機(jī)器人點(diǎn)焊自動(dòng)化I和機(jī)器人點(diǎn)焊過程

焊接與切割

在汽車的生產(chǎn)過程中，點(diǎn)焊是重要的過程。目前，生產(chǎn)中的鍍鋅板燃料汽車車體有2000多個(gè)焊接點(diǎn)，有些車型甚至有5,000多個(gè)焊接點(diǎn)。

點(diǎn)焊是一種高速，經(jīng)濟(jì)的連接方法，適用于制造可壓花和壓延的薄板部件。接頭不需要?dú)饷埽穸刃∮?mm。

點(diǎn)焊是在接頭處的焊件接觸面上焊接單個(gè)點(diǎn)。

點(diǎn)焊要求金屬具有良好的可塑性。

1.點(diǎn)焊的基本知識(shí)

點(diǎn)焊通常分為兩類：雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)焊。

在雙面點(diǎn)焊中，焊條從工件的兩側(cè)進(jìn)行焊接。當(dāng)工件的兩側(cè)都有電極凹痕時(shí)，典型的雙面點(diǎn)焊方法是最常用的方法。具有較大焊接面積的導(dǎo)電板用作下電極，可以消除或減少下面工件的壓痕。

常用于裝飾面板的點(diǎn)焊。使用變壓器并聯(lián)連接電極，并在兩側(cè)進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)焊。此時(shí)，所有電流路徑的阻抗必須基本相等，并且電極的每個(gè)焊接部分的表面條件，材料厚度和壓力必須相同，以確保通過每個(gè)焊接點(diǎn)的電流基本相同。使用帶有多個(gè)變壓器的雙面多點(diǎn)焊接。

點(diǎn)焊通常使用搭接接頭和法蘭接頭。接頭可以由兩個(gè)或更多個(gè)厚度相同或不相等的工件組成。

在設(shè)計(jì)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮電極的可及性，即，電極必須能夠輕松到達(dá)工件的焊接部位。同時(shí)，還應(yīng)考慮余量，重疊，點(diǎn)間距，裝配間隙和焊點(diǎn)強(qiáng)度等因素。

余量的最小值取決于待焊接金屬的類型，厚度和焊接條件。對(duì)于屈服強(qiáng)度高，零件薄或條件強(qiáng)的金屬，可以使用較小的值。

點(diǎn)距離是兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的中心距離，其最小值與焊縫金屬的厚度，電導(dǎo)率，表面清潔度和熔核直徑有關(guān)。

最小點(diǎn)間距主要是考慮分流的影響。當(dāng)在強(qiáng)條件下和大電極壓力下使用時(shí)，可以適當(dāng)減小點(diǎn)間距。當(dāng)使用熱膨脹監(jiān)測(cè)器或可以順序改變每個(gè)點(diǎn)電流的控制器，以及可以有效補(bǔ)償分流效應(yīng)的其他設(shè)備時(shí)，點(diǎn)距離可以不受限制。

組裝間隙必須盡可能小，因?yàn)橥ㄟ^壓力消除間隙會(huì)消耗一部分電極壓力并降低實(shí)際焊接壓力。間隙的不均勻會(huì)導(dǎo)致焊接壓力波動(dòng)，從而導(dǎo)致每個(gè)焊接點(diǎn)強(qiáng)度的顯著差異。間隙過大也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重飛濺。允許的間隙值取決于工件的剛度和厚度。剛性和厚度越大，允許的間隙越小，通常為0.1-2mm。

單個(gè)焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度取決于兩塊板交界處的熔核面積。為了確保接頭的強(qiáng)度，除了熔核直徑之外，穿透率和壓痕深度也應(yīng)滿足要求。滲透率的表達(dá)式為：η= h /δ-c×100％。兩個(gè)板的滲透率僅允許在20-80％之間。

鎂合金的最大磁導(dǎo)率僅允許達(dá)到60％。允許鈦合金達(dá)到90％。當(dāng)焊接不同厚度的工件時(shí)，每個(gè)工件的最小熔深可以是接縫薄部分厚度的20％，壓痕深度不應(yīng)超過板厚度的15％（如果兩個(gè)工件更大，比2：1，或者在難以接近的零件上焊接并在工件側(cè)面使用平頭電極時(shí)，壓痕深度可以增加到20-25％。

當(dāng)在垂直于面板的方向上承受拉伸載荷時(shí)，點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度為正拉伸強(qiáng)度。由于圍繞熔核的兩塊板之間形成的銳角會(huì)引起應(yīng)力集中，從而降低熔核的實(shí)際強(qiáng)度，因此通常不會(huì)以這種方式加載點(diǎn)焊接頭。通常，將正拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度之比用作確定接頭延性的指標(biāo)。比例越大，關(guān)節(jié)的延展性越好。

由多個(gè)焊點(diǎn)形成的接頭的強(qiáng)度還取決于焊點(diǎn)的間距和分布。當(dāng)間距較小時(shí)，接縫將因分流而影響其強(qiáng)度，而較大的間距將限制可放置的焊點(diǎn)數(shù)量。因此，有必要考慮點(diǎn)間距和焊點(diǎn)數(shù)量以獲得最大的焊點(diǎn)強(qiáng)度。多排焊點(diǎn)最好是交錯(cuò)的而不是矩形的。

焊接可以確保需要強(qiáng)度的地方的焊接間隔更近，但是考慮到電焊可能會(huì)分流，應(yīng)考慮焊接點(diǎn)的弱焊接，因此應(yīng)盡可能靠近并合理布置焊接位置點(diǎn)可以獲得更好的焊接效果。一般來說，三層焊點(diǎn)之間的距離略長(zhǎng)于兩層焊點(diǎn)之間的距離。

焊點(diǎn)的應(yīng)用原理一般不大于5mm，焊接板的厚度比不大于1：3。如果超過此值，則焊接點(diǎn)不在焊接點(diǎn)的中心，可能甚至可以通過薄板焊接。最厚和最薄三層焊接的原理不能超過1：3：

應(yīng)根據(jù)連接強(qiáng)度是否符合要求確定焊點(diǎn)數(shù)量。過大和過密的焊點(diǎn)只會(huì)增加焊接成本。同時(shí)，由于增加的焊接分流，降低了焊接強(qiáng)度。

焊點(diǎn)的位置是工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的結(jié)果。重要的焊點(diǎn)位置應(yīng)根據(jù)CAE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。下表顯示了不同材料厚度的焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度要求：

焊接時(shí)，首先清潔焊件表面，然后組裝焊板，在兩個(gè)圓柱形銅電極之間按壓，施加壓力P壓縮，當(dāng)有足夠大的電流通過時(shí)，板上的觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的電阻。在熱中心最熱區(qū)域產(chǎn)生的金屬會(huì)迅速加熱到高可塑性或熔融狀態(tài)，形成雙凸透鏡狀液態(tài)熔池。繼續(xù)保持壓力P，斷開電流，金屬冷卻后，形成焊點(diǎn)。鍍鋅鋼板大致分為電鍍鋅鋼板和熱浸鍍鋅鋼板。前者比后者薄。

對(duì)于鍍鋅鋼的點(diǎn)焊電極，建議使用兩種類型的電極合金。當(dāng)點(diǎn)焊的外觀要求很高時(shí)，可以使用1級(jí)合金。建議使用錐角為120-140度的錐形電極形狀。

使用焊鉗時(shí)，建議使用尖端半徑為25-50 mm的球形電極。為了提高電極的使用壽命，還可以使用嵌入有鎢電極頭的復(fù)合電極，并且由2型電極合金制成的電極體可以增強(qiáng)鎢電極頭的散熱。

通常，基于工件的材料和厚度并參考材料的焊接條件表進(jìn)行選擇。首先，確定電極端面的形狀和尺寸。其次，預(yù)先選擇電極壓力和焊接時(shí)間，然后調(diào)節(jié)焊接電流以焊接不同電流的樣品。在檢查熔核的直徑是否滿足要求之后，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)整電極壓力，焊接時(shí)間和電流，并進(jìn)行樣品焊接和檢查，直到焊接點(diǎn)的質(zhì)量完全滿足技術(shù)條件中指定的要求。

測(cè)試樣品最常用的方法是撕裂法。高質(zhì)量焊點(diǎn)的標(biāo)記是：一個(gè)撕裂的樣品上有一個(gè)圓孔，另一個(gè)樣品上有一個(gè)圓形凸臺(tái)。厚板或淬火材料有時(shí)無法撕破圓孔和凸臺(tái)，但可通過剪切斷裂來判斷熔核的直徑。必要時(shí)，還需要進(jìn)行低功率測(cè)量，拉伸試驗(yàn)和X射線檢查，以確定滲透率，剪切強(qiáng)度以及是否存在收縮孔和裂縫。當(dāng)基于樣品選擇工藝參數(shù)時(shí)，必須充分考慮并適當(dāng)調(diào)整樣品和分流器中工件之間的差異，鐵磁物質(zhì)的影響以及裝配間隙。

焊點(diǎn)直徑是通過將長(zhǎng)軸的測(cè)量值加上垂直于長(zhǎng)軸的測(cè)量值除以2得到的，d =（a + b）/ 2

鋁合金點(diǎn)焊

鋁合金被廣泛使用，并分為冷作強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化。鋁合金點(diǎn)焊的可焊性較差，尤其是經(jīng)熱處理強(qiáng)化的鋁合金。采取的原因和技術(shù)措施如下：

（1）較高的電導(dǎo)率和較高的導(dǎo)熱率必須使用較大的電流和較短的時(shí)間來獲得足夠的熱量以形成塊狀；并且可以減少表面過熱，避免電極粘附和電極銅與純鋁接觸。涂層擴(kuò)散并降低了接頭的耐腐蝕性。

（2）塑料溫度范圍窄，線膨脹系數(shù)大。必須使用較大的電極壓力，并且電極順應(yīng)性好，這樣可以避免在熔核凝固時(shí)因過度的內(nèi)部拉應(yīng)力而導(dǎo)致的裂紋。對(duì)于具有大的開裂趨勢(shì)的LF6，LY12，LC4等鋁合金，還必須采用提高鍛造壓力的方法，以使熔核固化足夠的塑性變形并降低拉應(yīng)力以避免開裂。當(dāng)彎曲電極難以承受較大的固定鍛造壓力時(shí)，也可以使用在焊接脈沖后添加緩慢冷卻脈沖的方法來避免裂紋。兩種方法可用于大厚度鋁合金。

（3）氧化膜容易在表面形成，焊接前必須嚴(yán)格清理，否則容易引起熔核飛濺和不良形成（撕裂時(shí)，熔核形狀不規(guī)則，有凹凸和孔洞）。不圓），使焊接點(diǎn)的強(qiáng)度降低。清潔不均勻會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度不穩(wěn)定。

由于以上原因，點(diǎn)焊鋁合金應(yīng)使用具有以下特征的焊接機(jī)：

1）可以在短時(shí)間內(nèi)提供大電流

2）電流波形最好具有緩慢上升和緩慢下降的特性

3）工藝參數(shù)可以不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響而精確控制

4）提供化合價(jià)和鞍形電極壓力

5）機(jī)頭的慣性和摩擦小，電極順暢。

目前，我國(guó)使用的大多數(shù)300-600KVA直流脈沖，三相低頻二次整流焊機(jī)都具有上述特點(diǎn)。也有單相交流焊接機(jī)，但僅適用于不重要的工件。

點(diǎn)焊鋁合金的電極應(yīng)采用具有球形端面的1型電極合金，以利于熔核的凝固和散熱。

由于大電流密度和氧化膜的存在，在鋁合金的點(diǎn)焊過程中容易引起電極粘附。電極粘附力不僅影響外觀質(zhì)量，而且由于電流的減少而降低了接頭的強(qiáng)度。因此，必須經(jīng)常修整電極。依次修整電極后，可焊接工件的數(shù)量與焊接條件，待焊接金屬的類型，清潔狀態(tài)，是否存在電流波形調(diào)制，電極材料及其冷卻以及其他因素有關(guān)。 。通常，純鋁的點(diǎn)焊為5-10點(diǎn)，LF6和LY12的點(diǎn)焊為25-30點(diǎn)。

鋁LF21具有低強(qiáng)度，良好的延展性，良好的焊接性和無裂紋，通常是固定的電極壓力。硬腦膜膠（如LY11，LY12），超級(jí)硬腦膜膠（如LC4，LC5）強(qiáng)度高，延展性差，容易開裂。必須使用價(jià)格曲線上的壓力。但是，對(duì)于較薄的零件，在較大的焊接壓力或緩慢的冷卻脈沖下進(jìn)行雙脈沖加熱時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)裂紋。

當(dāng)使用化合價(jià)時(shí)，重要的是鍛壓滯后于停電時(shí)刻（通常為0至2周）。如果鍛壓過早（在停電之前）增加，則等同于增加焊接壓力，這會(huì)影響加熱并導(dǎo)致焊點(diǎn)的強(qiáng)度和波動(dòng)。如果鍛造壓力添加得太晚，則在熔核冷卻和結(jié)晶時(shí)會(huì)形成裂紋，并且鍛造壓力無效。有時(shí)必須在停電前施加鍛造壓力。這是因?yàn)殡姶砰y延遲或氣路不暢，導(dǎo)致鍛造壓力緩慢上升。如果不提前使用，則不足以防止破裂。

2.點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)

（1）機(jī)器人機(jī)身

（2）伺服/氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗

（3）電極磨刀器

（4）管道包裝

（5）焊鉗控制電纜

（6）水和空氣單元

（7）焊鉗冷水管

（8）焊鉗回流管

（9）點(diǎn)焊控制器冷水管（無需風(fēng)冷）

（10）冷卻器

（11）點(diǎn)焊控制器

（12）機(jī)器人變壓器

（13）焊接電纜

（14）機(jī)器人控制器

（15）焊接控制器通訊電纜

（16）（17）（18）機(jī)器人電纜

（19）伺服編碼器電纜

（20）機(jī)器人示教器

（21）冷卻水開關(guān)

（22）電源

根據(jù)白車身點(diǎn)焊焊鉗負(fù)載和臂展的統(tǒng)計(jì)，一般要求所選機(jī)器人的負(fù)載在180KG以上，臂展在2.5M以上才能滿足大多數(shù)要求。點(diǎn)焊。站。如果有槍頭更換器或內(nèi)置管道套件，則負(fù)載將相應(yīng)增加20KG。

焊接控制器分為工頻和中頻兩種，焊接控制器具有以下功能：

1.通過一次和兩次閉環(huán)實(shí)現(xiàn)精確的電流控制。控制精度超過同類產(chǎn)品，可以有效避免虛焊，焊點(diǎn)熔深等缺陷。

2.焊點(diǎn)計(jì)數(shù)功能可有效防止焊接遺漏，并可自動(dòng)進(jìn)行焊條修復(fù)和焊條壽命維護(hù)，確保焊點(diǎn)直徑。

3.獨(dú)立監(jiān)視焊接熔核的增長(zhǎng)，并獨(dú)立補(bǔ)償實(shí)際焊接熔核和所需焊接熔核的變化。

4.確保每個(gè)焊接點(diǎn)的直徑。

5.自動(dòng)補(bǔ)償焊接干擾。

6.在焊接過程中，焊接時(shí)間和電流將自適應(yīng)地變化。

7.在線存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)和曲線。

中頻焊接控制器變壓器更小，更輕，可以提供連續(xù)的高能量，并且電流調(diào)節(jié)更快，更準(zhǔn)確。適用于：鍍鋅板，高強(qiáng)度鋼板，鋁合金板，三層板焊接和大喉管焊接鉗。

它具有緊湊的脈沖形式，無感應(yīng)損耗，不到1毫秒的調(diào)節(jié)時(shí)間，無電流峰值和無額外的冷卻時(shí)間，從而提供了更高的能量并降低了電極的熱量和機(jī)械壓力。與工頻電極相比，中頻壽命提高了30-50％，節(jié)能20-32％。

另外，中頻焊接控制器具有以下特點(diǎn)：焊接參數(shù)的精確調(diào)節(jié)（動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)）；沒有材料過熱（飛濺少）。

點(diǎn)焊鉗：用于按壓焊接的工件（板）。機(jī)器人使用的焊鉗通常將變壓器和焊鉗安裝在一起以形成一個(gè)整體，稱為“整體焊鉗”。在實(shí)際應(yīng)用中，有必要根據(jù)點(diǎn)焊位置的特殊性設(shè)計(jì)焊鉗的主體。只有這樣，焊鉗才能到達(dá)焊點(diǎn)的位置。

機(jī)械手點(diǎn)焊鉗必須與點(diǎn)焊工件所需的焊接規(guī)格兼容。基本原則是：

1.根據(jù)工件的材料和板厚，確定焊接電極的最大短路電流和最大按壓力；

2.根據(jù)工件的形狀和焊點(diǎn)在工件上的位置，確定焊鉗主體的喉深，喉寬，電極握力，最大行程，工作行程等；

3.根據(jù)工件上所有焊接點(diǎn)的分布，確定選擇哪種焊鉗。通常有四個(gè)焊鉗：C型單行程焊鉗，C型雙行程焊鉗，X型單行程焊鉗，X型雙行程焊鉗；

4.滿足以上條件時(shí)，請(qǐng)盡量減少焊鉗的重量。

與氣動(dòng)焊鉗相比，伺服焊鉗的優(yōu)點(diǎn)：

1.機(jī)器人和焊鉗的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)大大提高了生產(chǎn)周期

2.焊接過程中壓力和熱量同時(shí)增加，以確保更可靠的焊點(diǎn)質(zhì)量

3.擴(kuò)展過程控制

4.加強(qiáng)診斷監(jiān)測(cè)

5.簡(jiǎn)化焊鉗的設(shè)計(jì)并增加靈活性

6.降低維護(hù)率并增加運(yùn)行時(shí)間

7.降低生產(chǎn)成本（耗氣量，備件）

8.焊接循環(huán)后自動(dòng)調(diào)節(jié)電極蓋的零位

9.更換噴槍后，檢查/調(diào)整焊接鉗。斷開伺服控制設(shè)備的連接后，卸下伺服控制臂以校正焊鉗的零位。

生產(chǎn)周期時(shí)間的減少反映在：

1.最小化焊點(diǎn)和障礙物之間的跳躍路徑。

2.可以隨意縮短焊條的開度，以減少關(guān)閉焊鉗的時(shí)間。

3.發(fā)出焊接開始信號(hào)后，可以更快更好地控制壓力。

4.發(fā)出焊接完成信號(hào)后，可以更快地打開焊鉗。

5.更快地改變焊接壓力。

6.減少電極更換和磨削時(shí)間。

7.更換噴槍，在電極拋光和更換后快速校準(zhǔn)。

焊接質(zhì)量的提高體現(xiàn)在：

1.輕觸幾乎不會(huì)影響產(chǎn)品

2.高精度反復(fù)加壓

3.精確的焊接恒壓控制

4.更穩(wěn)定的電極管理和控制

增強(qiáng)的診斷和監(jiān)控體現(xiàn)在：

1.壓力監(jiān)控，以防止過度的深凹痕和焊點(diǎn)裂紋

2.診斷電極蓋并監(jiān)測(cè)電極磨損

3.電極修整器的狀況

4.多層板連接狀態(tài)

5.換槍緊急停止后的位置診斷

簡(jiǎn)化焊鉗的設(shè)計(jì)并提高靈活性：

1.增加焊接壓力范圍

2.不限制大開口和小開口，優(yōu)化了焊接臂的位置

3.不同的工作站使用相同的焊鉗設(shè)計(jì)以減少數(shù)量

4.電機(jī)的集成降低了焊鉗的質(zhì)量

5.靈活性高，可以在項(xiàng)目早期確定焊鉗的設(shè)計(jì)

降低維護(hù)率和增加運(yùn)行時(shí)間體現(xiàn)在：

1.更容易的錯(cuò)誤跟蹤

2.診斷和預(yù)防性維護(hù)

3.減少備件數(shù)量

4.消除余額問題

降低生產(chǎn)成本體現(xiàn)在：

1.空氣消耗

2.電機(jī)蓋消耗

3.電機(jī)桿消耗

4.維修費(fèi)用

5.易于編程

伺服點(diǎn)焊平衡補(bǔ)償技術(shù)

機(jī)械平衡

軟件余額

焊接位置校正：允許編程誤差+/- 3mm

松開固定焊接夾臂：松開固定焊接夾臂5mm

焊鉗臂偏差補(bǔ)償：可補(bǔ)償焊鉗臂偏差5mm

電極蓋的測(cè)量和補(bǔ)償：測(cè)量電極蓋，可以補(bǔ)償0-10mm金屬板的位置+/- 1 mm

水和空氣單位：

電極磨刀器：

通常，在點(diǎn)焊的生產(chǎn)中，流過電極的電流密度非常大，再加上同時(shí)作用的相對(duì)較大的按壓力，電極很容易失去其原始形狀，因此焊核的尺寸不能縮小好小。受控。同時(shí)，由于導(dǎo)電表面的氧化，電極的導(dǎo)電性降低，并且不能很好地保證點(diǎn)焊期間的電流值。為了消除這些不利因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，有必要使用電極磨床定期磨削電極。

管道包裝：

機(jī)器人管線套件主要用于連接機(jī)器人末端執(zhí)行器（自動(dòng)換刀裝置，焊鉗等），并開發(fā)了線束系統(tǒng)；

1.滿足設(shè)備的應(yīng)用功能

2.具有良好的使用壽命

3.盡量不要限制機(jī)器人的工作范圍

4.易于安裝和維護(hù)

以下是標(biāo)準(zhǔn)伺服點(diǎn)焊電纜包裝的連接方法：

最后，我們分享了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊工作站的布局，并觀看了機(jī)器人點(diǎn)焊自動(dòng)化的視頻：