焊接機(jī)器人的應(yīng)用

焊接機(jī)器人在提高生產(chǎn)效率方面的應(yīng)用

（1）提升精度，確保高速焊接

企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人意味著追求效率、焊接質(zhì)量，因此各機(jī)器人廠家都在焊接速度上尋求突破，而機(jī)器人在軌跡控制上的精度是高速焊接的可靠保證。

機(jī)器人在新一代控制器NX100中，應(yīng)用ARM（AdvancedRobotMotion）控制技術(shù)將各軸的慣性矩、重力矩、機(jī)器人安裝位置等因素納入運(yùn)動控制計算，大大提高了運(yùn)動軌跡的精度。如，在焊接工作站中，我們會遇到各種機(jī)器人安裝形式（如圖1a），在每種安裝方式中，機(jī)器人各軸所受的重力矩各不相同，我們只要在ARM控制中正確地設(shè)置機(jī)器人對地面的角度（如圖1b），就會克服各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。

（2）雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接功能

有時我們會遇到長形工件，焊縫分布在工件的兩端，若采用1臺機(jī)器人進(jìn)行焊接，會出現(xiàn)因兩端不同時焊接而造成焊接變形不一致，從而使工件在長度方向上扭轉(zhuǎn)變形，焊接后的工件難以符合尺寸要求。針對這種類型的工件，我們常采用2臺機(jī)器人同時協(xié)調(diào)焊接的方式，這就促生了兩臺機(jī)器人雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接技術(shù)。在汽車后橋和消聲器的焊接中，經(jīng)常會使用到該項技術(shù)。

2臺機(jī)器人對應(yīng)1個由機(jī)器人外部軸驅(qū)動的變位機(jī)，在變位機(jī)順長擺放的工件上有兩個鏡像對稱的部件，兩條相似的環(huán)焊縫需要兩臺機(jī)器人在變位機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時實現(xiàn)同步協(xié)調(diào)焊接，通過這種方式可以將焊接生產(chǎn)的效率提高1倍。

點(diǎn)焊機(jī)器人的優(yōu)勢

如果說弧焊機(jī)器人的使用大大提高了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和焊接效率，點(diǎn)焊機(jī)器人則具有更多的優(yōu)勢，帶來的經(jīng)濟(jì)效益也更加可觀，主要體現(xiàn)在：

a.機(jī)器人點(diǎn)焊時，大多采用鉗體與變壓器一體化方式，變壓器的容量可以減小到1/3～1/4，節(jié)約了能源，并且極大地減輕了操作者繁重的體力勞動。

b.點(diǎn)焊機(jī)器人有更多的控制方式控制焊鉗壓力和焊接條件的自動切換，針對不同打點(diǎn)位置可輕松實現(xiàn)獨(dú)特的焊接時序，大大提高了打點(diǎn)質(zhì)量，避免了焊點(diǎn)漏打、多打及位置不準(zhǔn)確等問題。

c.點(diǎn)焊機(jī)器人在打點(diǎn)效率上的優(yōu)勢明顯，可提升效率8~10倍。我們的一個上海的客戶，設(shè)備臨時出現(xiàn)故障，由于當(dāng)時工期緊，他們臨時采用手工來點(diǎn)焊同樣的工件，結(jié)果4把手工焊鉗在兩個輪班只能生產(chǎn)40件，而機(jī)器人正常生產(chǎn)時，在一個輪班就能完成90件左右。

d.點(diǎn)焊機(jī)器人可以使用機(jī)器人的一些獨(dú)有技術(shù)進(jìn)一步對焊接時序進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使焊接效率和焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高。如，電動焊鉗在機(jī)器人上的使用不僅僅是加壓方式的改變，其優(yōu)勢更體現(xiàn)在機(jī)器人對它的行程的控制方面：①可以根據(jù)焊點(diǎn)的位置實現(xiàn)理想的行程；②焊接過程中可以分段控制焊鉗壓力；③可以控制焊接條件輸出的時間節(jié)點(diǎn)；④可以運(yùn)用間隙示教功能靈活選擇上電極示教、下電極示教方式，大大縮短了示教時間。

焊接自動化產(chǎn)業(yè)升級的必然性

我國焊接自動化的產(chǎn)業(yè)升級具有必然性，具體體現(xiàn)在以下方面：

提升焊接效率

焊接自動化設(shè)備可實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)，而工人在每工作一段時間就需要停頓休息，以確保焊工焊接焊縫的質(zhì)量，而自動化設(shè)備能夠始終根據(jù)設(shè)定工藝程序進(jìn)行焊接作業(yè)，很大程度上提升了焊接效率。

提升產(chǎn)品質(zhì)量

在采用手工焊接工藝的制造過程中，人工控制焊接過程（起弧、收弧、焊接軌跡及參數(shù)設(shè)置等）的不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定導(dǎo)致焊縫成型不好，容易在焊接部位產(chǎn)生氣孔、裂紋、未熔合等缺陷。在采用自動化焊接工藝的制造過程中，電弧燃燒穩(wěn)定，連結(jié)處成分均勻，焊縫成型好、焊縫接頭少、填充金屬熔敷率高。焊接工藝參數(shù)實現(xiàn)了自動化的存儲與輸出，可以保證工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性，保證特殊焊接要求的實現(xiàn)和焊縫質(zhì)量的重現(xiàn)性。

降低營運(yùn)成本

隨著勞動力成本的不斷上升，焊接自動化裝備性能、效率的不斷提高以及價格的逐漸降低，自動化焊接和手工焊接相比較長期來看具有成本優(yōu)勢，同時，焊接自動化裝備具有的效率、穩(wěn)定性優(yōu)勢使得制造廠商可以較快的收回焊接系統(tǒng)的投入成本并提高焊接質(zhì)量。

近50年來，我一直在開發(fā)焊接工藝、解決焊接工藝問題并教各種形式的焊接。我曾與世界各地的數(shù)百家公司合作，有初創(chuàng)公司，也有大公司，我可以肯定地說，現(xiàn)在缺乏焊接知識的情況比以往任何時候都更為普遍。

通常人們都認(rèn)為，看起來漂亮的焊接一定是好的焊接。其實不然，特別是在使用電烙鐵來焊接時。在烙鐵的高溫下，焊料會粘在氧化物上面，使焊接看起來很好，實則暗藏隱患（請參閱我的文檔《熱感應(yīng)焊接的冶金學(xué)》）。在振動或加熱的情況下，如果焊點(diǎn)本身被損壞，則會影響可靠性，更嚴(yán)重的后果是元器件（尤其是IC）內(nèi)部的性能下降。將焊料粘到氧化表面時，如果在高溫下焊接的時間太長，會使IC內(nèi)部的引線鍵合強(qiáng)度退化，就像使用了幾十年一樣。這種現(xiàn)象被稱為“紫疫”（單擊此處查看有關(guān)該現(xiàn)象的一些討論）。這種損壞是看不見的，因此如果設(shè)備過早出現(xiàn)故障時，每個人都會責(zé)備元器件制造商，究其根本原因卻是焊接不當(dāng)。

今天的手工焊接工藝是從真空管時代發(fā)展起來的，用于將電線連到插口。這些材料不會因過熱而損壞，其主要挑戰(zhàn)是如何使用電熱轉(zhuǎn)換效率不高的電烙鐵，讓大金屬體獲得足夠的熱量。此時要特別注意，在焊接過程中，要使零件溫度夠高、時間夠長，使焊料可以充分流動而不會凝固。