你懂機器人點焊自動化技術(shù)嗎？想知道的都在這

在汽車生產(chǎn)過程中，點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2000個焊點，有的車型焊點數(shù)甚至超過了5000。點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法，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。

點焊是把焊件在接頭處接觸面上的個別點焊接起來，要求金屬有較好的塑性。1、點焊的基礎(chǔ)知識點焊通常分為雙面點焊和單面點焊兩大類。雙面點焊時，電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電。典型的雙面點焊方式是最常用的方式，這時工件的兩側(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焊。同時焊接兩個或多個點焊的雙面點焊，使用一個變壓器而將各電極并聯(lián)，這時，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，才能保證通過各個焊點的電流基本一致采用多個變壓器的雙面多點點焊。點焊通常采用搭接接頭和折邊接頭，接頭可以由兩個或兩個以上等厚度或不等厚度的工件組成。在設(shè)計點焊結(jié)構(gòu)時，必須考慮電極的可達性，即電極必須能方便地抵達工件的焊接部位。同時還應(yīng)考慮諸如邊距、搭接量、點距、裝配間隙和焊點強度諸因素。邊距的最小值取決于被焊金屬的種類，厚度和焊接條件。對于屈服強度高的金屬、薄件或采用強條件時可取較小值。點距即相鄰兩點的中心距，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)定點距最小值主要是考慮分流影響，采用強條件和大的電極壓力時，點距可以適當(dāng)減小。采用熱膨脹監(jiān)控或能夠順序改變各點電流的控制器時，以及能有效地補償分流影響的其他裝置時，點距可以不受限制。裝配間隙必須盡可能小，因為靠壓力消除間隙將消耗一部分電極壓力，使實際的焊接壓力降低。間隙的不均勻性又將使焊接壓力波動，從而引起各焊點強度的顯著差異，過大的間隙還會引起嚴(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。單個焊點的抗剪強度取決于兩板交界上熔核的面積，為了保證接頭強度，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，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，壓痕深度可增大到20-25%。點焊接頭受垂直面板方向的拉伸載荷時的強度，為正拉強度。由于在熔核周圍兩板間形成的尖角可引起應(yīng)力集中，而使熔核的實際強度降低，因而點焊接頭一般不這樣加載。通常以正拉強度和抗剪強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。多個焊點形成的接頭強度還取決于點距和焊點分布。點距小時接頭會因為分流而影響其強度，大的點距又會限制可安排的焊點數(shù)量。因此，必須兼顧點距和焊點數(shù)量，才能獲得最大的接頭強度，多列焊點最好交錯排列而不要作矩形排列。焊接保證需要強度的地方焊接的間距會比較近，但是考慮到可能會出現(xiàn)的電焊分流的情況，焊點布置的時候應(yīng)考慮其焊接不牢固性，所以并不是越近越多越好，合理布置焊點才能得到更好的效果，一般來說，三層焊焊點比兩層焊焊點的間距稍遠(yuǎn)一點。焊點的施加原則一般不超過5mm，焊接板厚比例不超過1:3，超過這個值會造成焊核不在焊點最中心，甚至焊穿薄板的可能。三層焊焊接最厚跟最薄也不能超過1:3的原則。焊點的多少應(yīng)以連接強度是否滿足需要為標(biāo)準(zhǔn)，過多、過密的焊點只能增加焊接的成本，同時過密的焊點由于焊接分流的加大，焊接強度降低。焊點位置是工藝和產(chǎn)品設(shè)計協(xié)調(diào)的結(jié)果重要焊點位置應(yīng)以CAE計算結(jié)果來設(shè)定，下表為不同料厚焊點剪切強度要求：焊接時，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)通過足夠大的電流時，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，形成了一個焊點。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。點焊鍍鋅鋼板用的電極，推薦用2類電極合金。相對點焊外觀要求很高時，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，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，可以加強鎢電極頭的散熱。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，焊接時間和電流，進行試樣的焊接和檢驗，直到焊點質(zhì)量完全符合技術(shù)條件所規(guī)定的要求為止。最常用的檢驗試樣的方法是撕開法，優(yōu)質(zhì)焊點的標(biāo)志是：在撕開試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺。厚板或淬火材料有時不能撕出圓孔和凸臺，但可通過剪切的斷口判斷熔核的直徑。必要時，還需進行低倍測量、拉抻試驗和X光檢驗，以判定熔透率、抗剪強度和有無縮孔、裂紋等。以試樣選擇工藝參數(shù)時，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。焊點直徑的量取由長軸測量數(shù)值加上與長軸垂直軸測量值除2來計算，d=(a+b)/2鋁合金的點焊鋁合金的應(yīng)用十分廣泛，分為冷作強化和熱處理強化兩大類。鋁合金點焊的焊接性較差，尤其是熱處理強化的鋁合金。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間，才能做到既有足夠的熱量形成熔核；又能減少表面過熱、避免電極粘附和電極銅離子向純鋁包復(fù)層擴散、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，電極隨動性好，才能避免熔核凝固時，因過大的內(nèi)容拉應(yīng)力而引起的裂紋。對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，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，熔核形狀不規(guī)則，凸臺和孔不呈圓形），使焊點強度降低。清理不均勻則將引起焊點強度不穩(wěn)定?；谏鲜鲈颍c焊鋁合金應(yīng)選用具有下列特性的焊機：1）能在短時間內(nèi)提供大電流2）電流波形最好有緩升緩降的特點3）能精確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動影響4）能提供價形和馬鞍形電極壓力5）機頭的慣性和摩擦力小，電極隨動性好。當(dāng)前國內(nèi)使用的多為300-600KVA的直流脈沖、三相低頻和次級整流焊機，個別的達到1000KVA，均具有上述特性。也有采用單相交流焊機的，但僅限于不重要工件。點焊鋁合金的電極應(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，鋁合金點焊時，很容易產(chǎn)生電極粘著。電極粘著不僅影響外觀質(zhì)量，還會因電流減小而降低接頭強度。為此需經(jīng)常修整電極。電極每修整依次后可焊工件的點數(shù)與焊接條件、被焊金屬型號、清理情況、有無電流波形調(diào)制，電極材料及其冷卻情況等因素有關(guān)。通常點焊純鋁為5-10點，點焊LF6，LY12時為25-30點。防透鋁LF21強度低，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）強度高、延性差，極易產(chǎn)生裂紋，必須采價形曲線的壓力。但對于薄件，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。采用價形壓力時，鍛壓力滯后于斷電的時刻十分重要，通常是0-2周。鍛壓力加得過早（斷電前），等于增大了焊接壓力，將影響加熱，導(dǎo)致焊點強度降低和波動。鍛壓力加得過遲，則熔核冷卻結(jié)晶時已經(jīng)形成裂紋，加鍛壓力已無濟于事。有時也需要提前于斷電時刻施加鍛壓力，這是因為電磁氣閥動作延遲，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、點焊機器人系統(tǒng)(1)機器人本體

(2)伺服/氣動點焊鉗

(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)點焊控制器冷水管（空冷不需要）

(10)冷水機

(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)焊接控制器通訊線纜

(16)(17)(18)機器人線纜

(19)伺服編碼器線纜

(20)機器人示教器

(21)冷卻水開關(guān)

(22)供電電源根據(jù)白車身點焊焊鉗負(fù)載及臂展的統(tǒng)計，一般要求選擇的機器人負(fù)載在180KG以上，臂展在2.5M以上就能滿足大部分點焊工位的要求，如果有換槍盤或內(nèi)置管線包，則負(fù)載相應(yīng)加大20KG。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、通過初級和次級閉環(huán)實現(xiàn)電流的精確控制，控制精度超越普通的同類產(chǎn)品，可有效避免焊點虛焊、焊穿等缺陷。2、焊點計數(shù)器功能，有效防止漏焊，并可自動進行電極修磨及電極壽命維護，保證焊點直徑。3、獨立監(jiān)控焊核成長，并獨立補償實際焊核與要求焊核的變化。4、確保每個焊點直徑。5、自動補償焊接擾動。6、焊接過程中焊接時間和電流自適應(yīng)變化。7、在線儲存測量數(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，沒有感應(yīng)損耗，小于1毫秒的調(diào)整，沒有電流峰值，沒有多余的冷卻時間，從而提供更高的能量，減少電極的熱量和機械壓力。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：焊接參數(shù)的精確調(diào)整（動態(tài)調(diào)整和自適應(yīng)的調(diào)整）；沒有材料過熱（較少的飛濺）。點焊鉗：用于實現(xiàn)對焊接的工件（板材）的加壓。機器人使用的焊鉗通常是變壓器與鉗體安裝在一起，成為一個整體，稱為“一體式焊鉗”。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)打點位置的特殊性，對焊鉗鉗體須做特殊的設(shè)計，只有這樣才能確保焊鉗到達焊點位置。機器人點焊鉗必須與點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。伺服焊鉗相較氣動焊鉗的優(yōu)勢：1、機器人與焊鉗同步協(xié)調(diào)運動，大大提高生產(chǎn)節(jié)拍2、焊接中壓力與熱量同步增長，更可靠保證焊點質(zhì)量3、擴展工藝過程控制4、增強診斷及監(jiān)控5、簡化焊鉗設(shè)計，提高柔性6、降低維修率，提高運行時間7、減少生產(chǎn)成本（耗氣，備件）8、一個焊接循環(huán)后自動調(diào)整電極帽零位9、換槍后檢查/調(diào)整焊鉗，在斷開伺服控制時焊鉗臂位移后可進行修正焊鉗零位減少生產(chǎn)節(jié)拍體現(xiàn)在:1、使焊點間及障礙物的跳轉(zhuǎn)路徑最小化。2、可隨意縮短電極開口減小關(guān)閉焊鉗時間。3、焊接開始信號發(fā)出后可更快更好的控制加壓。4、焊接完成信號發(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間。7、換槍、電極修磨及更換后快速標(biāo)定。提高焊接質(zhì)量體現(xiàn)在:1、軟接觸可實現(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診斷及監(jiān)控體現(xiàn)在:1、壓力監(jiān)控，防止壓痕過深、焊點裂紋現(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化焊鉗設(shè)計，提高柔性：1、焊接壓力范圍增大2、無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焊鉗設(shè)計，減少數(shù)量4、電機集成化，減小焊鉗質(zhì)量5、其高柔性便于在項目前期確定焊鉗設(shè)計

降低維修率，提高運行時間體現(xiàn)在:1、更容易進行錯誤追蹤2.診斷及預(yù)防性保養(yǎng)3、減少備件數(shù)量4、排除平衡問題

減少生產(chǎn)成本體現(xiàn)在:1、耗氣量2、電機帽消耗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(shù)機械平衡

軟件平衡焊接位置修正：允許編程誤差+/-3mm釋放固定焊鉗臂：可釋放固定焊鉗臂5mm焊鉗臂偏差補償：可補償焊鉗臂偏差5mm電極帽測量及補償

：測量電極帽并可補償0-10mm

金屬板的位置+/-1mm水氣單元：電極修磨器：通常在點焊生產(chǎn)時，電極上通過的電流密度很大，再加上同時作用的比