焊接機器人操作與維護

馮 琛

（陜西機電職業技術學院，陜西 寶雞 721001）

隨著制造業的快速發展，焊接作為“工業裁縫”，是重要的生產方式。焊接技術的進步可以有效保障產品品質，為我國產業升級奠定堅實的基礎，大大推進工業4.0時代的到來，因而對焊接的自動化、柔性化和智能化的要求日益提高，焊接機器人可有效滿足焊接的時代需求，其推廣應用已成為必然趨勢[1]。

1 焊接機器人規模化應用意義

焊接機器人規模化應用極具意義，既提高了經濟效益，又改善了勞動條件，為社會、企業和個人的快速發展奠定了基礎。其重要意義主要表現在以下幾個方面。

1）改善和保障焊接質量，滿足標準化生產要求。焊接機器人的參數設置如焊接機器人路徑、速度、焊接電流、電壓等，對于焊接質量起著決定性作用。采用機器人焊接時，焊接機器人的參數通過系統程序保障，從而可通過機器人系統確保每條焊縫品質的恒定，焊縫質量受人為因素的影響大大減少。既降低了企業培養工人的成本，又降低了對操作技術的要求，確保焊接質量穩定；而人工焊接會受到操作人員不同的影響，很難保障質量的穩定性，無法滿足標準化生產要求。

2）改善了操作員工作條件。采用焊接機器人焊接，自動線體正常運行時其焊接過程均由機器人完成，操作員只需要將焊接部件通過上料單元送往相應自動線體，從而避免操作員受焊接弧光、煙霧和飛濺等傷害。尤其是汽車行業白車身的焊接基本采用點焊，通過機器人點焊讓操作員免于使用笨重的手工焊鉗，使其從高強度的體力勞動中解脫出來。

3）提高企業生產效率及經濟效益。焊接機器人自動線體可實現不間斷連續生產，既提高了生產效率，又確保了企業的經濟效益。尤其是采用機器人焊接，在縮減培養操作人員的成本與時間、大大降低企業用人成本的同時，也保障了焊接質量，從而為企業的長久發展奠定基礎。

4）生產周期明確，實現產量控制。焊接機器人自動線體的生產具有節拍性且是固定的，生產效率因節拍固定而確定。因此，生產計劃安排具有精確性，生產目標可明確化。

5）簡化產品改進換代的周期，減少對相應設備的投資。可實現小批量產品的焊接自動化，焊接機器人可以通過修改機器人程序來改變焊接路徑、速度等參數，方便完成各類產品的焊接工作[2]，進而縮短生產與改型周期，同時焊接機器人具有柔性，減少因產品換代而引起的設備投資。

2 焊接機器人應用現狀

焊接機器人應用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等制造行業，如貴州吉利汽車有限責任公司焊裝車間工業機器人覆蓋率已超過80%，因而焊接機器人操作與維護已成為企業職工的必備技能。但我國工業機器人起步晚，且焊接機器人工作環境惡劣，往往故障較多，雖已經設計出具有自主知識產權的焊接機器人系列產品[3]，如沈陽新松機器人，但卻未能得到推廣，形成規模效應，究其原因，有以下幾點。

1）國內機器人成本優勢減弱。近年來，各類品牌的進口機器人生產基地逐漸轉移至國內，加上我國部分企業收購知名機器人企業，導致進口機器人的價格大幅降低，從40～60萬元/臺降低到10～20萬元/臺，使我國國產機器人價格優勢逐漸減弱，尤其在工業生產領域內的國產焊接機器人很難打開市場。大型企業多采用進口品牌機器人，如貴州吉利汽車有限公司焊裝車間均采用德國庫卡焊接機器人。同時，我國機器人發展尚處于初期階段，未能發展出與之匹配的零部件產業，如伺服電機、減速器等，使得機器人關鍵部件需要進口，成本難以降低，所以國產機器人與進口機器人相比，價格優勢逐漸減弱。并且焊接技術、工藝與國外還存在較大差距，故國產焊接機器人在國內各大車企焊裝車間白車身的生產中幾乎所有的裝備都是從國外引進，國產機器人未能打開市場。

2）國產機器人無論是控制系統的集成度、可靠性還是人機互動等方面，與歐美公司相比仍存在不足之處。國外經過幾十年的發展，焊接機器人及配套產業已發展成熟，實現互相促進發展的局面，并且經歷了30多年的應用歷程，在生產中積累大量的經驗，通過收集實際生產數據，為焊接機器人的進一步發展優化奠定數據基礎。而我國焊接機器人硬件與軟件均處于初步發展階段，實際生產應用較少，相應的使用經驗與數據不足，故焊接機器人的發展緩慢。

3）國內焊接機器人生產及配套廠家多處于起步階段，需要國家政策和資金的扶持。焊接機器人是機電一體化的綜合性產品，單靠個別企業推動發展遠遠不夠，需要國家對機器人生產企業進行統籌規劃，制定機器人企業的發展側重點，使機器人的發展能夠滿足我國產業升級需求。同時，國家應對于使用國產機器人的企業給予稅收優惠，從而促進機器人產業的發展。

3 焊接機器人故障分析

焊接機器人常見故障類型分為機器人系統故障和焊接系統故障[4]。機器人系統故障主要是機器人控制系統不完善造成的問題，如系統停機死機的現象，機器人路徑程序不合理，從而使得內部線路磨損嚴重；焊接系統故障主要是焊接系統與輔助系統的常見問題，如點焊機器人電極帽磨損及不對中、輔助循環水冷卻系統濾網堵塞等。

3.1 焊接機器人系統的常見問題

1）由于焊接機器人工作環境惡劣，伺服電機與解碼器通信存在被干擾等問題，導致焊接機器人零點易丟失，需要重新標定零點。

2）焊接機器人由于工作條件復雜，存在多品種、小批量的生產情況，故為滿足生產要求不可避免地會出現路徑設置不合理的現象，導致焊接機器人部分線路磨損嚴重。

3）焊接機器人控制柜存在大量電氣元件，實際生產過程中會頻繁調試，進而導致電流不穩定，損壞控制柜電氣元件[5]。

3.2 焊接及輔助系統[6]的常見問題

1）上下電極對工件施加壓力并通以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱將工件加熱至熔化或塑性狀態，以達到焊接目的。但焊接過程電極帽因壓力、電流等因素，導致磨損較為嚴重，而且電極帽極易沾到焊接件上的油漆、灰等雜質，導致接觸不良，電流無法導通，從而出現缺失電流的現象。

2）電極帽因工作環境惡劣需頻繁更換，部分工作人員未按規程更換，極易造成上電極與下電極位置偏移，進而使得上下電極無法對中，影響焊接質量。

3）焊接輔助系統中，水循環冷卻輔助系統進行焊接部件的冷卻，循環過程中極易攜帶雜質，從而造成濾網堵塞。

4 焊接機器人操作規程

焊接機器人操作規范性要求較高，規范操作可減少故障率，有助于個人與生產安全，故操作規程對于焊接機器人的應用具有重要意義，是有效保障生產效率及焊接質量的重要制度。除了規范操作流程外，還可以降低人員技術要求，有助于新員工培訓。

4.1 勞保用品穿戴及作用

1）安全帽：防止高處零部件掉落造成傷害；防止機械部件沖擊的傷害；防止污染毛發造成的傷害。

2）勞保鞋：可以有效防止人員觸電事故；可以防止腳部意外傷害。

3）焊工面罩、防塵口罩：防止或減少空氣中煙塵、粉塵通過呼吸進入人體，從而保護生命安全的個體勞保用品。

4）焊工手套、焊工圍裙：電焊手套可以防護電焊時飛濺的火花，以免燙傷手，還可以防護電焊產生的電弧光對身體的輻射傷害。

5）其他勞保用品（護目鏡、防護耳罩等）：護目鏡減弱光強和改變光譜，避免輻射光對眼部造成傷害；防護耳罩減少噪聲對人體的影響[7]。

4.2 焊接機器人操作與維護作業要求

4.2.1 作業前要求

1）正確穿戴勞保物品，并確認勞保物品是否完好，禁止穿戴存在安全缺陷的勞保物品；2）檢查焊接機器人系統各指標是否完好，急停開關是否正常，必須符合車間安全要求，存在安全缺陷的禁止使用；3）檢查焊接機器人焊槍是否能夠正常使用，輔助系統有無水、氣泄漏現象，及時清理作業現場的易燃、易爆物品；4）保養、維修人員進入自動線體必須掛安全鎖、警示標志，防止他人誤操作導致安全事故。

4.2.2 作業中要求

1）焊接機器人自動線體正常自動運行時，PLC必須處于自動狀態，機器人必須是主程序運行；2）檢查PLC給機器人輸入/輸出信號后，在控制柜用鑰匙打開自動模式，再給機器人上電，最后按下示教器運行按鈕[8]；3）焊接機器人處于手動狀態時，必須由專業人員用示教器操作；4）禁止亂按控制柜和示教器上的按鈕，非工作人員禁止在未經允許的情況下，對控制柜和示教器進行操作；5）在進入機器人工作區域內進行檢查和操作時，必須有兩人以上，一人注意觀察，防止意外事故的發生，如遇突發事件應及時按下急停開關；6）操作者、維修人員必須經過嚴格的機器人技術培訓后方能上崗，使用、維護及保養均配備專職人員；7）操作過程中，一旦發生意外情況需及時按下示教器或控制柜上的急停按鈕，操作人員應及時上報，申請維修人員處理，禁止違規操作；8）非專職人員不得隨意拆卸零件，專職人員不得在未經允許的情況下私自修改機器人程序；9）操作人員在生產任務完成后應及時對焊槍、設備外表面、清腔區域及機器人工作區域的衛生進行清掃和擦拭；10）維修人員應定期對電源線、信號線、水過濾器及修模器刀具等進行點檢，并對機器人控制箱濾網等設備進行保養；11）工作結束后機器人應在原位狀態，只關閉焊接電源，不關閉機器人控制電源，防止數據丟失；12）機器人控制柜內部，在切斷主電源開關后還有來自外部的電源，檢修時要切斷相關電源。

4.2.3 作業后要求

1）機器人運行到原點位置，并讓機器人主機處于下電狀態；2）保養擦拭機器人。

4.3 應急處理措施

1）觸電急救：首先，使觸電者脫離電源，再判斷傷情狀況。若神志清晰，則將傷者送至通風處靜臥；若窒息或昏迷，立即同時使用心肺復蘇法，再緊急送醫救治。

2）火災急救：立即停止作業，向班組長或專職安全員報告，組織義務消防員撲救，如火勢無法控制，立即上報，組織人員撤離。

3）人身傷害事故：立即停止作業，按下急停開關，關閉設備電源，報告班組長或專職安全員。如出血則先止血再包扎，如骨折則先固定再搬運，情況緊急時立即送醫就診。

5 焊接機器人維護規程

焊接機器人工作環境惡劣，且工況復雜，故障相對較多。維護規程對于減少焊機機器人的故障率、保證其正常使用具有重要作用，且可延長設備的使用壽命，可規范化、簡單化及制度化地指導員工維護設備，還可以降低人員培訓及設備維護成本，故焊接機器人維護規程對于企業非常重要。

5.1 日維護要求

1）CO2焊接氣體流量是否存在異常狀態；

2）焊槍安全保護系統是否完好；

3）焊接機器人系統參數是否正確。

5.2 周維護要求

1）擦洗機器人各軸，檢查主程序各示教點的準確度；

2）檢查機器人各軸零點是否存在丟失；

3）清理焊接機器人輔助冷卻水循環系統過濾網；

4）檢查焊接機器人壓縮空氣進氣口處的過濾網是否積灰；

5）清理焊接機器人電機帽處雜質及灰塵，防止點焊工作時缺失電流；

6）確認焊接機器人路徑是否存在不合理之處，檢查軟管及線路有無破損及斷裂；

7）檢查焊槍安全保護系統以及外部急停按鈕是否正常。

5.3 月維護要求

1）定期潤滑機器人各軸，保證機器人良好的工況；

2）檢查并給變位機和軌道上的紅色加油嘴加黃油，藍色加油嘴加灰色的導電脂；

3）清理清槍裝置，檢查修磨器的刀片是否正常，如有問題及時更換；

4）用壓縮空氣清理控制柜及焊接機器人易積灰的部件，保證系統正常運行。

6 結論

焊接機器人的發展與應用，不僅保障了企業的產品質量和經濟效益，而且有力地推進了我國的產業升級。焊接機器人操作與維護規程隨其推廣應用越來越重要，制度化的管理能夠有效保障產品高品質和生產高效率，但焊接機器人相關應用理念和日常維護等方面仍存在不足之處，配套企業力量也相對較為薄弱[9]。故優化焊接機器人操作與維護規程極具現實意義，有助于嚴格操作規范，減少人為因素導致的故障，提高清潔度，降低故障率，保障焊接信息的及時反饋，實現全程焊接跟蹤管理，對企業焊接機器人管理具有指導意義，促進企業制度化生產，使社會、企業與個人三方均從中受益。隨著焊接機器人的發展，其操作與維護規程也應遵循理論指導實踐、實踐促進理論的理念，不斷完善優化，從而體現焊接機器人的應用價值，為社會發展貢獻力量。