由于焊接工件的长度在3米左右，因此使用L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手对工件进行焊接时，必须将工件两端锁死。

1.2.4 配置悬臂式行走机构焊接机械手的应用

铁路客车的车顶需要2条25 m长纵横焊缝和28条3 m长的环焊缝，因此需要的焊接量很大，使用手工方式对车顶腰横缝进行焊接时，其质量很难保证，为此需要使用在一个悬臂式行走机构上悬挂2个焊接机械手，悬臂可以在地面上前后移动30 m的距离，悬臂上的2个焊接机械手就可以自动地完成车顶所有的纵横焊缝的焊接，使用激光传感器对焊缝进行跟踪，这样可以很好的保证焊接质量。

1.2.5 铝合金客车部件焊接机械手的应用

铝合金客车的牵引梁、枕梁等工件中引入了焊接机械手进行焊接，设备的基本组成为一个悬臂式焊接机械手固定在长度为10米的轨道上并且可以移动行走，在轨道和焊接机械手的下方搭建焊接平台，铝合金工件使用气动卡具固定在平台上，配备激光传感器的机械手负责对铝合金工件进行焊接，这样可以获得稳定的焊接质量和可观的焊接速度。

2 铁路客车制造中焊接机械手应用中应注意的问题

作为一个复杂的综合系统工程，焊接机械手的顺利应用要求在应用对象、工件结构设计、设备配置、工序质量、人员素质等方面做好必要的配置和配备，这样才能保证工件焊接的质量、速度和效益。下面进行具体分析。

2.1 应用对象

焊接机械手适合焊接工作量大、辅助时间较短的工件的焊接，或者使用手工焊接或其他焊接方法无法保证焊接质量的工件的焊接，这样才能突显使用焊接机械手的优势。如果焊接对象所需的焊接量较小、辅助时间较长，特别是一些具有复杂几何构型、传感器使用困难的工件，这时使用焊接机械手进行焊接可能会比手工进行焊接更慢，这时就不应该选择使用焊接机械手，因此焊接机械手的应用对象选择上一定要注意工件的焊接量大小和辅助时间长短，同时应该确保使用焊接机械手可以完成对工件的全部焊接工作。要提高焊接机械手的工作适应性和柔性，机械手上的卡具安装更换应该保持一定的灵活性，以便可以为不同结构形式的工件进行焊接。

2.2 工件结构设计

要使用焊接机械手进行焊接，应该在工件结构设计时给机械手的焊接作业留出充足的空间，这是因为在实际的焊接作业中，更换焊枪或更改机械手焊枪设计要比优化工件结构的设计困难。使用机械手焊接时，电弧跟踪传感器对角接焊缝和V型坡口比较有效，而对打底焊缝和J型坡口封面焊缝的跟踪要差一些，所以在工件结构设计上应该尽量采用V型坡口角接焊缝。

2.3 设备配置

使用焊接机械手焊剂比较厚的板材时，一般使用电弧传感器和接触传感器，接触传感器多用于焊接初始点的寻找，电弧传感器多用于焊接过程中焊缝的跟踪，接触传感器使用过程中容易收到工件表面油污、底漆等的影响而导致焊接初始点寻找困难或不准确，所以在焊接机械手使用过程中，焊接初始点的位置应该事先予以准确定位，或者在产品设计之初就预留出弧点距离，使用电弧传感器进行跟踪。

2.4 工序质量

焊接机械手使用中要处理好工件的组对质量，根据实际情况灵活使用，要重点保证起弧处的组对质量和定位，对于特别的焊接位置进行特殊处理，适当的调整焊接程序，人工参与介入改变机械手自动化运行的模式，这在整体工业化水平不配套的情况下是十分有用的使用方法。

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即小车架的质量基本可以看作是均匀分布，为了方便计算，将小车架简化为一个长方体模型，传动方案分析传动方式的确定，根据具体情况，不仅要考虑到技术性能指标，还要考虑经济成本。对提出的各种方案，综合比较技术难度、经济指标等后实施方案。

焊接变位机构的传动方式主要是机械传动或液压传动。根据项目要求，焊接变位机构的翻转速度约为0．1～1rad/min。电机的转速一般为1440rad/min，由此可以确定，如果采用机械传动，降速比将达到1000～2500，如此大的降速比需要复杂和结构庞大的变速机构。

加之上述计算可以看出需要的驱动转矩非常大，因此，采用液压传动方案。直接输出所需转速，经联轴器驱动工作台翻转，由于不需要增加中间传动环节，结构紧凑。动力执行元件可选用单叶片式摆动液压缸和齿轮齿条式液压缸2种方案。

当车架的焊接位置翻转到位时，定位是一个至关重要的问题。翻转机构有3个平衡位置，即水平、逆时针翻转90°和顺时针翻转90°。考虑到工厂的实际情况和设计需要，在到达平衡位置时需要设计限位开关，以保证工作台停在需要的位置。借鉴机床限位的方法，采用机械式的限位挡块，当工作台到位时，触碰限位挡块，启动电磁开关，通过电气控制停止液压缸的摆动。由于翻转转速非常低，可以忽略由于惯性产生的位置误差。

同时设计液压系统时，可采用具有断电锁紧功能的液压系统。如考虑到成本，可以手动拔销，插销经由电磁开关自动完成;或者，插销采用弹簧驱动自动插入。液压系统本身具有自锁功能，但存在泄漏的问题，为了保证安全，用一个定位销辅助定位工作台。

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关键词：焊接机器人 柔性化 汽车消声器

一、前言

在我国汽车行业中，焊接机器人应用十分广泛，其中点焊、弧焊接机器人所占比例较大。在汽车消声器行业主要采用弧焊机器人。这里对弧焊机器人的柔性化应用做以介绍。

二、我国目前焊接机器人的应用状况

目前我国应用的焊接机器人主要分为国产、欧系、日系三种。

由于价格、焊接设备等差异，国产机器人与进口机器人相比差距较大，所以目前我国焊接机器人以进口机器人为主。

三、焊接机器人的优点

1.焊接一致性较好

焊接机器人精度较好，工作条件（电流、电压、保护气体流量、焊接姿态）一旦确定，则能够批量生产，而且一致性很好。

2.提高了生产效率

焊接机器人可以24小时连续工作，受人员更换的影响较小，因此可以提高生产效率。

3.改善了工作环境

焊接过程中由于工人只负责装卡工件，减少了焊接过程中的直接接触，远离了电弧、飞溅、烟尘，减少了焊接状态，因此工作环境得以改善。

四、焊接机器人在汽车消声器生产过程中的应用

在汽车消声器行业中，焊接作为主要的工序之一，对焊接质量有着严格的要求，因此焊接机器人的应用越来越多。

1.以排气中管为例

1.1手工焊接汽车消声器排气中管

汽车消声器排气中管有6条焊缝，其中有4条为不规则圆周焊接，2条为半弧形焊缝。以往的手工焊接需要制作旋转焊胎，旋转基本靠手工转动，焊接质量和焊接一致性不易保证，工人劳动强度较大，因此生产效率不高。

1.2采用焊接机器人焊接汽车消声器排气中管

焊接机器人为独立运转的焊接工位，夹具上有上料、加紧到位开关实施监控。工件在夹具中定位准确可靠，重复定位精度高。工作台上的焊接夹具采用变位器拖动，使其在焊接过程中可以改变工件的焊接姿态，配合机器人的动作，保质保量的完成消声器排气中管的焊接生产。编辑示教好程序，即可24小时连续工作。保证了焊接质量，工人只需按照作业要领装卡工件，降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

五、焊接机器人在汽车消声器生产过程中的柔性化应用

以排气中管为例

1.焊接机器人日常生产中的应用

正常生产过程中，焊接机器人程序一旦设定，能够满足生产实际需要，即可循环运行。随着汽车行业的不断发展，汽车消声器也在不断的变化，产品向着小批量、多品种发展。焊接工艺和焊接设备需要不断更新。汽车消声器生产线的柔性化生产也提上了日程。

2.焊接机器人柔性化的应用

2.1对于型号相近的汽车消声器来说，尺寸、形状相差不会很大，因此，在同一机器人焊接生产线上，需要改动的夹具不多，夹具上料和夹紧到位开关只需改动位置而不必增减，只需示教好相应焊接机器人程序及参数，调入主焊接程序，即可生产合格的产品。

2.2对于型号不同的消声器来说，因为尺寸、形状的不同，焊接机器人生产线的改造便复杂起来。基本改造的地方需要注意以下几点：

2.2.1机器人动作范围：机器人动作范围内才可以任意移动机器人，焊接机器人生产线的各个轴回转范围及回转速度要明确保证在可控范围内。

2.2.2动作界限保护：任何改造、改进都禁止改变机器人动作保护界限，这是与机器人动作范围相适应的，否则会出现安全隐患。

2.2.3示教机器人程序：焊接机器人焊接程序的示教要严格按照操作规程操作，确保操作安全和焊接质量。使用示教盒的时候必须检查运行速度、焊接速度、坐标系、微调速度的操作状态，认真查看焊接参数（电压、电流）、压缩气、保护气情况。调整焊接位置时必须跟踪到位。重新编写程序要严格按《机器人编程手册》执行。

2.2.4外部控制：外部控制的改变有时要改变PLC控制配线、端子箱接口、电气电路图等。

2.2.5设定焊接参数：针对不同的焊接母材，焊接参数的设定一般按照电压、电流、焊丝干涉长度、保护气体流量、焊接姿态等条件来确定焊接参数。

2.3根据产品的不同，设计不同的生产方式，以便更灵活的应用焊接机器人，才能保质保量的完成生产任务。

六、结论

在汽车消声器生产过程中采用了很多工艺和设备，各有优缺点，具体应用情况要根据产品生产要求来灵活使用。

1.焊接专机适合批量大，改型慢的产品，而且工件的焊缝数量较少、较长，形状规矩（直线、圆形）的情况。

2.焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。

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关键词：焊接；金属；技术 焊接检测

1 焊接技术概论

1.1焊接过程的物理本质

焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。

1.2焊接的分类

金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊，压焊和钎焊三大类。

1.2.1熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。

1.2.2压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。

1.2.3钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

1.2.4焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。

1.2.5现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。

1.2.6未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。

2 焊接检测

焊接缺陷：焊接检测目的是发现焊接缺陷。焊接缺陷是指焊接接头中的不连续性、不均匀性以及其它各种不完整性，有时也叫焊接欠缺。我们介绍焊接缺陷几种常见的形式、形成原因和应对方法：

焊接变形和焊接应力。焊接接头局部位置加热与冷却是不均匀的，局部位置的各部分金属处于从液态塑性状态弹性状态的不同状态，并随着热源和温度的变化而发生变化，因而在焊接过程中产生了焊接变形和焊接应力。焊件降温到室温时留存在焊件中的变形和应力一般称为焊接残余变形和焊接残余应力。焊接变形会降低组装件装配质量、造成焊接错边、降低接头性能和结构承载能力，易产生附加应力，增加制造成本。其应对措施为合理设计、减少焊缝数量及尺寸、预留收缩量、反向变形、刚性固定等。焊接应力会降低结构强度、稳定性、疲劳强度，增加构件脆性断裂概率，减少焊接应力一般的方法有合理设计、减少焊缝尺寸和长度、避免焊缝过分集中、采用刚性较小的接头形式、缩小焊接区与结构整体的温差、采用合理的焊接顺序和方向等等。

气孔。在焊接区中分别来自焊接材料、空气、焊丝和母材表面杂质和高温蒸发形成的各种CO、CO2、H2、O2、N2气体未完全逸出，在金属凝固前残存于焊缝中形成了气孔。它会降低塑性和强度、减少焊缝有效截面积，引起泄漏，可以采取封闭焊接场所防止穿堂风、烘干焊条、清洁波口两侧、控制氩气流量、选择设备性能稳定且标定合格的焊接设备等措施来进行防治。

篇8

关键词：电渣压力焊；竖向钢筋；焊接技术；施工工艺；应用

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

引言：在钢筋连接施工中，使用新型的竖向钢筋电渣压力焊机不仅使用操作方便，而且焊接钢筋的质量效果也有一定的保证，并且在进行钢筋焊接施工过程中能够节省一定的钢材。新型的竖向钢筋电渣压力焊接机是专门针对竖向钢筋焊接的，它在进行竖向钢筋焊接施工过程中，可以实现一台竖向钢筋电渣压力焊接机可以同时实现多个钢筋焊接接头的有序焊接操作，这样的施工操作方法以及过程，不仅可以实现焊接设备利用率与焊接施工效率的大幅度提高，而且一定程度上还减少钢筋焊接的施工成本，并且施工工艺操作简单、速度较快，具有很明显的施工应用优势，在钢筋焊接施工中的应用非常广泛。

1、竖向钢筋电渣压力焊接原理

在进行钢筋焊接施工中，使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行竖向钢筋的焊接，其相关焊接原理与钢筋焊接中其它的一些钢筋电渣压力焊接机的焊接原理基本相同。使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋的焊接其原理就是通过要进行钢筋焊接的钢筋端头或者接头处设置的铁丝球，经过一定电压下的电弧的作用以及熔化焊剂的作用得到很高温度下的高温熔渣，这些高温熔渣把将要进行焊接的钢筋的端头进行均匀的熔化之后，再加上一定挤压作用力最后形成一个新的焊接接头，这样就完成了钢筋的焊接施工。需要注意的是使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋的焊接施工，对于钢筋焊接中的上提以及下压施工操作需要人工进行控制操作，但是钢筋焊接过程中电源的接通以及焊接时间的控制则是由竖向钢筋电渣压力焊接机自动进行控制实现的。

竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接过程主要就是在通过电源接通之后电力作用产生的电弧以及弧丝，在这些电弧以及弧丝的作用下将焊剂以及将要进行焊接的钢筋断头或者接头快速的熔化成渣，熔化成的电渣的温度会非常的高。这时再将另一部分钢筋端头送入到竖向钢筋电渣压力焊接机中，当竖向钢筋电渣压力焊接机中的两部分钢筋的端头都达到一定的焊接状态或者焊接标准时，再通过竖向钢筋电渣压力焊接机的其它作用力进行两部分钢筋的焊接连接，最终会形成一个具有凸出接头的完整焊接钢筋。

2、竖向钢筋电渣压力焊接施工准备

在使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行竖向钢筋的焊接时需要做好一定的焊接施工准备工作，这对于竖向钢筋电渣压力焊接机焊接施工的顺利进行有着积极的作用。一般在进行竖向钢筋电渣压力焊接机焊接施工时首先需要进行焊接施工设备的准备工作，包括竖向钢筋电渣压力焊接机焊接使用的焊接接头、控制箱和装焊剂的铁铲等，其中焊接机头包括焊接施工中会用到的夹具、监控仪表和操作杆等。其次使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工时还需要准备一些焊接施工所用的材料，包括焊剂、铁丝球以及钢筋等，其中钢筋焊接施工中使用的焊剂的颗粒一定要细，并且不要受潮；铁丝球子在钢筋焊接施工中是用来引燃电弧的。以上的这些钢筋焊接施工材料对于钢筋焊接施工的顺利进行有着重要的作用。另外，在使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工之前还应当注意对于即将进行焊接的钢筋的端头可通过切断机对钢筋进行切断，切断后的钢筋端头可以有少许的不平。

3、竖向钢筋电渣压力焊接施工要点

3.1 竖向钢筋电渣压力焊接施工工序

使用竖向钢筋焊接电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工时，其主要的施工工艺主要是首先使用竖向钢筋电渣压力焊接机的夹具将即将进行焊接的两部分钢筋进行夹紧固定，进行两部分钢筋夹紧固定的时候应注意保持两部分钢筋的同心位置。然后在夹紧固定的两部分钢筋的端头之间放置一些铁丝球，这时可以关闭竖向钢筋电渣压力焊接机中焊剂漏斗，并需要将焊剂进行灌满。做好以上的施工操作之后就可以接通竖向钢筋电渣压力焊接机的电源开关，引燃电弧在电弧作用情况下形成一定的电渣，这时可以慢慢的将引燃的电弧进行熄灭，增加电渣流量，这时电渣池中电渣的温度会非常的高，注意观察钢筋端头的熔化情况达到一定的状态时就可以进行挤压作用，挤压作用会将电渣以及熔化金属挤出，挤压作用结束后就可以切断电源清理残渣了，那么这时需要进行连接的钢筋也已经焊接完毕。

3.2 竖向钢筋电渣压力焊接施工要点

在使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工的过程中需要注意的是，进行钢筋焊接施工之前，也就是接通竖向钢筋电渣压力焊接机的电源之前一定要检查焊接机夹具连接的两部分钢筋是否同心，避并且灵活；对于需要进行焊接的钢筋，还应当对于焊接钢筋的两部分的端头进行检查，避免铁锈以及油污等的存在，影响钢筋焊接施工；进行焊剂的钢筋的端头在进行焊接时一定要对齐，偏差应控制在一定的范围内；进行钢筋焊接施工前还应当注意将竖向钢筋电渣压力焊接机的电源以及电焊机、控制箱、焊接电缆、控制电缆和焊枪进行连接并做好检查，对于电焊机的电流需要进行一定的调节设置以满足钢筋焊接施工的需要；在进行钢筋焊接施工过程中对于闭合回路以及引弧等的操作可以通过操纵杆的开关进行应用操作，电弧引燃之后一定要控制好相应的电压值；进行电渣形成的过程中注意控制另一部分钢筋端头的送入和电弧的熄灭，进行钢筋焊接结束后应停一段时间后才进行焊剂以及夹具的卸去。

3.3 竖向钢筋电渣压力焊接质量控制

在使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工中需要注意的对于施工过程中容易引起质量问题的施工过程进行控制。首先需要注意的是对于钢筋焊接施工的全过程进行控制，包括进行焊接钢筋的端头的清理以及钢筋安装时注意同心并且牢固，引弧以及电弧延时应注意合理，电渣过程注意稳定，挤压作用应当适当。其次需要注意的是对于进行焊接施工的钢筋的规格以及焊接接头位置的设置等都应当符合相关施工要求与规定。在进行钢筋焊接施工过程中还用当注意焊接施工技术额应用以避免焊接钢筋出现气孔。钢筋焊接施工中为了避免焊接后的钢筋出现弯折情况，应当在焊接施工结束后不要立即进行夹具的卸下。在进行钢筋焊接施工时还要注意避免一些特殊气温以及天气条件下的施工操作，以保证钢筋焊接施工质量以及效果。

4、 焊接缺陷产生的原因及防治措施

《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18-96）规定，“接头处钢筋轴线偏移不得超过 0.1 钢筋直径，同时不得大于 2min”。超过此标准为轴线偏移缺陷，这种缺陷约占焊接缺陷的一半以上。

4.1 产生原因

（1）钢筋的端部不直，有的钢筋在运输装卸和加工过程中，由于人为的原因，难免会出现局部弯折和端部微翘，此类钢筋安装在夹具后，会造成上、下钢筋不同心，而出现轴线偏移。

（2）夹具和钢筋安装不正确，有些夹具上、下钳口同心度未调好，或钢筋安放不正，上、下钢筋安装不同心而出现轴线偏移。

（3）夹具不合格，有些夹具上、下钳口中心不在一条直线上，或钳口已使用一段时间有磨损，所以焊接施工前要检查焊接设备，检查办法是把被焊的两根钢筋分别固定在上钳口和下钳口，令其端面重合，如端面不重合的夹具即为不合格夹具。

4.2 防治措施

（1）钢筋端部一定要顺直，否则，要对钢筋端部调直或把不直部位切除，采取以上做法后，所产生的质量缺陷即可消除。

（2）夹具要经常维修、调整，使其处于正常工作状态，加强操作人员的责任心，安装钢筋时认真操作，尽量使钢筋安装同心，杜绝此类现象的产生。

（3）及时修理或更换已变形的电级钳口，同时反复调整夹具，使上、下钳口的中心在同一直线上。

5、竖向钢筋电渣压力焊接应用优势

使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工具有一定的施工应用优势，主要表现使用竖向钢筋电渣压力焊接进行钢筋焊接施工的速度快、施工质量较高，并且使用竖向钢筋电渣压力焊接机进行钢筋焊接施工在一定程度上可以节约施工成本，以及焊接钢材的使用，而且在进行钢筋焊接施工过程中由于使用额是电渣压力焊接比一般的电弧焊接施工在一定程度上对于电能的消耗也较小，具有明显的应用优势。

6、结束语

使用竖向电渣压力焊进行钢筋焊接不仅具有一定的经济与技术优势，对于钢筋焊接质量也有较大的保证，值得推广应用。

参考文献

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[3]王玉清.竖向钢筋电渣压力焊质量缺陷及防治措施[J].交通世界.2009（12）.

篇9

的焊件三维装配体．可实现三维装配体复杂空间曲线焊缝程序的自动创建，并对程序进行解析、测试和模拟。该离线编程系统以及生

成的焊缝程序可加载至车闭的生产机器人真实控制器内。提高焊接质量和降低生产成本。

关键词：焊接；机器人；离线编程；robotstudio

中图分类号： tg444．73 文献标识码： b

焊接机器人在现代生产中已得到广泛应用．而我国目前应

用的焊接机器人主要依靠在线示教的工作方式。进行在线示教

编程时必须停止生产作业．而且在没有视觉传感器跟踪的情况

下．机器人运动轨迹的精度主要依赖于操作者的耐心、细致程

度及其目测精度。随着焊接机器人在中小批量生产企业中应用

的不断扩大，以及焊接作业的复杂程度不断增加，传统的示教

编程方式已经很难适应现代焊接生产发展的要求。解决问题的

有效途径之一，就是采用离线编程技术，把操作者从在线示教

编程中解放出来．并充分发挥焊接机器人的使用效率，进一步

提高生产过程的自动化，降低生产成本，提高焊接精度。

在锅炉、化工容器、自行车车架、大型储油罐等生产制造

中，以多个支管和主管形成的接头焊缝均为复杂的空间曲

线— — 马鞍形焊缝。而马鞍形焊缝采用人工焊接劳动强度大、

生产效率和焊接质量低．因此采用高自动化和柔性化的弧焊机

器人进行焊接非常必要。采用在线示教机器人进行焊接，即使

熟练的示教人员要示教好一条马鞍形焊缝也往往也需花费半个

工作et。而锅炉、化工容器等焊接件的主管和支管直径种类繁

多，需要示教的马鞍形焊缝多达上百个，生产效率明显降低。

因此，在这些复杂马鞍形焊缝零部件的焊接中，更加迫切需要

采用离线编程技术，提高企业生产的自动化和柔性化 ]。

笔者通过利用solidworks进行三维建模， 结合abb

robotstudio v5．07的离线编程和机器人仿真功能。探讨对这种

复杂马鞍形焊缝零部件的机器人焊接离线编程技术，并对程序

进行测试、解析和模拟。

1 创建焊接路径程序流程

离线编程流程方框图如图1所示。

收稿日期：20__—04—02：修回日期：20__—07—25

创建机器人系统h 创建目标和路径添加控制h 检查目标方位

检查伸展极度h 将程序与虚拟控制器同步h 测试程序

圈1 离线编程流程方框图

2 创建焊接路径和路径程序分析

abb robotstudio v5．07是abb公司最新发行的机器人模拟

与离线编程工业工具。它以abb virtualcontroller为基础，与机

器人在实际生产中运行的软件完全一致。因此，借助abb模拟

与离线编程软件robotstudio，可在家或办公室完成机器人编

程，再将程序加载至车间的真实irc5控制器内，从而提高整

体生产效率和焊接质量。

2．1 创建焊接路径

依据图1的离线编程流程方框图．打开已创建的6关节机器

人焊接工作站，如图2所示。

0 ≮ 淤 00 —一— ——～ ⋯ 一——耋糍 0 《

图2 机器人焊接工作站

从图2中可见，焊接工件的焊缝为管与管形成的复杂马鞍

形空间曲线，该空间曲线是化工容器、大型储油罐、锅炉等机

械构件的典型焊接作业路径。由于robotstudio软件的三维造型

功能弱， 因此在solidworks软件中创建焊件的三维装配体cad

图形， 再利用robotstudio的cad 图形转换功能转换成

44 ·焊接设备与材料· 焊接技术 第36卷第5期20__年1o月

robotstudio的后缀名为．sat的格式文件。将被焊工件装配几何

体导入已创建的robotstudio焊接机器人工作站中，以便为

robotstudio在创建焊接作业路径曲线时提供基于精确cad的管

与管马鞍形三维空间曲线。

图3为robotstudio选择基于焊件cad模型物体间边界的管

与管三维马鞍形焊接作业路径。图3中左边黄色警告符号 和

圈表示该robotstudio机器人不具备有效轴配置的目标点，因此

机器人不能到达三维马鞍形焊缝。右键单击路径并选择自动配

置．机器人依次到达路径内的每个目标并添加控制以便设置配

置。随后通过检查目标方位，调整焊枪tcp的姿态，以便机器

人的焊枪tcp点到达整个空间焊缝和电弧产生的热量沿焊缝均

匀分布．保证焊缝的力学性能。最后检查工作站的伸展极度，

使机器人能够到达所创建的整个焊接路径，图3中的黄色警告

符号消除变成④和园，完成机器人可达的焊接路径，见图4的

左边。

》 欺 任莽

j墓itj喇i

醒 工翼数据

毋工忭对象与匿标

· 麓~,abjo

麓 。 0

④ t tj0

t s·tj0

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④ hrnt o

y~~．t 50

傍t 善tt

国t 々tj0

《·t瑚

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； 圆t t—too

§ t 《¨ i10

静t 《“一l2口

． 路径

掏悬

图3 无轴配置的无效目标点和路径

拳tj舢

黝工具觳撼

巍毋工传埘量龟目标

《 ---jo

i 。 j0．肿

@ t~pt10

辔t ‘·t_鞠

辔t t 30

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圆t ‘tl

圆t ‘t e。

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铸t —i∞

国t t—i10

@ t t—i2。

t ‘t lj3。

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髓io__l f ptj0

融_ⅲl t ·t

觋_。 l t #tt

髓_一l t ‘|l

l。” l t⋯ t 8。

图4 轴配置的可达目标点和路径

在图4中依次用鼠标右击目标点，可查看机器人可达作业

目标点相对于控制器的坐标数据，3个焊枪tcp的 ，y，：相对

坐标、3个焊枪tcp的横滚、俯仰、偏转姿态角度。

2．2 机器人路径程序的自动生成与解析

robotstudio软件的机器人运动轨迹是采用逐点编程方式．

主程序结构为：

module mainmodule／／主程序模块

proc main 0 ／／主程序

<smt>

path_ 10； ／／作业路径

endproc ／／结束主程序

endm0dule ，／结束主程序模块

图3中自动创建的路径， 由于没有动作指令，不能模拟真

实的焊接作业，因此必须添／m2条动作指令：第1条为启动机器

人的内置原点到焊接作业的编程原点的动作指令，位于路径程

序的始端：第2条为焊接路径结束目标点到编程原点的动作指

令，位于路径程序的末端。添加动作指令之前必须在图4中设

置编号为130的编程原点，机器人编程原点位置一般选在2个工

位之间以及离工件稍远的地方。动作指令位于路径开头和在另

一路径后， 因此将以下编号为130的编程原点动作指令插入程

序的开头和结束位置。

导出添加编号130的编程原点后．可达的机器人语言程序

的解析如下：

％ ％％

vers10n：1

language：english

％ ％％

m0dule module1

constrobtargettarget_ 1 30： = [[650， -100， 400]，

_m30526192220__1，5．27143236184999e-17j口9914448613738l1，

5．27143236184997e一17]， f一1， o， 一1， o]， [9e9，

9e9，9e9，9e9，9e9，9e9]]；／／编程原点130在工作站中的

位姿表示

perstooldataaw_ gun：= [true， [[119．5，0， 352]，

『0．890213945465332，0，0．455542677802034，0]]， [1，

[0，0，100]， [1，0，0，0]，0，0，0]]；／／焊枪位姿表示

constrobtargettarget_ 1(k=[[591585l35748463， --60．672

8563980876，279．266555638475]， [o．158945970512255，一

ql23364488083367，．095547294l879245，021584447844331 8]，

[0，一1，0，0]， [9e9，9e9，9e9，9e9，9e9， 9e9]]；／／

作业目标点10位姿表示

c

constrobtargettarget_ 120：=【[591．585135748463，

瑚．害砒砒 吼吼札 ．妻吼吼

■一 ¨ 皇盂l苫 王窨 j昌王窨 j蠡

h酪融 躲黪艇躲懋黪酗躲魁

welding technology vo1．36 no．5 oct．20__ ·焊接设备与材料· 45

— 60．6728563980875，279．266555638475】， 【0．00132587439576

09． 一0．158145079051738， 一0．971892480498043， 0．17439433

0126202】， 【0， 一1， 0， 0】， 【9e9， 9e9， 9e9， 9e9，

9e9，9e91】；

proc path一 10 0

movej target_130，vl0，z0，aw_gun＼wobj：=wobj0；

movel target_ 10，vl000，zlo0，aw— gun＼wobj：=wobj0；

movel target_ 120，vl0，z0，aw— gun＼wobj：=wobj0；

movej target_130，vlo00，zlo0，aw_ gun＼wobj：=wobj0；

endproc

endm0dule

，／符号表示对于基于位姿表示各机器人焊枪末端点tcp的

机器人程序的解读分析。

movejtarget_130，vl0，z0，aw_gun＼wobj：=wobj0语句表示动

作指令，当运行完整的焊接程序时，机器人运行到在编程原点

130处， 控制器启动焊接参数(包括焊接电流、电弧电压、焊

接速度、提前送气时间等)。

moveltarget_ 20，vl0，z0，aw_ gun＼wobj：=wobj0语句表示基

于焊接构件装配体空间曲线自动创建的移动指令．movel移动

指令用于指定机器人移动至目标的速度和准确性的语句，l表

示该点与前一点之间是连成一条直线．采用直线插补方法控制

机器人的运动，属连续路径控制。v10表示焊枪工具中心点

tcp、工具重新定位和外轴的速度为10 mm／s。焊枪移到该语

句时，被焊接装配体起焊，焊丝的端头对准接缝，以图4中调

好的焊枪姿态进行焊接作业。

3 模拟作业路径

鼠标右点击图4中的虚拟控制器，选择与虚拟控制器同步

并进行设置，选择模拟添加图4仓u建的路径。再启动模拟监控命

令，可在模拟期间通过画一条跟踪tcp的蓝色彩线而目测机器

人的关键运动。点击播放，完成焊接路径仿真，如图5所示。

图5 焊接路径模拟仿真

图5中路径开始点为机器人的内置原点，机器人以1 000

mm／s的速度快速运行到编程原点130后，焊枪工具中心点tcp

再以10 mm／s完成目标点130到10到20⋯ 到120到130．最后快

速返回到机器人的内置原点。

焊接路径模拟仿真的同时启动过程计时器．可测量机器

人运行模拟或沿路径移动所需时间为480 8。焊接路径模拟

仿真。

4 模拟程序部署与发行

robotstudio编制的焊缝路径rapid 程序和模块存储在

robotware系统内。可将以上的程序保存至pc上的文件内，

加载至车间的真实irc5控制器内。极大地提高了焊接生产率

和质量。

5 结论

(1)将三维solidworks软件创建的管与管形成的复杂马鞍

形空间曲线焊件装配体导入到机器人离线编程软件robotstudio

中， robotstudio提取装配体的三维空间曲线． 自动生成复杂

空间曲线焊缝的路径。

(2)分析了abb机器人程序的语言格式，进行了离线仿真

试验。

(3)将创建的焊缝路径程序通过虚拟控制器，装载到车间

生产机器人实施焊接作业。实现了焊接自动化的cad／cam生

产，保证了焊接生产过程的高效率和高质量。

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滨：__工业大学．20__．

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(5)：331-343．

篇10

    有些自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧,这样所产生的热量就不容易散失掉,所消耗的电能也相对少很多,在这样的自动焊接中,进行薄板焊接加工时可以不用开坡口,这样一来焊条在加工时就没有金属飞溅,也没有焊头,这样就会节省了焊条或者是焊丝金属的消耗,进而节约了加工原材料。改善加工工作环境,同时降低加工者的劳动强度自动焊接在焊接的过程中产生的焊接烟雾会被自动焊接设备的隔离罩阻挡住,有的自动焊接设备在焊接时不会产生很强烈的焊光,焊接时所产生的烟雾也很少,这样就会很好的改善了焊接加工人员在进行焊接作业时的工作环境;使用自动焊接设备进行焊接加工,不需要焊接作业人员长时间保持一个焊接动作,这样就减轻了焊接机加工人员的体力损耗,降低了焊接作业人员的劳动强度。

    2自动焊接在机械焊接的运用

    这里所提到的自动机械焊接是指焊接机械手和焊接机械人。这种将自动焊接运用于机械手臂和机械人中的工作方法就像机械加工中的加工中心,可以输入加工程序进行加工,相当于多个自动焊接设备在同一个加工部件上进行不同的焊接工作。由于加工部件在进行加工时无法进行工位的变换,在同一个工件上进行多步焊接加工时,有的焊接工作所要加工的焊缝并未处于方便加工的位置,这就需要通过焊接的自动化数字系统进行焊接动作的变化和焊接位置的转动或移动,然后再进行焊接动作;还可以通过焊接的自动化数字系统发送工件运动动作与焊接动作同时进行的指令,使工件的工位移动与机械手臂或者机器人进行协调运动,这样的自动化机械焊接往往需要很多个轴,每一个轴相当于一个机械焊接手臂,只在主系统下达的指令位置执行自己的焊接动作,轴与轴之间不产生干扰,进行协调工作的指令也是有主系统发出的,这样的自动化机械焊可以保证加工部件进行拼接时各拼接部分相对位置的准确度,可以更高效高质量的完成焊接加工工作。通常这样的自动化焊接机械手臂和机器人还经常运在流水线的生产加工中。这种加工方式也运用了自动化原理,不同的是,这种方式是将多个机械手臂或机器人分布在同一条串联的流动工作线中,每一个动作组执行相同的动作指令,完成本工作线动作后再进行下一个工作线的加工,这些动作指令,对机械手臂或者机器人的控制以及流程安排也全部是运用了自动焊接的工作原理,有简单的单一的自动焊接组成整体的自动焊接组,由主数字控制系统统一进行指令,完成焊接加工程序。