機(jī)器人點(diǎn)焊自動(dòng)化

xiaobing86203

在汽車生產(chǎn)過(guò)程中,，點(diǎn)焊是一種重要的工藝,，目前在產(chǎn)的鍍鋅板燃油車,，車身有超過(guò)2000個(gè)焊點(diǎn),，有的車型焊點(diǎn)數(shù)甚至超過(guò)了5000,。

點(diǎn)焊是一種高速、經(jīng)濟(jì)的連接方法,，它適于制造可以采用搭接,、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓,、軋制的薄板構(gòu)件,。

點(diǎn)焊是把焊件在接頭處接觸面上的個(gè)別點(diǎn)焊接起來(lái)。

點(diǎn)焊要求金屬有較好的塑性,。

  

1,、點(diǎn)焊的基礎(chǔ)知識(shí)

點(diǎn)焊通常分為雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)焊兩大類。

雙面點(diǎn)焊時(shí),，電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電,。典型的雙面點(diǎn)焊方式是最常用的方式，這時(shí)工件的兩側(cè)均有電極壓痕,。大焊接面積的導(dǎo)電板做下電極，這樣可以消除或減輕下面工件的壓痕,。

常用于裝飾性面板的點(diǎn)焊,。同時(shí)焊接兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)焊的雙面點(diǎn)焊，使用一個(gè)變壓器而將各電極并聯(lián)，這時(shí),，所有電流通路的阻抗必須基本相等,，而且每一焊接部位的表面狀態(tài)、材料厚度,、電極壓力都需相同,，才能保證通過(guò)各個(gè)焊點(diǎn)的電流基本一致采用多個(gè)變壓器的雙面多點(diǎn)點(diǎn)焊。

點(diǎn)焊通常采用搭接接頭和折邊接頭,，接頭可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上等厚度或不等厚度的工件組成,。

在設(shè)計(jì)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮電極的可達(dá)性,，即電極必須能方便地抵達(dá)工件的焊接部位,。同時(shí)還應(yīng)考慮諸如邊距、搭接量,、點(diǎn)距,、裝配間隙和焊點(diǎn)強(qiáng)度諸因素。

邊距的最小值取決于被焊金屬的種類,，厚度和焊接條件,。對(duì)于屈服強(qiáng)度高的金屬、薄件或采用強(qiáng)條件時(shí)可取較小值,。

點(diǎn)距即相鄰兩點(diǎn)的中心距,，其最小值與被焊金屬的厚度、導(dǎo)電率,，表面清潔度,，以及熔核的直徑有關(guān)。

規(guī)定點(diǎn)距最小值主要是考慮分流影響,，采用強(qiáng)條件和大的電極壓力時(shí),，點(diǎn)距可以適當(dāng)減小。采用熱膨脹監(jiān)控或能夠順序改變各點(diǎn)電流的控制器時(shí),，以及能有效地補(bǔ)償分流影響的其他裝置時(shí),，點(diǎn)距可以不受限制。

裝配間隙必須盡可能小,，因?yàn)榭繅毫ο�除間隙將消耗一部分電極壓力,，使實(shí)際的焊接壓力降低。間隙的不均勻性又將使焊接壓力波動(dòng),，從而引起各焊點(diǎn)強(qiáng)度的顯著差異,，過(guò)大的間隙還會(huì)引起嚴(yán)重飛濺，許用的間隙值取決于工件剛度和厚度,，剛度,、厚度越大,，許用間隙越小，通常為0.1-2mm,。

單個(gè)焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度取決于兩板交界上熔核的面積,，為了保證接頭強(qiáng)度，除熔核直徑外,，焊透率和壓痕深度也應(yīng)符合要求,，焊透率的表達(dá)式為：η=h/δ-c×100%。兩板上的焊透率只允許介于20-80%之間,。

鎂合金的最大焊透率只允許至60%,。而鈦合金則允許至90%。焊接不同厚度工件時(shí),，每一工件上的最小焊透率可為接頭中薄件厚度的20%,，壓痕深度不應(yīng)超過(guò)板件厚度的15%，如果兩工件厚度比大于2:1,，或在不易接近的部位施焊,，以及在工件一側(cè)使用平頭電極時(shí)，壓痕深度可增大到20-25%,。

點(diǎn)焊接頭受垂直面板方向的拉伸載荷時(shí)的強(qiáng)度,，為正拉強(qiáng)度。由于在熔核周圍兩板間形成的尖角可引起應(yīng)力集中,，而使熔核的實(shí)際強(qiáng)度降低,，因而點(diǎn)焊接頭一般不這樣加載。通常以正拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度之比作為判斷接頭延性的指標(biāo),，此比值越大,，則接頭的延性越好。

多個(gè)焊點(diǎn)形成的接頭強(qiáng)度還取決于點(diǎn)距和焊點(diǎn)分布,。點(diǎn)距小時(shí)接頭會(huì)因?yàn)榉至鞫�影響其�?qiáng)度,，大的點(diǎn)距又會(huì)限制可安排的焊點(diǎn)數(shù)量。因此,，必須兼顧點(diǎn)距和焊點(diǎn)數(shù)量,，才能獲得最大的接頭強(qiáng)度，多列焊點(diǎn)最好交錯(cuò)排列而不要作矩形排列,。

焊接保證需要強(qiáng)度的地方焊接的間距會(huì)比較近,，但是考慮到可能會(huì)出現(xiàn)的電焊分流的情況，焊點(diǎn)布置的時(shí)候應(yīng)考慮其焊接不牢固性,，所以并不是越近越多越好,，合理布置焊點(diǎn)才能得到更好的效果，一般來(lái)說(shuō),，三層焊焊點(diǎn)比兩層焊焊點(diǎn)的間距稍遠(yuǎn)一點(diǎn),。

焊點(diǎn)的施加原則一般不超過(guò)5mm,，焊接板厚比例不超過(guò)1:3,，超過(guò)這個(gè)值會(huì)造成焊核不在焊點(diǎn)最中心,，甚至焊穿薄板的可能。三層焊焊接最厚跟最薄也不能超過(guò)1:3的原則,。

焊點(diǎn)的多少應(yīng)以連接強(qiáng)度是否滿足需要為標(biāo)準(zhǔn),，過(guò)多、過(guò)密的焊點(diǎn)只能增加焊接的成本,，同時(shí)過(guò)密的焊點(diǎn)由于焊接分流的加大,，焊接強(qiáng)度降低。

焊點(diǎn)位置是工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的結(jié)果重要焊點(diǎn)位置應(yīng)以CAE計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)定,，下表為不同料厚焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度要求：

焊接時(shí),，先把焊件表面清理干凈，再把被焊的板料搭接裝配好,，壓在兩柱狀銅電極之間,，施加壓力P壓緊，當(dāng)通過(guò)足夠大的電流時(shí),，在板的接觸處產(chǎn)生大量的電阻熱,，將中心最熱區(qū)域的金屬很快加熱至高塑性或熔化狀態(tài)，形成一個(gè)透鏡形的液態(tài)熔池,。繼續(xù)保持壓力P,，斷開電流，金屬冷卻后,，形成了一個(gè)焊點(diǎn),。鍍鋅鋼板大致分為電鍍鋅鋼板和熱浸鍍鋅鋼板，前者的鍍層比后者薄,。

點(diǎn)焊鍍鋅鋼板用的電極,，推薦用2類電極合金。相對(duì)點(diǎn)焊外觀要求很高時(shí),，可以采用1類合金,。推薦使用錐形電極形狀，錐角120度-140度,。

使用焊鉗時(shí),，推薦采用端面半徑為25-50mm的球面電極。為提高電極使用壽命,，也可采用嵌有鎢極電極頭的復(fù)合電極,，以2類電極合金制成的電極體，可以加強(qiáng)鎢電極頭的散熱,。

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通常是根據(jù)工件的材料和厚度,，參考該種材料的焊接條件表選取,，首先確定電極的端面形狀和尺寸。其次初步選定電極壓力和焊接時(shí)間,，然后調(diào)節(jié)焊接電流,，以不同的電流焊接試樣，經(jīng)檢查熔核直徑符合要求后,，再在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電極壓力,，焊接時(shí)間和電流，進(jìn)行試樣的焊接和檢驗(yàn),，直到焊點(diǎn)質(zhì)量完全符合技術(shù)條件所規(guī)定的要求為止,。

最常用的檢驗(yàn)試樣的方法是撕開法，優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的標(biāo)志是：在撕開試樣的一片上有圓孔,，另一片上有圓凸臺(tái),。厚板或淬火材料有時(shí)不能撕出圓孔和凸臺(tái)，但可通過(guò)剪切的斷口判斷熔核的直徑,。必要時(shí),，還需進(jìn)行低倍測(cè)量、拉抻試驗(yàn)和X光檢驗(yàn),，以判定熔透率,、抗剪強(qiáng)度和有無(wú)縮孔、裂紋等,。以試樣選擇工藝參數(shù)時(shí),，要充分考慮試樣和工件在分流、鐵磁性物質(zhì)影響,，以及裝配間隙方面的差異,，并適當(dāng)加以調(diào)整。

焊點(diǎn)直徑的量取由長(zhǎng)軸測(cè)量數(shù)值加上與長(zhǎng)軸垂直軸測(cè)量值除2來(lái)計(jì)算,，d=(a+b)/2

鋁合金的點(diǎn)焊

鋁合金的應(yīng)用十分廣泛,，分為冷作強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化兩大類。鋁合金點(diǎn)焊的焊接性較差,，尤其是熱處理強(qiáng)化的鋁合金,。其原因及應(yīng)采取的工藝措施如下：

（1）電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率較高必須采用較大電流和較短時(shí)間，才能做到既有足夠的熱量形成熔核,；又能減少表面過(guò)熱,、避免電極粘附和電極銅離子向純鋁包復(fù)層擴(kuò)散、降低接頭的抗腐蝕性,。

（2）塑性溫度范圍窄,、線膨脹系數(shù)大 必須采用較大的電極壓力，電極隨動(dòng)性好，才能避免熔核凝固時(shí),，因過(guò)大的內(nèi)容拉應(yīng)力而引起的裂紋,。對(duì)裂紋傾向大的鋁合金，如LF6,、LY12,、LC4等，還必須采用加大鍛壓力的方法,，使熔核凝固時(shí)有足夠的塑性變形,、減少拉應(yīng)力，以避免裂紋產(chǎn)生,。在彎電極難以承受大的定鍛壓力時(shí)，也可以采用在焊接脈沖之后加緩冷脈沖的方法避免裂紋,。對(duì)于大厚度的鋁合金可以兩種方法并用,。

（3）表面易生成氧化膜，焊前必須嚴(yán)格清理,，否則極易引起飛濺和熔核成形不良（撕開檢查時(shí),，熔核形狀不規(guī)則，凸臺(tái)和孔不呈圓形）,，使焊點(diǎn)強(qiáng)度降低,。清理不均勻則將引起焊點(diǎn)強(qiáng)度不穩(wěn)定。

基于上述原因,，點(diǎn)焊鋁合金應(yīng)選用具有下列特性的焊機(jī)：

1）能在短時(shí)間內(nèi)提供大電流

2）電流波形最好有緩升緩降的特點(diǎn)

3）能精確控制工藝參數(shù),，且不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響

4）能提供價(jià)形和馬鞍形電極壓力

5）機(jī)頭的慣性和摩擦力小，電極隨動(dòng)性好,。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的多為300-600KVA的直流脈沖,、三相低頻和次級(jí)整流焊機(jī)，個(gè)別的達(dá)到1000KVA,，均具有上述特性,。也有采用單相交流焊機(jī)的，但僅限于不重要工件,。

點(diǎn)焊鋁合金的電極應(yīng)采用1類電極合金,，球形端面，以利于壓固熔核和散熱,。

由于電流密度大和氧化膜的存在,，鋁合金點(diǎn)焊時(shí)，很容易產(chǎn)生電極粘著,。電極粘著不僅影響外觀質(zhì)量,，還會(huì)因電流減小而降低接頭強(qiáng)度。為此需經(jīng)常修整電極,。電極每修整依次后可焊工件的點(diǎn)數(shù)與焊接條件,、被焊金屬型號(hào),、清理情況、有無(wú)電流波形調(diào)制,，電極材料及其冷卻情況等因素有關(guān),。通常點(diǎn)焊純鋁為5-10點(diǎn)，點(diǎn)焊LF6,，LY12時(shí)為25-30點(diǎn),。

防透鋁LF21強(qiáng)度低，延性后,，有較好的焊接性,，不產(chǎn)生裂紋，通常采用固定不變電極壓力,。硬鋁（如LY11,、LY12），超硬鋁（如LC4,、LC5）強(qiáng)度高,、延性差，極易產(chǎn)生裂紋,，必須采價(jià)形曲線的壓力,。但對(duì)于薄件，采用大的焊接壓力或具有緩冷脈沖的雙脈沖加熱,，裂紋也不是不可避免的,。

采用價(jià)形壓力時(shí)，鍛壓力滯后于斷電的時(shí)刻十分重要,，通常是0-2周,。鍛壓力加得過(guò)早（斷電前），等于增大了焊接壓力,，將影響加熱,，導(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度降低和波動(dòng)。鍛壓力加得過(guò)遲,，則熔核冷卻結(jié)晶時(shí)已經(jīng)形成裂紋,，加鍛壓力已無(wú)濟(jì)于事。有時(shí)也需要提前于斷電時(shí)刻施加鍛壓力,，這是因?yàn)殡姶艢忾y動(dòng)作延遲,，或氣路不暢通造成鍛壓力提高緩慢，不提前施加不足以防止裂紋的緣故,。

2,、點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)

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(1)機(jī)器人本體

(2)伺服/氣動(dòng)點(diǎn)焊鉗

(3)電極修磨器   

(4)管線包  

(5)焊鉗控制電纜  

(6)水氣單元  

(7)焊鉗冷水管  

(8)焊鉗回水管  

(9)點(diǎn)焊控制器冷水管（空冷不需要）  

(10)冷水機(jī)   

(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)焊接控制器通訊線纜   

(16) (17) (18)機(jī)器人線纜  

(19)伺服編碼器線纜  

(20)機(jī)器人示教器  

(21)冷卻水開關(guān)  

(22)供電電源

根據(jù)白車身點(diǎn)焊焊鉗負(fù)載及臂展的統(tǒng)計(jì)，一般要求選擇的機(jī)器人負(fù)載在180KG以上，臂展在2.5M以上就能滿足大部分點(diǎn)焊工位的要求,，如果有換槍盤或內(nèi)置管線包,，則負(fù)載相應(yīng)加大20KG。

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焊接控制器分為工頻和中頻兩種,，焊接控制器有以下功能：

1,、通過(guò)初級(jí)和次級(jí)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)電流的精確控制，控制精度超越普通的同類產(chǎn)品,，可有效避免焊點(diǎn)虛焊,、焊穿等缺陷。

2,、焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器功能,，有效防止漏焊，并可自動(dòng)進(jìn)行電極修磨及電極壽命維護(hù),，保證焊點(diǎn)直徑,。

3、獨(dú)立監(jiān)控焊核成長(zhǎng),，并獨(dú)立補(bǔ)償實(shí)際焊核與要求焊核的變化。

4,、確保每個(gè)焊點(diǎn)直徑,。

5、自動(dòng)補(bǔ)償焊接擾動(dòng),。

6,、焊接過(guò)程中焊接時(shí)間和電流自適應(yīng)變化。

7,、在線儲(chǔ)存測(cè)量數(shù)據(jù)及曲線,。

中頻焊接控制器變壓器更小更輕，能提供持續(xù)高能量,，電流調(diào)整更快更精確,，可應(yīng)用于：鍍鋅板、高強(qiáng)度鋼板,、鋁合金板,、3層板焊接及大喉寬焊鉗。

擁有緊湊的脈沖形式,，沒(méi)有感應(yīng)損耗,，小于1毫秒的調(diào)整，沒(méi)有電流峰值,，沒(méi)有多余的冷卻時(shí)間,，從而提供更高的能量，減少電極的熱量和機(jī)械壓力。中頻相較于工頻電極壽命增加30 – 50%并提供20 – 32 % 的節(jié)能,。

此外,，中頻焊接控制器還有以下特點(diǎn)：焊接參數(shù)的精確調(diào)整（動(dòng)態(tài)調(diào)整和自適應(yīng)的調(diào)整）；沒(méi)有材料過(guò)熱（較少的飛濺）,。

點(diǎn)焊鉗：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接的工件（板材）的加壓,。機(jī)器人使用的焊鉗通常是變壓器與鉗體安裝在一起，成為一個(gè)整體,，稱為“一體式焊鉗”,。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)打點(diǎn)位置的特殊性,，對(duì)焊鉗鉗體須做特殊的設(shè)計(jì),，只有這樣才能確保焊鉗到達(dá)焊點(diǎn)位置。

機(jī)器人點(diǎn)焊鉗必須與點(diǎn)焊工件所要求的焊接規(guī)范相適應(yīng),，基本原則是：

1,、根據(jù)工件的材質(zhì)和板厚，確定焊鉗電極的最大短路電流和最大加壓力,；

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

3、綜合工件上所有焊點(diǎn)的位置分布情況,，確定選擇何種焊鉗,，通常有四種焊鉗比較普遍，即：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,、在滿足以上條件的情況下，盡可能地減小焊鉗的重量,。

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伺服焊鉗相較氣動(dòng)焊鉗的優(yōu)勢(shì)：

1,、機(jī)器人與焊鉗同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，大大提高生產(chǎn)節(jié)拍

2,、焊接中壓力與熱量同步增長(zhǎng),，更可靠保證焊點(diǎn)質(zhì)量

3,、擴(kuò)展工藝過(guò)程控制

4、增強(qiáng)診斷及監(jiān)控

5,、簡(jiǎn)化焊鉗設(shè)計(jì),，提高柔性

6、降低維修率,，提高運(yùn)行時(shí)間

7,、減少生產(chǎn)成本（耗氣，備件）

8,、一個(gè)焊接循環(huán)后自動(dòng)調(diào)整電極帽零位

9,、換槍后檢查/調(diào)整焊鉗，在斷開伺服控制時(shí)焊鉗臂位移后可進(jìn)行修正焊鉗零位

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減少生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)在:

1,、使焊點(diǎn)間及障礙物的跳轉(zhuǎn)路徑最小化,。

2、可隨意縮短電極開口減小關(guān)閉焊鉗時(shí)間,。

3,、焊接開始信號(hào)發(fā)出后可更快更好的控制加壓。

4,、焊接完成信號(hào)發(fā)出后可更快打開焊鉗,。

5、更快的更改焊接壓力,。

6,、減小電極更換及修磨時(shí)間。

7,、換槍、電極修磨及更換后快速標(biāo)定,。

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提高焊接質(zhì)量體現(xiàn)在:

1,、軟接觸可實(shí)現(xiàn)極少的產(chǎn)品沖擊

2、高精確度的可重復(fù)性加壓

3,、焊接中精確恒壓控制

4,、更穩(wěn)定的電極管理及控制

增強(qiáng)診斷及監(jiān)控體現(xiàn)在:

1、壓力監(jiān)控,，防止壓痕過(guò)深,、焊點(diǎn)裂紋現(xiàn)象

2、電極帽診斷,，監(jiān)控電極磨損

3,、電極修磨器狀況

4、多層板的聯(lián)結(jié)狀態(tài)

5,、換槍及急停后的位置診斷

簡(jiǎn)化焊鉗設(shè)計(jì),，提高柔性：

1,、焊接壓力范圍增大

2、無(wú)大開口及小開口限制,，優(yōu)化焊鉗臂定位

3,、不同工作站利用同一個(gè)焊鉗設(shè)計(jì)，減少數(shù)量

4,、電機(jī)集成化,，減小焊鉗質(zhì)量

5、其高柔性便于在項(xiàng)目前期確定焊鉗設(shè)計(jì)

降低維修率,，提高運(yùn)行時(shí)間體現(xiàn)在:

1,、更容易進(jìn)行錯(cuò)誤追蹤

2.診斷及預(yù)防性保養(yǎng)

3、減少備件數(shù)量

4,、排除平衡問(wèn)題

減少生產(chǎn)成本體現(xiàn)在:

1,、耗氣量

2、電機(jī)帽消耗

3,、電機(jī)桿消耗

4,、維修費(fèi)用

5、易于編程

焊接位置修正：允許編程誤差+/-3mm

釋放固定焊鉗臂：可釋放固定焊鉗臂5mm

焊鉗臂偏差補(bǔ)償：可補(bǔ)償焊鉗臂偏差5mm

電極帽測(cè)量及補(bǔ)償 ：測(cè)量電極帽并可補(bǔ)償0-10mm    金屬板的位置+/- 1 mm

水氣單元：

電極修磨器：

通常在點(diǎn)焊生產(chǎn)時(shí),，電極上通過(guò)的電流密度很大,，再加上同時(shí)作用的比較大的加壓力，電極極易失去其原有的形狀,，這樣對(duì)焊核的大小就不能很好的控制,；同時(shí)由于電極的導(dǎo)電面的氧化造成導(dǎo)電能力下降，點(diǎn)焊時(shí)通電電流值就不能得到很好的保證,。為了消除這些不利因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響,，必須使用電極修磨機(jī)定期對(duì)電極進(jìn)行修磨。

管線包：

機(jī)器人管線包主要是用于連接機(jī)器人終端執(zhí)行器（換槍盤,，焊鉗等）應(yīng)用而開發(fā)的一套線束系統(tǒng),；該線束具備以下幾種特點(diǎn)：

1、滿足設(shè)備的應(yīng)用功能

2,、具有較好的使用壽命

3,、盡量不限制機(jī)器人的工作范圍

4、便于安裝和維修

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以下是標(biāo)準(zhǔn)伺服點(diǎn)焊線纜包的聯(lián)接方式：

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明天你_W4KHS

贊

孫鵬_pGIi0

感謝分享，學(xué)習(xí)了

林希9527

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)！

fjp659

機(jī)器人焊接

老馬的外套

666

andyliu1987

厲害,，但是小白看不懂

焊接要防護(hù)a

以后會(huì)應(yīng)用更廣的

寒空斬夢(mèng)

感謝分享謝謝啦

wuxianzhou100

太厲害了,，看了半天愣是沒(méi)全看懂。先下載下來(lái)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí),。