日本焊接自动化和焊接机器人发展动态光纤头

日本焊接自动化和焊接机器人发展动态

焊接自动化和焊接机器人能提供稳定的焊接质量，减轻工人的劳动强度，提高生产率，降低成本，是若干年来人类千方面计追求的目标。日本早在70年代就已将点焊机器人引进生产线，而弧焊机器人由于其复杂性，在生产的应用要比前者晚得的多。但到80年代，日本弧焊机器人的使用开始有了显著增加。目前，点焊机器人仍主要用在汽车行业，而弧焊机器人已在各工业领域获得了广泛的应用。1997年日本弧焊机器人产量已达9333台，点焊机器人的产量为8228台。特别是弧焊机器人的应用已遍及汽车，船舶，铁路车辆，锅炉容器，金属制品，建筑机械，家用电器等行业，对降低成本，提高质量起到了重大的个别时作用。本文简要介绍日本在焊接自动化和焊接机器人开发应用方面所取得的一些自动化和焊接机器人开发应用方面所取得的一些新技术成果。

1 减少飞溅的新型CO2焊接电源

在自动化MAG焊接(熔化电极气体保护电弧焊)中，减少飞溅以使焊接过程能长时间连续进行是很重要的。为此，日本神户钢铁公司已开发出一种新型的CO2焊接电源(SP500)。这种电源主要是由脉冲调制的逆变器组成，用于与弧焊机器人连接。这种电源能在电弧重新引弧之前或短路过渡之前通过探测而在飞溅出现一瞬间控制电流波形，减小电流，抑制飞溅，短路过渡期间的电流和电弧燃烧过程的电压均可独立调节，以获得合适的波形。因此这种电源在短路持续时间具有恒定不变的电流特性，抑制飞溅的作用十分明显，特别是大尺寸(大于28网眼)的飞溅大约可减少到常规电源的1/5。

这种电源还具有很高的引弧可靠性，这对高效高速的短接 头机器人焊接是很重要的。为了能在焊接开始进迅速引燃电弧，电流上升率可达到将近3000A/ms，在几毫秒之内即能建立起稳定的电弧。在焊接结束时，电源能自动调节电流，把焊丝端部的残余熔滴尺寸减小到最小的最低限度。这种新型电源已成功地用于汽车，锅炉容器以及其他工业领域。

2 自动化TIG焊的新型引弧方法

TIG焊(钨极惰性气体保护电弧焊)中通常的引弧方法是接触引弧或高频电压引弧。然后这些引弧方法对弧焊接机器人系统来说都存在一些问题。前者可能在焊缝起始处产生缺陷并增加电极磨损，后者产生高频电磁噪声，会干扰控制计算机的运行，导致机器人突然难以预料的运动，甚至触发其它设备。

为了解决这些问题，日本钢铁协会已研制成功一种新型TIG引弧方法。其引弧原理用图1说明：在主钨极的一侧安装一个小功率等于离子焰流(引燃等离子)发生器，其体积很小(直径10mm，长度10mm)，用氩气作为等离子气体。当电源接通进，等离子焰流即在钨极一侧喷出，并在约20ms之内，在钨极端部和工件之间建立起工作电弧。与接触引弧法盯比较，这种引弧方法几乎没有电磁噪声，减小了电极磨损，有利于电弧稳定和减小出现缺陷的可能。

1.主电极

2.喷咀

3.引燃等离子发生器

4.连接导线

5.工件

3 多焊道机器人焊接系统

具有自适应控制多焊道自动化对接焊系统已由日本神钢公司研制成功，用于固定式或移动式机器人配套使用。在这种系统中焊缝跟踪，横摆宽度控制以及焊道高度控制都是自动进行的。在具有恒定弧长控制的横向摆动中，焊炬在坡口里的返回点是由焊炬高度到过某个恒定预置值决定的。探测的横摆宽度值用于控制焊速，以使焊缝高度保持恒定。图2给出其原理说明。在根部宽度G0、焊缝高度h0、和敷面积A0的初始状态下，横摆宽度为W0、如果根部宽度从G0变到G，横摆宽度从W0变到W，假定坡口角度恒定不变，则

G-G0=W-W0 (1)

为了保持焊缝高度恒定，熔敷量应增加ΔA：

ΔA=(G-G0)h0=(W-W0)h0 (2)

最佳焊速V可根据下式计算：

V=Vf/((Vf/V0)+(W-W0)h0 )

式中Vf----焊丝送进速度，V0-----焊接初速度。

图2还给出了控制框图。该系统已成功地用于建筑钢骨架，桥梁结构，车辆，船舶制造等行业。

4 管道自动化高速MAG焊接方法

管道安装自动化焊接通常采用TIG，因为这种方法比较容易获得均匀的完全焊透的焊缝。但TIG焊的速度慢，效率低。为了得到高的焊速，日本住友公司开发出一种全自动MAG焊接方法。该系统已成功用于隧道内的管道焊接以及地下输气管道的焊接。焊接时间短，成本低。

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