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动臂焊接机器人双丝焊接的应用 |
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作者：广西柳工机械股份有限公司 陆其东 张剑 巫江 |
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一、项目概述
双丝焊接是近年来发展起来的一种高效焊接方法，焊接厚板时可以提高熔敷效率，采用船形焊的焊接熔敷率为160－220g/min，通常为常规焊接方法的二倍。除了高效外，双丝焊接还有其它的工艺特点：在熔敷效率增加时保持较低的热输入，热影响区小，焊接变形小，焊接气孔率低等。
动臂是装载机工作装置的主要组成部件及主要受力部件，动臂主焊缝的焊接质量将直接影响装载机的使用年限，为了保证其质量，避免人工焊接的不稳定性，结构件厂在动臂主焊缝上引入焊接机器人双丝焊接技术。
二、双丝焊接简介
双丝气体保护焊接工艺,其效率比使用传统MIG/MAG 方法提高2倍以上。是由两个完全独立的微电脑控制TPS 增强型电源组成，焊丝分两路单独工作，并且使用同一个喷嘴，形成不同的熔池。
1. 焊接特性：
完善精密的电弧控制系统对焊接顺序、电弧稳定性、焊后参数控制均有深刻影响；为了防止同相位的2个电弧的相互干扰，常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法，并保持2个电弧轮流交替燃烧。这样一来，就要求1个协同控制器保证2个电源的输出电流波形相位相差180°。当焊接参数设置到最佳时，脉冲电弧能得到无短路、几乎无飞溅的过渡过程，真正做到“1个脉冲过渡1个熔滴”，每个熔滴的大小几乎完全相同，其大小是由电弧功率来决定。焊接时，其中一根可首先引弧，接着另一根引燃，当然，也可以同时引弧，焊接的结果是一样的；焊接结束后，可以单独或同时停机。
2. 多机共用
使用两台完全独立的增强型电源，通过各自微电脑控制器，每台拥有独立的送丝装置单独控制操作。通过同步器同步控制两台单机使焊接过程更加迅速和完善。
配置了同步装置，在焊接一开始便可实现双丝精确过渡，这是双丝工艺稳定的先决条件。其电弧长度很短并且稳定持续。两根丝单独输送，焊速加快，线能量更小，电弧更短，熔池缩小，依靠这种先进的引弧技术，速度更快，飞溅极小，可避免众多干扰，随时重新引弧，进而得到更高质量的焊缝。
3. 一体化焊炬
双丝焊枪要求导电嘴结构更加紧凑。使用双丝焊枪的经验证明：独特设计的曲线送给结构，可确保两路焊丝分别以精确角度进入连接一体的两只导电嘴，从而得到更安全可靠的电流。准确的电流过渡日益重要，一体化焊炬正顺应了潮流：可靠的引弧系统、稳定的电弧、良好的焊缝成型，成效卓著。
4. 操作设备
具备至少30 个连续可调的参数来控制每一台独立工作的电源，电源间通过同步器协调相互的工作，以达到在焊接全过程同步工作。通过遥控器或焊接机器人控制面板输入相关数据，完成已设定好的工作，就是说，一旦选择好方案，你就可以不断的重复更新你所要的数据。显示屏可以不断刷新的逻辑功能菜单分布合理，容易识别，方便操作。
5. 送丝流畅
送丝系统使用测速送丝电机传动，平衡力使压力分布最均匀，结构最大特点在于配套送丝轮可折叠。
很多设计例如水冷盘式控制电机、温控风扇、焊枪冷却系统等，使得操作人员能长时间“与机共舞”，经济实用。
三、双丝焊接在装载机动臂主焊缝上的应用
1. 改进前的状况
动臂的结构及主焊缝如图1所示，项目实施前，大部份的动臂焊缝是在地上手工单丝焊接，生产效率低，焊接过程不稳定，焊缝接头多，焊缝成型差，导致应力集中，容易在受到重载荷的情况下出现开裂，如图2所示。
2. 改进后的状况：
针对动臂人工单丝焊接质量差以及生产效率低的现状，广西柳工结构件厂引进了四台套动臂双丝双工位焊接机器人系统，如图3所示，下面从焊缝质量、生产效率、成本方面对动臂双丝焊接机器人的优点进行简要的介绍。
图3 动臂双丝双工位焊接机器人系统
⑴ 焊缝质量：
①焊接机器人采用双丝焊接，动臂横梁与动臂板间的主焊缝形式为两层两道，成形美观、外表面光滑，人工焊接时主焊缝形式为三层八道，在焊缝与焊缝过渡间有明显的痕迹，表面不光滑。外表面光滑使焊缝受力时表面应力分布均匀，不易形成应力集中点，可适当提高焊缝寿命。外观质量对比见下图：
②采用机器人焊接时，焊枪摆动稳定，焊丝伸长均匀，焊接过程稳定，焊缝质量几乎不受外界因素影响，降低了对工人焊接技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、焊丝伸长等都是变化的，很容易受到外界因素及人为因素的影响。
③机器人焊接时，动臂主焊缝的每道焊缝只存在一个接头（搭接口、收弧处），而且接头形式标准，能够承受较大的载荷。人工焊接时共三层八道焊缝，每一道焊缝有2~4个接头，共有16~32个接头，这些接头比焊缝其它位置更容易产生应力集中，一旦某个接头有问题，焊缝就会存在质量隐患，容易在受到重载荷的情况下出现开裂。
⑵生产效率
①下面以ZL50系列产品动臂单、双丝焊接时间为例来说明双丝焊接生产效率优于单丝焊接，如表1和表2所示；
② 计算取值
动臂焊缝焊接时间＝5 min（机器人找寻时间、动臂翻身时间等）+纯焊接时间,因此：
单丝焊接时间≈60 min；
双丝焊接时间≈30 min
从以上的数据可以看出，双丝焊接生产效率大约是单丝焊接的2倍。
⑶ 成本分析
以一台动臂焊接机器人为例简要的对单丝焊接与双丝焊接进行成本分析，如表3所示；
从上表可以看出，每年成本节约金额约为6.48万元。
四、推广价值
双丝焊接技术在装载机动臂上的应用能提高其熔敷量，大大提高动臂焊接生产效率，而且改善了焊缝质量，减少了焊接飞溅物。对于结构件实施焊接自动化生产，具有较大的指导作用和推广价值。
五、项目总结
通过本次对动臂焊接工艺的新突破，使我们积累了很多宝贵的经验，让我们对其它构件的工艺改进及技术革新充满信心。
（该项目成果获2010年度广西重工业先进工艺工装成果 一等奖）(end)
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(12/21/2012) |
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