焊接自動(dòng)化和焊接機(jī)器人能提供穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，降低成本，是若干年來人類千方面計(jì)追求的目標(biāo)。日本早在70年代就已將點(diǎn)焊機(jī)器人引進(jìn)生產(chǎn)線，而弧焊機(jī)器人由于其復(fù)雜性，在生產(chǎn)的應(yīng)用要比前者晚得的多。但到80年代，日本弧焊機(jī)器人的使用開始有了顯著增加。目前，點(diǎn)焊機(jī)器人仍主要用在汽車行業(yè)，而弧焊機(jī)器人已在各工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。1997年日本弧焊機(jī)器人產(chǎn)量已達(dá)9333臺(tái)，點(diǎn)焊機(jī)器人的產(chǎn)量為8228臺(tái)。特別是弧焊機(jī)器人的應(yīng)用已遍及汽車，船舶，鐵路車輛，鍋爐容器，金屬制品，建筑機(jī)械，家用電器等行業(yè)，對(duì)降低成本，提高質(zhì)量起到了重大的個(gè)別時(shí)作用。本文簡(jiǎn)要介紹日本在焊接自動(dòng)化和焊接機(jī)器人開發(fā)應(yīng)用方面所取得的一些自動(dòng)化和焊接機(jī)器人開發(fā)應(yīng)用方面所取得的一些新技術(shù)成果。
1 減少飛濺的新型CO2焊接電源
在自動(dòng)化MAG焊接(熔化電極氣體保護(hù)電弧焊)中，減少飛濺以使焊接過程能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行是很重要的。為此，日本神戶鋼鐵公司已開發(fā)出一種新型的CO2焊接電源(SP500)。這種電源主要是由脈沖調(diào)制的逆變器組成，用于與弧焊機(jī)器人連接。這種電源能在電弧重新引弧之前或短路過渡之前通過探測(cè)而在飛濺出現(xiàn)一瞬間控制電流波形，減小電流，抑制飛濺，短路過渡期間的電流和電弧燃燒過程的電壓均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，以獲得合適的波形。因此這種電源在短路持續(xù)時(shí)間具有恒定不變的電流特性，抑制飛濺的作用十分明顯，特別是大尺寸(大于28網(wǎng)眼)的飛濺大約可減少到常規(guī)電源的1/5。
這種電源還具有很高的引弧可靠性，這對(duì)高效高速的短接 頭機(jī)器人焊接是很重要的。為了能在焊接開始進(jìn)迅速引燃電弧，電流上升率可達(dá)到將近3000A/ms，在幾毫秒之內(nèi)即能建立起穩(wěn)定的電弧。在焊接結(jié)束時(shí)，電源能自動(dòng)調(diào)節(jié)電流，把焊絲端部的殘余熔滴尺寸減小到最小的最低限度。這種新型電源已成功地用于汽車，鍋爐容器以及其他工業(yè)領(lǐng)域。
2 自動(dòng)化TIG焊的新型引弧方法
TIG焊(鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊)中通常的引弧方法是接觸引弧或高頻電壓引弧。然后這些引弧方法對(duì)弧焊接機(jī)器人系統(tǒng)來說都存在一些問題。前者可能在焊縫起始處產(chǎn)生缺陷并增加電極磨損，后者產(chǎn)生高頻電磁噪聲，會(huì)干擾控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)器人突然難以預(yù)料的運(yùn)動(dòng)，甚至觸發(fā)其它設(shè)備。
為了解決這些問題，日本鋼鐵協(xié)會(huì)已研制成功一種新型TIG引弧方法。其引弧原理用圖1說明：在主鎢極的一側(cè)安裝一個(gè)小功率等于離子焰流(引燃等離子)發(fā)生器，其體積很小(直徑10mm，長(zhǎng)度10mm)，用氬氣作為等離子氣體。當(dāng)電源接通進(jìn)，等離子焰流即在鎢極一側(cè)噴出，并在約20ms之內(nèi)，在鎢極端部和工件之間建立起工作電弧。與接觸引弧法盯比較，這種引弧方法幾乎沒有電磁噪聲，減小了電極磨損，有利于電弧穩(wěn)定和減小出現(xiàn)缺陷的可能。
1.主電極
2.噴咀
3.引燃等離子發(fā)生器
4.連接導(dǎo)線
5.工件
3 多焊道機(jī)器人焊接系統(tǒng)
具有自適應(yīng)控制多焊道自動(dòng)化對(duì)接焊系統(tǒng)已由日本神鋼公司研制成功，用于固定式或移動(dòng)式機(jī)器人配套使用。在這種系統(tǒng)中焊縫跟蹤，橫擺寬度控制以及焊道高度控制都是自動(dòng)進(jìn)行的。在具有恒定弧長(zhǎng)控制的橫向擺動(dòng)中，焊炬在坡口里的返回點(diǎn)是由焊炬高度到過某個(gè)恒定預(yù)置值決定的。探測(cè)的橫擺寬度值用于控制焊速，以使焊縫高度保持恒定。圖2給出其原理說明。在根部寬度G0、焊縫高度h0、和敷面積A0的初始狀態(tài)下，橫擺寬度為W0、如果根部寬度從G0變到G，橫擺寬度從W0變到W，假定坡口角度恒定不變，則
G-G0=W-W0 (1)
為了保持焊縫高度恒定，熔敷量應(yīng)增加ΔA：
ΔA=(G-G0)h0=(W-W0)h0 (2)
最佳焊速V可根據(jù)下式計(jì)算：
V=Vf/((Vf/V0)+(W-W0)h0 )
式中Vf----焊絲送進(jìn)速度，V0-----焊接初速度。
圖2還給出了控制框圖。該系統(tǒng)已成功地用于建筑鋼骨架，橋梁結(jié)構(gòu)，車輛，船舶制造等行業(yè)。
4 管道自動(dòng)化高速M(fèi)AG焊接方法
管道安裝自動(dòng)化焊接通常采用TIG，因?yàn)檫@種方法比較容易獲得均勻的完全焊透的焊縫。但TIG焊的速度慢，效率低。為了得到高的焊速，日本住友公司開發(fā)出一種全自動(dòng)MAG焊接方法。該系統(tǒng)已成功用于隧道內(nèi)的管道焊接以及地下輸氣管道的焊接。焊接時(shí)間短，成本低。
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