焊接機器人起弧故障分析

王華

1、概述

在焊接機器人焊接過程中，經常會遇到焊接不起弧的故障。不起弧故障又包括：不引弧、焊接過程中斷弧、焊接過程中電弧時有時無等現象。

2、結構及原理分析

為了解決問題，首先必須要從焊接以及起弧基本原理分析。

焊接，就是通過焊絲作為與焊接電源的正極（+），焊產品作為焊接電源的負極（—），通過焊接電源的短路產生熱量，從而融化焊絲成液態水滴狀滴落到被焊產品焊縫內，融化的焊絲與被焊產品高溫融合而形成焊接。

起弧過程是通過送絲系統送出焊絲，焊絲端成為焊接電源的直流正端（+），被焊產品與焊接電源的負端（—）連接。當焊絲與被焊產品接觸時，也就是電源的正端與負端短接形成短路。電路短路形成的電流大，由于焊絲與被焊產品存在接觸電阻，短路使得電能轉化為熱能，從而融化焊絲，甚至蒸發、汽化，引起強烈的電子發射和氣體電離。這時，再把焊絲與被焊產品拉開一段距離，由于電源電壓的作用，會形成電場，又促使電子發射。加速氣體的電離，使帶電粒子在電場的作用下，向正端和負端運動。焊接電源提供電能，不斷產生電子，從而形成持續不斷的電弧。

通過以上焊接與引弧、起弧的形成原理，不難看出，想要徹底分析不起弧的故障，首先要對焊接電源的原理，以及送絲系統的基本原理、結構進行了解，這樣才能從根本上分析解決焊接不起弧的故障。

（1）首先分析焊接機器人的焊接電源的基本工作原理。

焊接電源的輸入電源是三相交流380V，經過二極管組成的三相橋式整流輸出為直流（圖1）。

因為交流電源整流成后需要電感平波，以及電容濾波，輸出的直流后，根據電感及電容都有儲能的特性，輸出的直流電壓有效值為537伏。具體計算如下：

380× =537V

電源整流為直流后，再經過逆變（0～2000HZ）為可變頻率的交流電，交流電通過降壓變壓器降壓為單相交流40V，再通過場效應管組成的單相整流為直流輸出，可調節輸出電流大小，相應電壓、頻率隨電流變化而變化。如焊接時使用脈沖焊接，焊接電壓最高可為40V，相應的焊接最高頻率為2000HZ（圖2）。

3、故障分析與處理

（1）焊接不引弧

焊接機器人在準備焊接時，焊接不引弧，焊接機器人系統報警提示為引弧不成功。首先從引弧基本原理分析，只有檢查焊接電源沒有輸出或送絲不暢。

首先分析送絲回路，機器人報警后，機器人會停止所有動作，其中包括送絲系統也會停止送絲。因為焊絲作為焊接電源正極的最前端，如果送絲不暢，引弧信號給定后，焊絲沒有立即接觸到被焊件，就不會起弧從而系統會報警。所以不起弧故障首先檢查焊絲是與被焊工件否已已接觸，如已接觸，就排除了送絲系統的故障。

接下來就檢查焊接電源以及焊接電源回路。首先檢查相對容易些的焊接電源回路電阻，先移動焊接機器人手臂，移動到焊槍上的導電嘴能與被焊工件進行有效接觸，再選擇機器人示教器的電阻檢測，測量正常值一般在12mΩ。結果檢測電阻值為無窮大，說明焊接電源回路存在開路現象。

焊接電源負極與被焊工件直接連接，用萬用表直接測量焊接電源負極到與被焊工件連接的電纜電阻。萬用表阻值測量結果為1Ω左右的阻值，說明負極線路是連接完好無故障。

再用萬用表檢測焊接電源正極輸出端至焊槍槍頭伸出的焊絲之間的電阻，實際測量值為無窮大，說明焊接電源正極輸出有斷路現象。通過送絲回路結構分析，焊接電源正極輸出端至焊槍導電嘴的連接回路，分為三段。第一段，焊接電源正極輸出端至送絲機的電纜;第二段，焊槍與送絲機之間的連接的通水電纜;第三段，焊槍導電嘴與焊槍的槍纜連接頭之間的通路。斷開這三路之間的連接，直接用萬用表測量電阻，第一段與第三段測量電阻值在1Ω左右，通路正常。第二段電阻值為無窮大，通水電纜斷路。

更換新通水電纜，故障消除。造成這個故障的原因，通水電纜內是25mm2的純銅線，通過焊接大電流時銅線由于有內阻，銅線會發熱。計算公式如下：

Q=P×I2/A

Q—發熱量

P—銅的導電率（0.00000002Ω×m2）

I—銅線載流量

A—銅線截面積

通水電纜內銅線發熱量為32W/m，一般通水電纜為3.5米左右，那通水電纜銅線發熱量為100多瓦。因為銅線發熱，需要水冷卻，但發熱銅線又會在水中加速氧化過程，最終由于銅的氧化造成銅線的斷開，就使得焊接電流通路斷開。

（2）焊接不起弧

焊接機器人在焊接過程中，焊絲只是發紅但不融化，系統無報警。重新開始執行焊接程序時，故障依舊。根據此故障現象，初步判斷為焊接電流變小。

先檢查焊接電源回路電阻，測量正常值一般在12mΩ，結果檢測電阻值正常。再檢查焊接電源輸出端電壓，也正常。首先用歐姆定律進行故障初步判斷，

I=U/R

I—電流

U—電壓

R—電阻

根據定律，當電流變小時存在兩種情況：在回路電阻不變的情況下，電壓要變小;當回路電壓不變時，回路電阻變小。但實際情況以上兩種情況均布存在。

再根據發熱量的計算公式看，也有可能是焊接電源某處通電回路截面積變小，造成發熱量增加，使得有很大部分的電能轉換為熱能消耗，從而使得最終端的焊接電流變小。

照此思路進行檢查判斷，發熱量異常，電纜、電纜接頭分應該有明顯燒損，焊槍導電部分發熱應該明顯明顯。檢查了焊接電源正極輸出端至焊槍導電嘴的三段連接回路，均無明顯異常。檢查焊接電源負極輸出端至被焊工件的連接回路，也無明顯發熱燒損部位。

焊接電源外部回路無明顯燒損點，就對焊接電源內部進行發熱量異常的檢查。拆開焊接電源外殼，立馬發現了焊接電源逆變電源正極輸出端，與逆變后整流橋的連接線已斷了多股銅線，但還沒有斷開的銅線明顯有變色，說明銅線是過熱導致的。重新更換一根連接導線，再次試機設備運行正常，故障完全消除。