淺談機器人焊接在生產中飛濺問題的控制

趙 國，黃 毅

（廣西機械高級技工學校，廣西 柳州 545005）

淺談機器人焊接在生產中飛濺問題的控制

趙 國，黃 毅

（廣西機械高級技工學校，廣西 柳州 545005）

隨著市場需求及科學技術的不斷發展，工業機器人的出現使人們自然而然首先想到用它代替手工焊接，減輕焊工的勞動強度，同時也可以保證焊接質量和提高焊接效率。我校產教技術中心采用焊接機器人進行汽車發動機后懸置橫梁的焊接。采用機器人焊接，將零件由手工焊接轉化為自動化焊接，實現了批量生產，有效的提高了工作效率。但產品在焊接過程產生大量的飛濺，針對此問題從設備匹配、程序控制、材料措施、冶金因素等方面分析了飛濺形成的機理，綜述了控制飛濺的方法。

焊接機器人；汽車發動機后懸置橫梁；焊接飛濺

在我校產教技術中心采用焊接機器人進行汽車發動機后懸置橫梁焊接的過程中，極易產生焊接飛濺，大量的飛濺造成噴嘴堵塞現象（見圖1），氣體的保護效果變差。飛濺的金屬粘在導電嘴上，還會導致焊絲無法正常送進，引起焊接過程不穩定，多次起弧、焊縫成形差等焊接缺陷，不僅增加了焊絲的損耗并使焊件表面被金屬熔滴濺污，嚴重的影響了焊縫外觀也增加了輔助工作量，因此，有效地控制焊接飛濺，有利于提高工作效率，減少飛濺對工裝的破壞，改善焊接操作環境。減少焊絲的損耗，更有利用產品質量的保證。

圖1 發動機后懸置橫梁

1 汽車發動機后懸置橫梁焊接產生飛濺原因分析

用機器人進行汽車發動機后懸置橫梁焊接產生飛濺的原因主要有：

（1）由于汽車發動機后懸置橫梁幾何形狀復雜，機器人的焊槍無法到達指定的焊縫位置或焊槍姿態，而產生飛濺。

（2）焊接機器人程序控制引起的飛濺。這種飛濺是在焊接的過程中,除由電弧的電流、電壓、電感值等工藝的選擇不當而造成外，焊槍的角度，焊槍與母材的距離等也對焊接質量及金屬的飛濺有影響。

（3）由冶金反應引起的飛濺。機器人焊接時在使用純CO2氣體，由于CO2氣體有強烈的氧化性，在熔滴和熔池中，碳被氧化成CO氣體，在電弧的作用下，體積急劇膨脹，突破熔滴或熔池表面的約束爆破，從而形成飛濺。

（4）由極點力引起的飛濺。飛濺主要取決于電弧的極性，采用直流正接時，正離子飛向焊絲末段的熔滴，機械沖擊力大，而造成大顆粒的飛濺。

（5）熔滴短路過渡引起的飛濺。飛濺發生在短路過渡過程中當電源的動特不好時則更顯得嚴重。當短電流值過大時，或短路最大電流速度增長過快，熔滴剛與熔池接觸，由于短路電流的強烈加熱及電磁力的作用，縮頸處的液態金屬發生爆破，產生較多的細顆粒飛濺。如果短路電流速度增長過慢，短路電流不能及時的增大到需要的數值，縮頸處就不能迅速斷裂，使伸出導電嘴的焊絲在長時間的加熱下，成軟化或短落，并伴隨著較大的顆粒飛濺。

（6）非軸向熔滴過渡造成的飛濺。飛濺是在粗滴過渡焊接時由于電弧的斥力所引起的,熔滴在極點力的和弧柱中氣流的共同作用下被推向焊絲末段的一邊，并拋到熔池外面，使熔滴形成大顆粒的飛濺。

2 汽車發動機后懸置橫梁焊接減少飛濺的措施

2.1 設備匹配方面

焊接機器人的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，焊接機器人還應用激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器，實現焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等，從而提高機器人的作業性能和對環境的適應性。

2.2 程序控制方法

在機器人程序控制方面，程序可對焊接電流、焊接速度、弧長等多項參數進行分析和控制，對焊接操作程序和參數變化等作出顯示和數據保留，從而給出焊接質量的確切信息。

2.3 材料措施

（1）焊接電流與電弧電壓。機器人焊接選擇不同直徑的焊絲，其飛濺率和焊接電流不同。以直徑1.2mm焊絲為例，電流小于150 A和大于300 A飛濺率都較小，介于二者之間則飛濺率較大時，所以在選擇焊接電流時應盡可能避開飛濺率高的混合過渡區，且電弧電壓與焊接電流匹配。

（2）焊絲的伸出長度。一般焊絲的伸出長度越長，飛濺率就越高，如直徑1.2mm的焊絲，焊絲伸出長度從20mm增加到30mm，飛濺率約增加5%，所以在保證不堵塞噴嘴的情況下，應盡可能縮短焊絲的伸出長度。

（3）焊槍的姿態。根據汽車發動機后懸置橫梁板材的厚度，焊接空間位置的不同，焊槍垂直時飛濺率最小，傾斜角度越大，飛濺越多，在調整焊槍姿態時前傾或后最好不過20°。

（4）機器人焊接時，當熔滴與熔池接觸形成短路時，如果短路的電流增長的速度過快，使液橋金屬迅速的加熱，造成熱量的聚集，將導致金屬液橋爆裂而產生飛濺。因此，必須設法使短路液橋的金屬過渡趨于平緩，通過機器人程序控制，在每個熔滴過渡過程中，液橋縮頸達到零界尺寸之前允許短路電流切換，迅速將電流從高值切換到低值，使液橋縮頸在小電流下爆炸。另外一種方法是通過程序控制電流的波形，使金屬在液橋較低的電流時斷開，液橋斷開，再由高值電流變成低值電流，短路時電流值較低。但處于高溫狀態的熔滴形成的短路液橋溫度較高，很容易產生流動，再施加很少的能量就能實現金屬的過渡與爆炸，從而限制了液橋金屬爆斷的能量，降低金屬飛濺的產生。

2.4 在冶金方面的控制

在冶金方面還要做到以下方面的控制：

（1）細滴過渡時，CO2氣體的物理性質決定了電弧斑點力較大，這是CO2焊產生飛濺的主要原因。在CO2中加入了Ar氣后，改變了純CO2的物理性質。隨Ar氣的增大，飛濺減小，經過試驗飛濺損失率變化最顯著的是細滴直徑大于0.8的飛濺，對直徑小于0.8的細滴飛濺影響不大?；旌蠚怏w的成本雖比純CO2高，但可以從材料損失和節約清理飛濺的時間上補償。所以采用CO2+Ar混合氣體，總成本還有降低的趨勢。另外，CO2+Ar混合氣體的焊縫金屬低溫韌性值也比純CO2高。

（2）采用超低碳焊絲。在短路過渡或細滴過渡的CO2焊中，采用超低的合金鋼焊絲，能夠減少由CO氣體引起的飛濺。

（3）活化處理焊絲。在焊絲表面涂極薄的活化材料，如CS2CO3與K2CO3的混合物，采用直流正極性接法，這種稀土金屬或堿土金屬的化合物能提高焊絲金屬發射的能力，從而改善CO2的特性，使飛濺大大的減少。

3 結束語

通過以上試驗，降低了飛濺的不利影響，減少了焊材的損耗及輔助工作量，減輕了工人的勞動強度，有效的改善了工人的勞動環境。同時，增加了汽車發動機后懸置橫梁的產量，提高質量，降低成本，突出了機器人焊接的優勢，有利于焊接機器人在自動焊接生產線上推廣、應用。

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[6]李建國.金屬熔焊原理[M].北京：機械工業出版社，2005.

In the Production ofWelding Spatter ControlProblem of Robot

ZHAOGuo，HUANGYi

（GuangxiSeniorMachinery Vestibule School，Liuzhou Guangxi545005，China）

Alongwith themarket demand and the progress of science and technology and continuous development,the emergence of the industrial robotso thatpeoplenaturally think of firstuse it instead ofmanualwelding,reduce the labor intensity of welders,it also can ensure the welding quality and welding efficiency.Our school education technology center with welding robot car engine suspension beam after welding.Converting the parts by manual welding to automaticwelding,realize themass production,effectively improve thework efficiency.Butproducts in welding process to produce a lotofsplashes.Aimed at the problem in thispaper,from the equipmentmatching,process control,material,metallurgical factorsanalyzed themechanism of formation of the splash,summarizes themethod to control the splash.

welding robot；after the carengine suspension beam；weld spatter

TP242

B

1672-545X（2014）04-0198-02

2014-01-03

趙 國（1984—），男，學科帶頭人，高級技師，本科，主要擔任焊接及焊接機器人理論與實習教學，指導學生參加各類職業技能競賽。