機器人點焊自動化I和機器人點焊過程

焊接與切割

 在汽車的生產過程中，點焊是重要的過程。目前，生產中的鍍鋅板燃料汽車車體有2000多個焊接點，有些車型甚至有5,000多個焊接點。

點焊是一種高速，經濟的連接方法，適用于制造可壓花和壓延的薄板部件。接頭不需要氣密，厚度小于3mm。

點焊是在接頭處的焊件接觸面上焊接單個點。

點焊要求金屬具有良好的可塑性。

1.點焊的基本知識

點焊通常分為兩類：雙面點焊和單面點焊。

在雙面點焊中，焊條從工件的兩側進行焊接。當工件的兩側都有電極凹痕時，典型的雙面點焊方法是最常用的方法。具有較大焊接面積的導電板用作下電極，可以消除或減少下面工件的壓痕。

常用于裝飾面板的點焊。使用變壓器并聯連接電極，并在兩側進行兩個或多個點焊。此時，所有電流路徑的阻抗必須基本相等，并且電極的每個焊接部分的表面條件，材料厚度和壓力必須相同，以確保通過每個焊接點的電流基本相同。使用帶有多個變壓器的雙面多點焊接。

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

在設計點焊結構時，必須考慮電極的可及性，即，電極必須能夠輕松到達工件的焊接部位。同時，還應考慮余量，重疊，點間距，裝配間隙和焊點強度等因素。

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

點距離是兩個相鄰點之間的中心距離，其最小值與焊縫金屬的厚度，電導率，表面清潔度和熔核直徑有關。

最小點間距主要是考慮分流的影響。當在強條件下和大電極壓力下使用時，可以適當減小點間距。當使用熱膨脹監測器或可以順序改變每個點電流的控制器，以及可以有效補償分流效應的其他設備時，點距離可以不受限制。

組裝間隙必須盡可能小，因為通過壓力消除間隙會消耗一部分電極壓力并降低實際焊接壓力。間隙的不均勻會導致焊接壓力波動，從而導致每個焊接點強度的顯著差異。間隙過大也會導致嚴重飛濺。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。

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

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

當在垂直于面板的方向上承受拉伸載荷時，點焊接頭的強度為正拉伸強度。由于圍繞熔核的兩塊板之間形成的銳角會引起應力集中，從而降低熔核的實際強度，因此通常不會以這種方式加載點焊接頭。通常，將正拉伸強度與剪切強度之比用作確定接頭延性的指標。比例越大，關節的延展性越好。

由多個焊點形成的接頭的強度還取決于焊點的間距和分布。當間距較小時，接縫將因分流而影響其強度，而較大的間距將限制可放置的焊點數量。因此，有必要考慮點間距和焊點數量以獲得最大的焊點強度。多排焊點最好是交錯的而不是矩形的。

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

焊點的應用原理一般不大于5mm，焊接板的厚度比不大于1：3。如果超過此值，則焊接點不在焊接點的中心，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：

應根據連接強度是否符合要求確定焊點數量。過大和過密的焊點只會增加焊接成本。同時，由于增加的焊接分流，降低了焊接強度。

焊點的位置是工藝和產品設計協調的結果。重要的焊點位置應根據CAE計算結果進行設置。下表顯示了不同材料厚度的焊點的剪切強度要求：

焊接時，首先清潔焊件表面，然后組裝焊板，在兩個圓柱形銅電極之間按壓，施加壓力P壓縮，當有足夠大的電流通過時，板上的觸點會產生很大的電阻。在熱中心最熱區域產生的金屬會迅速加熱到高可塑性或熔融狀態，形成雙凸透鏡狀液態熔池。繼續保持壓力P，斷開電流，金屬冷卻后，形成焊點。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。

對于鍍鋅鋼的點焊電極，建議使用兩種類型的電極合金。當點焊的外觀要求很高時，可以使用1級合金。建議使用錐角為120-140度的錐形電極形狀。

使用焊鉗時，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合電極，并且由2型電極合金制成的電極體可以增強鎢電極頭的散熱。

通常，基于工件的材料和厚度并參考材料的焊接條件表進行選擇。首先，確定電極端面的形狀和尺寸。其次，預先選擇電極壓力和焊接時間，然后調節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，在適當的范圍內調整電極壓力，焊接時間和電流，并進行樣品焊接和檢查，直到焊接點的質量完全滿足技術條件中指定的要求。

測試樣品最常用的方法是撕裂法。高質量焊點的標記是：一個撕裂的樣品上有一個圓孔，另一個樣品上有一個圓形凸臺。厚板或淬火材料有時無法撕破圓孔和凸臺，但可通過剪切斷裂來判斷熔核的直徑。必要時，還需要進行低功率測量，拉伸試驗和X射線檢查，以確定滲透率，剪切強度以及是否存在收縮孔和裂縫。當基于樣品選擇工藝參數時，必須充分考慮并適當調整樣品和分流器中工件之間的差異，鐵磁物質的影響以及裝配間隙。

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

鋁合金點焊

鋁合金被廣泛使用，并分為冷作強化和熱處理強化。鋁合金點焊的可焊性較差，尤其是經熱處理強化的鋁合金。采取的原因和技術措施如下：

（1）較高的電導率和較高的導熱率必須使用較大的電流和較短的時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，線膨脹系數大。必須使用較大的電極壓力，并且電極順應性好，這樣可以避免在熔核凝固時因過度的內部拉應力而導致的裂紋。對于具有大的開裂趨勢的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力以避免開裂。當彎曲電極難以承受較大的固定鍛造壓力時，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，焊接前必須嚴格清理，否則容易引起熔核飛濺和不良形成（撕裂時，熔核形狀不規則，有凹凸和孔洞）。不圓），使焊接點的強度降低。清潔不均勻會導致焊點強度不穩定。

由于以上原因，點焊鋁合金應使用具有以下特征的焊接機：

1）可以在短時間內提供大電流

2）電流波形最好具有緩慢上升和緩慢下降的特性

3）工藝參數可以不受電網電壓波動的影響而精確控制

4）提供化合價和鞍形電極壓力

5）機頭的慣性和摩擦小，電極順暢。

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

點焊鋁合金的電極應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，在鋁合金的點焊過程中容易引起電極粘附。電極粘附力不僅影響外觀質量，而且由于電流的減少而降低了接頭的強度。因此，必須經常修整電極。依次修整電極后，可焊接工件的數量與焊接條件，待焊接金屬的類型，清潔狀態，是否存在電流波形調制，電極材料及其冷卻以及其他因素有關。 。通常，純鋁的點焊為5-10點，LF6和LY12的點焊為25-30點。

鋁LF21具有低強度，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），超級硬腦膜膠（如LC4，LC5）強度高，延展性差，容易開裂。必須使用價格曲線上的壓力。但是，對于較薄的零件，在較大的焊接壓力或緩慢的冷卻脈沖下進行雙脈沖加熱時，不可避免會出現裂紋。

當使用化合價時，重要的是鍛壓滯后于停電時刻（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，這會影響加熱并導致焊點的強度和波動。如果鍛造壓力添加得太晚，則在熔核冷卻和結晶時會形成裂紋，并且鍛造壓力無效。有時必須在停電前施加鍛造壓力。這是因為電磁閥延遲或氣路不暢，導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.點焊機器人系統

（1）機器人機身

（2）伺服/氣動點焊鉗

（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）點焊控制器冷水管（無需風冷）

（10）冷卻器

（11）點焊控制器

（12）機器人變壓器

（13）焊接電纜

（14）機器人控制器

（15）焊接控制器通訊電纜

（16）（17）（18）機器人電纜

（19）伺服編碼器電纜

（20）機器人示教器

（21）冷卻水開關

（22）電源

根據白車身點焊焊鉗負載和臂展的統計，一般要求所選機器人的負載在180KG以上，臂展在2.5M以上才能滿足大多數要求。點焊。站。如果有槍頭更換器或內置管道套件，則負載將相應增加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實現精確的電流控制。控制精度超過同類產品，可以有效避免虛焊，焊點熔深等缺陷。

2.焊點計數功能可有效防止焊接遺漏，并可自動進行焊條修復和焊條壽命維護，確保焊點直徑。

3.獨立監視焊接熔核的增長，并獨立補償實際焊接熔核和所需焊接熔核的變化。

4.確保每個焊接點的直徑。

5.自動補償焊接干擾。

6.在焊接過程中，焊接時間和電流將自適應地變化。

7.在線存儲測量數據和曲線。

 中頻焊接控制器變壓器更小，更輕，可以提供連續的高能量，并且電流調節更快，更準確。適用于：鍍鋅板，高強度鋼板，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，無感應損耗，不到1毫秒的調節時間，無電流峰值和無額外的冷卻時間，從而提供了更高的能量并降低了電極的熱量和機械壓力。與工頻電極相比，中頻壽命提高了30-50％，節能20-32％。

 另外，中頻焊接控制器具有以下特點：焊接參數的精確調節（動態調節和自適應調節）；沒有材料過熱（飛濺少）。

點焊鉗：用于按壓焊接的工件（板）。機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整體，稱為“整體焊鉗”。在實際應用中，有必要根據點焊位置的特殊性設計焊鉗的主體。只有這樣，焊鉗才能到達焊點的位置。

機械手點焊鉗必須與點焊工件所需的焊接規格兼容。基本原則是：

1.根據工件的材料和板厚，確定焊接電極的最大短路電流和最大按壓力；

2.根據工件的形狀和焊點在工件上的位置，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.根據工件上所有焊接點的分布，確定選擇哪種焊鉗。通常有四個焊鉗：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，請盡量減少焊鉗的重量。

與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗的優點：

1.機器人和焊鉗的協調運動大大提高了生產周期

2.焊接過程中壓力和熱量同時增加，以確保更可靠的焊點質量

3.擴展過程控制

4.加強診斷監測

5.簡化焊鉗的設計并增加靈活性

6.降低維護率并增加運行時間

7.降低生產成本（耗氣量，備件）

8.焊接循環后自動調節電極蓋的零位

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

生產周期時間的減少反映在：

1.最小化焊點和障礙物之間的跳躍路徑。

2.可以隨意縮短焊條的開度，以減少關閉焊鉗的時間。

3.發出焊接開始信號后，可以更快更好地控制壓力。

4.發出焊接完成信號后，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間。

7.更換噴槍，在電極拋光和更換后快速校準。

焊接質量的提高體現在：

1.輕觸幾乎不會影響產品

2.高精度反復加壓

3.精確的焊接恒壓控制

4.更穩定的電極管理和控制

增強的診斷和監控體現在：

1.壓力監控，以防止過度的深凹痕和焊點裂紋

2.診斷電極蓋并監測電極磨損

3.電極修整器的狀況

4.多層板連接狀態

5.換槍緊急停止后的位置診斷

簡化焊鉗的設計并提高靈活性：

1.增加焊接壓力范圍

2.不限制大開口和小開口，優化了焊接臂的位置

3.不同的工作站使用相同的焊鉗設計以減少數量

4.電機的集成降低了焊鉗的質量

5.靈活性高，可以在項目早期確定焊鉗的設計

降低維護率和增加運行時間體現在：

1.更容易的錯誤跟蹤

2.診斷和預防性維護

3.減少備件數量

4.消除余額問題

降低生產成本體現在：

1.空氣消耗

2.電機蓋消耗

3.電機桿消耗

4.維修費用

5.易于編程

伺服點焊平衡補償技術

機械平衡

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

焊鉗臂偏差補償：可補償焊鉗臂偏差5mm

電極蓋的測量和補償：測量電極蓋，可以補償0-10mm金屬板的位置+/- 1 mm

水和空氣單位：

電極磨刀器：

通常，在點焊的生產中，流過電極的電流密度非常大，再加上同時作用的相對較大的按壓力，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，由于導電表面的氧化，電極的導電性降低，并且不能很好地保證點焊期間的電流值。為了消除這些不利因素對焊接質量的影響，有必要使用電極磨床定期磨削電極。

管道包裝：

機器人管線套件主要用于連接機器人末端執行器（自動換刀裝置，焊鉗等），并開發了線束系統；

1.滿足設備的應用功能

2.具有良好的使用壽命

3.盡量不要限制機器人的工作范圍

4.易于安裝和維護

以下是標準伺服點焊電纜包裝的連接方法：

最后，我們分享了幾個標準點焊工作站的布局，并觀看了機器人點焊自動化的視頻：