MAG焊接技能小窍门

焊接机器人枪轴同步编程方法 一、问题描述 转向架侧梁帽筒组成焊接工序是侧梁组成的关键工序。帽筒焊缝外观要求是a3 的角焊缝，也就是说焊后要求水平方向不能超过5mm ，高度方向不能小于13mm。这对于外径33mm 的圆周角焊缝来说难度非常大，即使是机器人自动化焊接也会由于熔池方向与熔化铁水的重力方向不一致导致咬边和焊淌等质量缺陷的产生。 原焊接工艺为PB位置多层多道焊，如图1 所示，焊后会出现水平尺寸超差，盖面焊缝成型不良等质量问题，因此在机器人焊接后增加了补焊、打磨等工序进行焊缝的修整。 图1　PB 位置多层多道焊后焊缝示意图 我公司生产的复兴号350km 动车组是自主研发的新一代产品，本着“引进、消化、吸收、再创新”的原则，我们在焊接工艺上进行了大胆的尝试。 二、解决措施 为了改善焊接质量，我们决定利用IGM 焊接机器人能够全方位旋转的L 型双轴“变位机”和可旋转、升降的“外部轴”，再通过机器人的6个“内部轴”使焊枪与焊缝之间保持水平的船形焊接位置。这样，在机器人的“变位机”“外部轴”和机器人“内部轴”的协调运动中完成整个圆周的焊接。 简言之，就是将原来PB 位置的多层多道焊优化为PA 位置的多层单道焊，使焊缝一次成型避免多层多道焊产生的质量缺陷。侧梁帽筒是侧梁下盖板与帽筒的组合件，底板长约3200mm，组对后两件帽筒中心距约为2500mm。这种情况下焊缝的位置与变位机轴心之间的偏心距较大，如果机器人焊枪在偏心距较大的位置进行相对的圆周运动会给编程带来非常大的困难。为了解决上述问题，我们在离线系统上进行了仿真模拟，又在现场机器人系统上进行了大量的实验，并摸索出编程的要点，总结梳理出如下焊接机器人枪轴同步编程法。 1. 定起点 由于工件焊缝属于直径为30~40mm 的圆周焊接。为了保证焊接接头良好的性能，焊接时焊枪运动轨迹要大于360°，但机器手6 轴的软限位正负方向都刚好是360°。为了保证焊接的连续性，要将机械手6 轴首先按一个方向转到接近极限位置，在工件纵向中心位置作为焊接的起点，如图2 所示，焊接过程中使夹持焊枪的6 轴做反方向运动，这样就使6 轴可以进行不小于700°的旋转，扩大了焊枪的工作范围。 图2　定起点示意图 起点编辑时如果焊枪角度和姿态选择有误，就很容易导致焊接机器人手轴运行超出限位造成整个程序编辑的失败。 2. 选特征点 由于被焊工件在焊接时属于三维空间运动状态，在示教编辑点时没有参照物，这样对编程来说难度很大。我们采用编程之前在圆周上拾取有特征的焊接点的方法，例如：把焊接起点作为**个特征点，然后把过起点的直径与圆周的另一个交点2作为第二个特征点，接着把垂直这条直径的另外一条直径与圆周的两个交点3、4 点作为帽筒焊接的第三和第四个特征点。见图3 所示。 图3　选特征点示意图 编辑这些点时，首先利用变位机TURN 轴旋转90°，变位机SWIVEL 轴旋转45°转动，使这些特征点所在的焊缝处于船形位置，然后调整焊枪姿态再进行存储即可，这个方法非常方便实用。编辑特征点时机器人变位机和焊枪的姿态如图4、图5 所示。 图4　变位机姿态示意图 图5　焊枪姿态示意图 3. 截中点 只采用4 个特征点编制整圆是不够的，还要在4 个点之间各加一个过渡点，也就是圆弧的中间点。为避免机械手同步运动中手动定点“加速度”过快造成“死轴”的现象，编制圆弧中间点时采用点到点“线性”运动的GOTO 模式，如图6 所示，如当前焊枪在点①位置我们想得到过渡点⑤，那么我们只需要在点①位置将焊枪在工具坐标系下Z 方向抬起一定高度，然后通过机器人GOTO 命令让焊枪采用线性的模式从点①向点③位置运动，这时焊枪、变位机会同时运动，当焊枪运动到点①与点③接近中间位置时停下来，通过工具坐标系X、Y、Z 三个方向移动焊枪，达到点⑤的理想位置进行过渡点⑤的存储。这样截取编辑的圆弧中间点更符合机械手运动学规律，运行起来非常顺畅没有停顿，会得到较好的焊缝成型。 图6　截中点示意图 4. 选坐标 为了保持焊接时焊枪与工件之间船形位置不变，就需要焊枪与变位机协调运动。所以在焊接圆周的运行中必须选择工件坐标系EXTO（坐标系的认证需要事先做好），坐标系的配置文件一般都是事先预置。需要注意的是在编程开始前就要检验该设备的工件坐标系是否正确，检验的方法可以认真阅读相关设备的操作手册，本文不再赘述。 5. 优参数 有了好的焊接姿态还要有相匹配的焊接参数。重点是外圆焊缝参数的调整。打底焊时需要获得较高的熔深所以参数调整电弧要短而硬。送丝速度一般设定为12m/min、弧长修正为-6、焊接速度为825px/min、摆动频率为100Hz、摆宽为2.0mm、摆高为0.5mm。焊缝盖面是关键，如参数设定不好特别容易出现咬边、焊淌的缺陷，所以要增大点摆动宽度和摆动频率，送丝速度一般设定为10m/min、弧长修正为-6、焊接速度为525px/min、摆动频率为90Hz、摆宽为7.5mm、摆高为1.0mm。 6. 试运行 试焊之前要关闭电弧进行模拟行走，观察运行轨迹是否按照所编制的路线进行。如没有问题可以进行试焊，但不要使用电弧传感功能，因为电弧传感功能在焊接时会根据实时的焊接轨迹校正编程时点的位置，这样将不容易判断编辑的焊接轨迹是否正确。在试焊无误后更换工件时再加电弧跟踪，这样如果出现异常我们可以准确判断出原因。 三、实施效果 采用此种方法编辑的程序——通过焊接机械手的变位机双轴变位与机械手焊枪的同步运动保证整个圆周焊缝在焊接时始终处于船形位置，能够获得较好的焊接熔深和完美的外观成型。生产效率提高30％以上、打磨量降低80％、一次交检合格率从原来的70％提高到98％以上，外观成型率得到大幅度提高。见图7、图8 所示。 图7　外观成型改进前后对比 图8　改进前后效果对比 此方法成功应用在中国“复兴号”高速动车组转向架焊接生产中，得到广大用户的高度赞扬，是公司以一线员工为主导的“引进、消化、吸收、再创新”的成功范例，为彰显高铁工匠风采，打造“中国制造”亮丽名片发挥了积极作用。本编程小窍门广泛推广应用在北京地铁15 号线、房山线；巴西EMU；香港地铁沙中线；上海地铁9号线、3号线、4号线、17号线等车型的侧梁帽筒以及侧梁自动焊接编程上，这些程序的编制不仅解决了公司的生产难题而且大大提升了产品质量，得到业主的高度赞扬，为我公司赢得海内外高端城铁车市场份额增加了重重的砝码。