徠斯焊接機器人在山推的應用

李德明

山推作為工程機械的龍頭企業，近年來先后引入后橋箱、方盒、主機架等關鍵結構件自動化焊接作業單元20余臺套，其中徠斯焊接機器人系統截止到目前已有7臺套，對推土機后橋箱的焊接質量和焊接效率起到至關重要的作用。

1. 工件特點

推土機后橋箱(見圖1)作為主機架的重要組成部分，是整個推土機動力的核心部件。它承擔著將從變速箱輸出的動力轉化成中央傳動裝置動力和終端傳動裝置動力的重要作用。后橋箱材質既有鑄鋼件又有板材（Q345、Q460C），其結構復雜，內、外焊縫多，對焊縫要求嚴格。其焊接工藝流程為：一次組對→一次焊合→二次組對→二次焊合→機器人焊接→焊補探傷。

2. 原工藝特點

2005年左右，由于市場上推土機銷量處于穩定期，加上當時人力成本優勢明顯，工業機器人等自動化設備還沒有在工程機械行業投入應用，公司推土機焊接生產處于半自動化階段，后橋箱生產主要采取機械式工裝進行組對，進行人工地攤式焊接（阿金圖2）。在焊接的過程中采取專用焊接支撐架進行固定焊接，為了保證工件較好的焊接狀態，需頻繁采取行車吊裝翻轉，存在較大的不安全因素，該作業方式也很難使焊接工件處于船形焊姿態，經常導致后橋箱焊接質量受人員因素影響較大，關鍵焊縫探傷頻繁出現氣孔、未熔合等質量問題，且生產效率低下，人員的作業環境較差，作業負荷較高。

3. 工藝提升

隨著國內外重點基礎設施投資的加快，市場對工程機械的需求越來越多，公司生產主體退城進園，配合政府關于擴大重點裝備制造業工藝提升項目，組織實施了公司產品生產技術的更新換代。公司投資數十億資金建成國內高水平的工程機械生產集群，大批的高精尖的工藝設備被引入并投入使用，其中焊接方面設計制作了大批的全液壓、氣動等自動化組焊專機，同時大膽地引入了大批的焊接機器人代替傳統的人工地攤焊，實現了工件制造過程中的零落地工程，其中3臺徠斯機器人被引入焊接后橋箱，在推土機行業尚屬首例，實現了后橋箱焊接質量的第一次飛躍。

圖1 后橋箱結構

通過對機器人技術的了解和后續的工藝試驗，我們發現徠斯機器人能夠在焊接時具有自動找正焊縫的起始位置和正確的方向，尤其焊接中厚板時都會帶有焊接起始點尋位、焊縫跟蹤和坡口寬跟蹤功能等焊接功能，配合L型三軸變位機，實現了對工件的全位置船形焊，同時針對工程機械中厚板件提供了多層多道焊專家庫，操作簡便。目前行業結構件焊接廣泛采取CO2氣體保護焊，因其具有熔深大、焊接效率高的特點，但存在著焊接飛濺大、焊縫成形較差、焊接變形大難以控制等缺點。隨著徠斯機器人的應用，其穩定的工藝參數和先進監控軟件，使得焊縫質量得到了較大的提升，焊接效率較人工也提升30%以上。

4. 雙絲專機應用

為了配合公司年產1.2萬臺項目，經過技術人員的大膽工藝創新，引入SD16等常規機型柔性焊接樣板線，采取汽車行業慣用的工序流水化作業，通過工業機器人先進性和可行性調研，并與徠斯中國進行多次交流，結合樣板線工藝要求，專門為我公司定制了兩臺套雙絲焊接機器人作業單元。

該焊接機器人系統由兩臺型號為RV20-16德國REIS天吊式弧焊機器人，采取先進的ROBOT starV-IPC控制器，芬蘭原裝進口KEMP負載率100%的逆變焊接電源YNS500全數字逆變帶脈沖焊接電源兩臺、兩軸L型變位機RDS26一臺以及龍門式2軸移動裝置兩套組成的焊接機器人系統，如圖3所示。機器人控制軸數為18軸，是公司目前主要后橋箱焊接機器人系統之一，針對工件結構可實現≥85%的焊縫可達率，配合L型變位機可實現工件的船型位置焊接，也可實現平焊或角焊作業。采取推拉四輪驅動的送絲機構，送絲安全、平穩，其機器人單獨工作半徑：1 500mm，重復精度：±0.05mm，并采取8位數字量輸入/出(Can-Bus)以太網接口并支持遠程維護，配合生產信息管理系統能夠有效監控設備作業（見圖4）。

采取天吊式龍門式在運動作業范圍方面具有較大的優勢，可實現使用一個機器人本體完成所有焊縫焊接。控制系統運行穩定，實現機器人本體、變位機、焊接電源的全數字化控制，實現對各軸工作范圍、保護氣體、冷卻水、電弧、氣壓及送絲等自動監控功能，在使用的過程中具有電弧傳感跟蹤精度高≥±0.2mm和多重保護和自我診斷追溯功能；同時在保證兩機器人通信方面可以實現同時起弧、焊接，并可以實現單獨控制，如果在焊接過程中兩焊槍其一如有未起弧、斷弧等問題可自動報警并同時停止，現場焊接如圖5所示。

5. 應用效果

徠斯后橋焊接機器人和雙槍自動焊專機的投入使用，使后橋箱的焊縫質量得到了較大的提升，關鍵焊縫UT 探傷合格率達到98%，產品的一次交檢合格率達到90%以上。在消除了人工焊接的不穩定性的同時，也大大減輕了作業人員的勞動強度。配合后橋箱焊接柔性樣板線的使用，各工序流程更加順暢，消除各工序之間的瓶頸，實現了均衡性，主要焊接工序作業效率較原來工時定額提升了66.7%，是公司精益化生產的縮影，同時也為公司帶來了切實的效益。

圖3 徠斯焊接機器人

圖4 徠斯機器人作業單元

圖5 現場焊接示意