一種焊接機器人在玻璃退火窯傳動橫梁上的應用方案

張宏盛,俞澤田

(蚌埠凱盛工程技術有限公司,蚌埠 233010)

根據現階段公司自己的焊接設備和人員素質條件，我們公司已經完善了焊接件加工工藝，目前制定的焊接件的加工工藝已經很科學了。若想將焊接產品質量再進一步提升，那就要從焊接設備入手。從目前市場行情來看，引進自動化程度較高的焊接機器人設備，是進一步提升我們公司焊接產品質量最有效最直接的方法。

1 玻璃退火窯傳動橫梁簡介

輥道式退火窯主要用于平板玻璃退火，如浮法、平拉法生產的平板玻璃以及壓延玻璃、夾絲玻璃、裝飾玻璃的退火。輥道式退火窯的輥道兩側鋪設的玻璃退火窯傳動橫梁，其外形是一種類似于工字鋼結構的非標型零件[1]，用于支撐安裝輥道電機，具有一定的批量。如圖1所示，它是由兩塊上下板和一塊中間板拼接而成，需要將中間板分別與兩塊上下板進行焊接。

由于每條生產線數量多，每根橫梁焊接工作量及難度都很大，生產周期長，是公司生產過程急需提高制造效率的零件。

原來橫梁制造是傳統生產模式生產，手工焊接。

制作過程：第一步，按照橫梁三塊板尺寸下料；第二步，刨加工三塊板四邊，保證尺寸要求；第三步，三塊板組合，點焊固定，保證橫梁加工工藝尺寸要求；第四步，三塊板組焊，采用斷焊保證焊接強度和橫梁加工工藝尺寸；第五步，機加工，保證橫梁外形尺寸及相關安裝尺寸。

生產效率：其中第四步組焊效率為每班4根。

人工焊接時，為保證橫梁焊接后變形量減少，工人采用對稱焊接的辦法[2]。在一面焊接一道焊縫后，立即要用F夾翻轉橫梁，焊接另一面的對稱位置處。焊接一根橫梁，往往要翻轉4～5次，費時費力。而且，為保證效率，保證變形量，人工焊接也必須采用低電流低電壓的方式焊接，無法保證圖紙要求的焊縫高度。

同時人工焊接強度大，焊接環境復雜，對焊工身體危害大，產生焊接粉塵和氣體無法統一處理，焊接弧光也對周邊工作環境造成危害。

2 焊接機器人在玻璃退火窯傳動橫梁焊接上的應用

引進機器人焊接技術后，第四步組焊使用機器人焊接。焊接過程為：橫梁吊裝到焊接機器人的專用工裝上固定，按照規定的段焊長度和間距、焊接高度進行編程。兩臺焊接機器人采用對焊的方式焊接完橫梁的一邊后，橫梁翻身再次固定到焊接工裝上，按照已經編輯設定好的程序焊接另一邊。至此整個橫梁組焊完成。

1)設備方案

如圖2所示，該方案由兩臺焊接機器人，加裝的兩臺第七軸，和一個焊接工作臺組成。

2)操作流程

第1步：將玻璃退火窯傳動橫梁吊裝到焊接工作臺上，并安放到位；

第2步：同時啟動兩臺焊接機器人，開始焊接橫梁的下方兩側面；

第3步：吊運橫梁至安全點，翻轉180°，再次固定到焊接工作臺上；

第4步：再次同時啟動兩臺焊接機器人，開始焊接橫梁的另兩個側面；

第5步：焊接完成，將玻璃退火窯傳動橫梁吊運至堆放區，并碼放整齊。

3)焊接方案

為最大程度降低玻璃退火窯傳動橫梁的焊接應力變形[3]，減少報廢率，本次焊接采用如下焊接方式：

(1)焊接方式：兩臺焊接機器人對稱焊接，即兩臺焊接機器人同時對中間板對稱的左右兩側面進行焊接；

(2)焊接方法：焊接采用段焊的方法，即每次焊接一條焊道長度為150 mm后，空置留白100 mm，然后再焊接一條150 mm焊道，如此反復。如圖3所示，圖3中黑色線段為焊接焊道。

(3)焊接次序：如圖4所示分區域焊接，即將玻璃退火窯傳動橫梁待焊接區域分為三個區域，第一區域為橫梁的最前端(實際生產中為靠近焊接機器人的一段)，第二區域為橫梁的最后段(即遠離焊接機器人的一段)，第三區域為剩余中間的一段，焊接順序為第一區域→第二區域→第三區域，每個區域內包含4個焊道。

(4)焊接程序

基于焊接機器人為自動化焊接、程序化控制，對成批量焊接的玻璃退火窯傳動橫梁而言，只需對首根橫梁進行分區域找點示教即可。為確保安全和焊接效率，焊接機器人的動作流程如下：

a、停靠安全點

b、運行至第一焊接區域

c、焊槍進入至焊接起點

d、焊接

e、抬起焊槍

f、焊槍進入至焊接起點

g、焊接

h、抬起焊槍

……

i、運行至第二焊接區域

j、焊槍進入至焊接起點

k、焊接

l、抬起焊槍

……

m、運行至第三焊接區域

n、焊槍進入至焊接起點

o、焊接

p、抬起焊槍

……

q、運行至安全點

r、程序運行完畢，跳轉至程序第一行。

以焊接長度2 990 mm的玻璃退火窯傳動橫梁為例,部分運行程序段如下：

1 PTP(home,,or 100)

2 PTP(ap11)

3 Lin(cp13)

4 Arc Set(230.0,-1.0)

5 Arc ON( )

6 Arc Lin(cp14,d4,or 100)

7 Arc OFF,.,600,TRUE)

8 Lin(cp15，or 100)

9 Lin(cp16)

10 Arc Set(230.o，-1.0)

11 Arc ON( )

12 Arc lin(cp17,d4,or 10O)

13 Arc OFF..,600,TRUE)

……

79 Lin(cp49,,or 100)

80 PTP(home,,or 100)

在該程序中，焊接電流設置為220 A，電壓為24 V，焊接速度為4 mm/s，則焊完一道焊縫(150 mm)需要：t1=150 mm÷4 mm/s=37.5 s。

以焊接長度2 990 mm的玻璃退火窯傳動橫梁為例，完全焊完整根橫梁共計有24道焊縫，加上焊接機器人本身抬槍空運行時間，以及吊裝、翻轉橫梁等輔助時間，計20 min，則焊接一根玻璃退火窯傳動橫梁總工時為：T=t1×24+20 min=37.5 s×24+20 min≈30 min。

則一個班次(以8 h計)，可焊接約16根玻璃退火窯傳動橫梁。

3 對比傳統焊接技術，本應用的創新點

玻璃退火窯傳動橫梁，為保證最大程度阻止工件變形，人工焊接采用先在一邊焊一固定長度段，再在相對應的另一邊焊同樣長度一段。焊幾段后，再將橫梁翻轉180°，進行另一面的焊接。如此反復，直到將橫梁上下兩頂板滿焊在中間立板上為止。其工時為4根/班，一班按8 h計算。采用焊接機器人后，可得到如下受益結果：

1)焊縫美觀、均勻，焊縫高度可控，且一致性較高。焊接機器人采用程序化控制，按照事先設定好的程序運作。在編程時，調整好焊機電壓與電流，同時注意調整好焊接速度，則焊接熔池都以勻速鋪開在焊縫中。

2)變形程度低，加工余量可控，降低后期橫梁校正時間，減少報廢率。采用兩臺機器人對焊，保證焊件兩邊受力、受熱對等，降低工件應力變形，為后續加工保證余量，同時也可減少工藝板材放量[4]。

3)效率高，工時費用低，每年可為公司減少工資支出15萬元/人。編制好程序后，則以后相同規格的工件都可采用這一程序進行焊接，工人操作時只需按啟動鍵即可。以2 990 mm長橫梁計算，焊接完所用時間為30 min，則每班可焊接16根，為之前人工焊接的四倍。

4)生產安全，有利于車間職工身體安全。機器人可采用遠程控制，在工人將工件在工裝上安裝完畢后，后退至安全區域后再啟動焊接機器人。這樣有效避免身體受到焊接過程中產生的熱輻射和有害氣體，保證職工身體健康[5]。

新應用的技術參數具體有以下三點：(1)焊接速度：4 mm/s；(2)焊縫高度：8～10 mm；(3)焊后變形量：≤1 mm。

4 結 論

玻璃退火窯傳動橫梁是浮法玻璃生產線的重要零部件，批量大，焊接作業勞動強度強，使用該方案后，車間實行倒班制，機器24 h不停機運轉，最大化滿足生產進度需要。實行該應用方案后，提高了生產線自動化水平，降低了人工成本，具有重要的經濟價值，該應用方案自2019年開始先后在多個項目生產中投入使用，使得產線自動化程度得到進一步提升。