工业机器人点焊工艺质量控制

工业机器人点焊工艺质量控制

刘旭东

天津福臻工业装备有限公司 天津 300000

摘要：工业机器人是当代工业科技进步，以及走入高端智能时代的重要表现。我们在很多工厂的生产车间都可以看到工业机器人参与生产工作。其中运用最普遍的技术为机器人的点焊工艺，此工艺有着热影响小、变形小以及过程简单等优点。本文主要介绍了工业机器人点焊工艺系统中的软硬件设施，以及工业机器人在进行点焊工作时所产生的常见问题与控制方案。以期为相关单位提供一些技术参考价值。

关键词：工业机器人；点焊工艺；质量控制

1.工业机器人点焊系统的硬件连接

工业机器人的点焊系统需要由良好的硬件设施以及强大的运算程序所组成。进行点焊工作的工业机器人的硬件设备主要有焊枪、焊丝、送丝机、焊丝盘和机器人等等。工业机器人的点焊工艺质量水平与这些硬件配备也有着重要的相关因素，所以要定期对硬件设施进行检查养护，方能确保所生产出的产品有着达到合格标准的品质。

2.工业机器人点焊系统的程序简介

除了硬件连接设备之外，点焊系统的软件程序也是非常重要的。根据工业机器人的类型不同，其中所应用的程序软件也不尽相同。例如ABB机器人使用的是比较相近于C语言的系统程序，而极光切割型机器人配备的则是CUTTING系统的程序^[1]。而且，要确保机器人可以准确地完成点焊任务，还需在系统的各个应用程序中进行精密的设定。例如机器人以及焊枪的安装方式都会影响到系统整体的转动惯性，所以就要设置专门负责测量的程序，实时对设备的转动惯量进行监控，并且将数据进行保存。点焊系统的软件程序还需要对工具的空间坐标进行描述，这样才可以操控机器人使用最佳的姿态来进行工作。最后还要将主程序和PLC连接起来，完成IO的设置。一个完整的焊接工作是需要由主程序来对不同焊接任务的子程序进行反复调用来完成的。

3.工业机器人点焊工艺中主要的质量问题与控制办法

了解了工业机器人点焊系统中相应的软硬件设施之后，下面我们就要对机器人点焊工艺中所产生的主要质量问题进行总结与分析，最后得出合理的控制方法，以确保将电焊工艺的质量水准控制在合理地范围之内。

3.1飞溅问题产生的原因及控制办法

点焊的飞溅现象指的是，当焊件的贴合面或者电极与焊接的表面接触时，喷射出金属熔化后的细小颗粒的现象^[2]。正常情况下，在点焊进行加热的同时，金属焊接口附近会产生塑性环来对接口进行保护，而产生飞溅的原因就是塑性环遭到了破坏，失去了其固有对熔化金属的包容性。而产生这一破坏现象的原因大多是由于机器人的定位与板件产生偏差，或者是焊枪的电极校对不准确以及电极过度磨损。

防止点焊飞溅的手段主要有一下三点：其一，检查焊点的设计是否有问题，如果是在板件边缘，可能会由于板材错误而导致焊接出现问题，这种情况是可以通过将焊接工具调整至与之平齐的状态来避免的。如果是由于机器人自身的点焊位置产生错误，则需要对机器人的焊接状态进行调整。其二，如果是因为电极校对不准确而造成的飞溅现象，则可以通过对焊枪电极杆的调整对中与固定来进行处理。其三，如果是由于电极的过度磨损而导致飞溅，可以先采用修磨的技术对电极进行修磨，但是如果达到了一定的次数，是可以在进行修磨的，可以通过更换新的电极帽来解决这一问题。

3.2压痕过深产生的原因及控制办法

在焊接过程中，是都会产生或多或少的压痕情况的，但是压根的规定标准为深度大于等于板材厚度的百分之十五，但是不能超过板材厚度的百分之二十至二十五^[3]。如果超过这个范围，就是会产生压痕过深的现象。

在对机器人进行实际调试的过程中，可以通过施加压力的方法是压痕变浅，因为施加压力可以减小焊接的电阻值以及电流，这样就可以不通过对机器人姿态进行调整来处理这一问题。现在广泛使用的X型以及C型机器人，其内部都是配有平衡缸，这样可以有效平衡缸内阈值，从而防止压痕过深的情况产生。

3.3虚焊或开焊的产生原因及控制办法

当工业机器人点焊的焊接强度控制不准确时，很容易造成虚焊或开焊的现象。虚焊指的是在焊点的位置并没有形成有效的熔核，这种情况造成的质量问题都是相对较严重且直观的，所以对于生产工厂来说，此类问题是非常严重的，且要引起足够的重视。在机器人进行点焊过程中，产生虚焊或开焊的主要原因就是设置的焊接参数过小，从而导致在焊接时焊接点的温度不够，热量不足。

目前，可以通过在焊接时比较分流焊接、将焊接参数设置合理准确、在焊接前主要表面清洁，不仅如此，电极和焊接材料的面应当保持垂直状态，这些方法都可以有效控制虚焊或开焊的状况发生。

3.4焊接之后外板变形的产生原因及控制办法

在工业机器人进行完点焊工作之后，可能出出现被焊接的板材带压力电极的一侧，也就是外侧产生凸起、鼓包或者压痕的现象，这会严重影响到焊接成品的质量与外观。工件的变形可以分为冷变形与热变形两种。冷变形产生的原因是电极和支撑之间过分挤压，最终使外板无法承受挤压而变形；热变形则是因为工件的外板材料无法承受焊接时所产生的热量，而发生变形。

应对这种外板变形的问题时，首先要优化支撑与电极的材质，选用硬度高且导热性好的材质，而后要对参数的设置进行调试，选择最合理的数值。最后，还可以通过完善产品设计方案来对变形问题进行控制。常见的方法是在焊接板材的内部设计凸出的一部分结构，这样可以有效阻隔板材外侧受到的压力以及热量等问题，从而有效控制外板变形的发生。

3.5气孔产生的原因及控制办法

在工业机器人进行点焊工作时，还有可能产生的一种问题就是在焊接完成后，焊接点有气孔产生。焊缝处的气孔主要可分为CO气孔、氢气孔和氮气孔三种。

CO气孔产生的主要原因是熔池中的还原反应，使碳元素与氧结合，从而产生一氧化碳。由于在熔池的高温环境中，此反应进行的非常剧烈，且熔池逐渐凝固，一氧化碳气体无法排出，最终导致了焊缝中气孔的产生。这种情况应当注意保证焊丝中有充分的脱氧元素，以及减少焊丝中的含碳量，这样就可以抑制一氧化碳气体的产生，从而控制气孔问题的产生。氢气孔产生的原因是大量氢气进入焊接区域，并且由于熔池逐渐凝珠，氢气没有及时排出而形成了气孔。在焊接过程中，氢气的产生来源主要为焊丝或者工件表面的油污以及铁锈，或者是二氧化碳气体中掺杂的水分。它们都可以在高温条件下产生氢气。所以，要想有效控制氢气孔的出现，就要减少焊接区域内的氢元素。具体操作方法为：首先，要将焊丝以及工件表面的杂质污垢及时清理干净；而后，要尽量使用含水量较低的干燥的二氧化碳其他。最后，要讲的是氮气孔。焊接区氮气的来源主要为空气的进入以及二氧化碳气体的纯度不够这两方面。而由相关的实验数据表明，由于二氧化碳气体不纯而造成氮气孔的激烈非常低。所以，在焊缝中产生大量氮气孔的原因主要应为在焊接过程中，保护气层受到破损，大量空气涌入。保护焊缝的气层遭到破坏的原因有：二氧化碳的流量不够充足、输送二氧化碳的喷嘴被飞溅的杂质堵塞、喷嘴与工件距离过远等。所以，要想防止氮气孔的产生，需要适当增加二氧化碳保护气体的流量，并且保证喷嘴清洁通常，调整喷嘴与工件之间的距离。

在焊接生产中，其实或多或少都会有气孔的产生，但是国家对于工业焊接生产所产生的气孔有着标准的规定，且不同行业的焊接气孔有着不同的标准要求。而且，在工业机器人进行点焊过程中，如果运行速度过快，也是会使部分气体无法及时逸出，从而产生焊缝的气孔。这样就需要调整机器人的速度到合理的区间内，来对此情况进行有效控制与避免。

4. 结束语

工业电气自动化的技术随着时代变革也在不断进步，工业机器人的应用也有力表明了工业科技正向着智能化、人性化的良好方向发展。目前使用工业机器人进行点焊工作已经得到了广泛的普及，这可以在很大程度上节约生产成本并提高产生的质量与效率。同时，我们更应当重视工业机器人点焊工艺中所存在的不足，并找到合理的控制方法，以确保成品质量。

参考文献：

1. 林伟庆. 工业机器人自动焊接系统应用与焊接质量控制[J]. 建筑工程技术与设计, 2018, 000(015):1258.

2. 梁伟军. 基于工业机器人的自动点焊系统构建[J]. 机电工程技术, 2017, 046(008):91-94.

3. 苏涵诚. 工业机器人点焊工艺质量分析[J]. 信息技术与标准化, 2019, 000(007):13-15,62.