机器人点焊自动化I和机器人点焊过程

焊接与切割

在汽车的生产过程中，点焊是重要的过程。目前，生产中的镀锌板燃料汽车车体有2000多个焊接点，有些车型甚至有5,000多个焊接点。

点焊是一种高速，经济的连接方法，适用于制造可压花和压延的薄板部件。接头不需要气密，厚度小于3mm。

点焊是在接头处的焊件接触面上焊接单个点。

点焊要求金属具有良好的可塑性。

1.点焊的基本知识

点焊通常分为两类：双面点焊和单面点焊。

在双面点焊中，焊条从工件的两侧进行焊接。当工件的两侧都有电极凹痕时，典型的双面点焊方法是最常用的方法。具有较大焊接面积的导电板用作下电极，可以消除或减少下面工件的压痕。

常用于装饰面板的点焊。使用变压器并联连接电极，并在两侧进行两个或多个点焊。此时，所有电流路径的阻抗必须基本相等，并且电极的每个焊接部分的表面条件，材料厚度和压力必须相同，以确保通过每个焊接点的电流基本相同。使用带有多个变压器的双面多点焊接。

点焊通常使用搭接接头和法兰接头。接头可以由两个或更多个厚度相同或不相等的工件组成。

在设计点焊结构时，必须考虑电极的可及性，即，电极必须能够轻松到达工件的焊接部位。同时，还应考虑余量，重叠，点间距，装配间隙和焊点强度等因素。

余量的最小值取决于待焊接金属的类型，厚度和焊接条件。对于屈服强度高，零件薄或条件强的金属，可以使用较小的值。

点距离是两个相邻点之间的中心距离，其最小值与焊缝金属的厚度，电导率，表面清洁度和熔核直径有关。

最小点间距主要是考虑分流的影响。当在强条件下和大电极压力下使用时，可以适当减小点间距。当使用热膨胀监测器或可以顺序改变每个点电流的控制器，以及可以有效补偿分流效应的其他设备时，点距离可以不受限制。

组装间隙必须尽可能小，因为通过压力消除间隙会消耗一部分电极压力并降低实际焊接压力。间隙的不均匀会导致焊接压力波动，从而导致每个焊接点强度的显着差异。间隙过大也会导致严重飞溅。允许的间隙值取决于工件的刚度和厚度。刚性和厚度越大，允许的间隙越小，通常为0.1-2mm。

单个焊点的剪切强度取决于两块板交界处的熔核面积。为了确保接头的强度，除了熔核直径之外，穿透率和压痕深度也应满足要求。渗透率的表达式为：η= h /δ-c×100％。两个板的渗透率仅允许在20-80％之间。

镁合金的最大磁导率仅允许达到60％。允许钛合金达到90％。当焊接不同厚度的工件时，每个工件的最小熔深可以是接缝薄部分厚度的20％，压痕深度不应超过板厚度的15％（如果两个工件更大，比2：1，或者在难以接近的零件上焊接并在工件侧面使用平头电极时，压痕深度可以增加到20-25％。

当在垂直于面板的方向上承受拉伸载荷时，点焊接头的强度为正拉伸强度。由于围绕熔核的两块板之间形成的锐角会引起应力集中，从而降低熔核的实际强度，因此通常不会以这种方式加载点焊接头。通常，将正拉伸强度与剪切强度之比用作确定接头延性的指标。比例越大，关节的延展性越好。

由多个焊点形成的接头的强度还取决于焊点的间距和分布。当间距较小时，接缝将因分流而影响其强度，而较大的间距将限制可放置的焊点数量。因此，有必要考虑点间距和焊点数量以获得最大的焊点强度。多排焊点最好是交错的而不是矩形的。

焊接可以确保需要强度的地方的焊接间隔更近，但是考虑到电焊可能会分流，应考虑焊接点的弱焊接，因此应尽可能靠近并合理布置焊接位置点可以获得更好的焊接效果。一般来说，三层焊点之间的距离略长于两层焊点之间的距离。

焊点的应用原理一般不大于5mm，焊接板的厚度比不大于1：3。如果超过此值，则焊接点不在焊接点的中心，可能甚至可以通过薄板焊接。最厚和最薄三层焊接的原理不能超过1：3：

应根据连接强度是否符合要求确定焊点数量。过大和过密的焊点只会增加焊接成本。同时，由于增加的焊接分流，降低了焊接强度。

焊点的位置是工艺和产品设计协调的结果。重要的焊点位置应根据CAE计算结果进行设置。下表显示了不同材料厚度的焊点的剪切强度要求：

焊接时，首先清洁焊件表面，然后组装焊板，在两个圆柱形铜电极之间按压，施加压力P压缩，当有足够大的电流通过时，板上的触点会产生很大的电阻。在热中心最热区域产生的金属会迅速加热到高可塑性或熔融状态，形成双凸透镜状液态熔池。继续保持压力P，断开电流，金属冷却后，形成焊点。镀锌钢板大致分为电镀锌钢板和热浸镀锌钢板。前者比后者薄。

对于镀锌钢的点焊电极，建议使用两种类型的电极合金。当点焊的外观要求很高时，可以使用1级合金。建议使用锥角为120-140度的锥形电极形状。

使用焊钳时，建议使用尖端半径为25-50 mm的球形电极。为了提高电极的使用寿命，还可以使用嵌入有钨电极头的复合电极，并且由2型电极合金制成的电极体可以增强钨电极头的散热。

通常，基于工件的材料和厚度并参考材料的焊接条件表进行选择。首先，确定电极端面的形状和尺寸。其次，预先选择电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流以焊接不同电流的样品。在检查熔核的直径是否满足要求之后，在适当的范围内调整电极压力，焊接时间和电流，并进行样品焊接和检查，直到焊接点的质量完全满足技术条件中指定的要求。

测试样品最常用的方法是撕裂法。高质量焊点的标记是：一个撕裂的样品上有一个圆孔，另一个样品上有一个圆形凸台。厚板或淬火材料有时无法撕破圆孔和凸台，但可通过剪切断裂来判断熔核的直径。必要时，还需要进行低功率测量，拉伸试验和X射线检查，以确定渗透率，剪切强度以及是否存在收缩孔和裂缝。当基于样品选择工艺参数时，必须充分考虑并适当调整样品和分流器中工件之间的差异，铁磁物质的影响以及装配间隙。

焊点直径是通过将长轴的测量值加上垂直于长轴的测量值除以2得到的，d =（a + b）/ 2

铝合金点焊

铝合金被广泛使用，并分为冷作强化和热处理强化。铝合金点焊的可焊性较差，尤其是经热处理强化的铝合金。采取的原因和技术措施如下：

（1）较高的电导率和较高的导热率必须使用较大的电流和较短的时间来获得足够的热量以形成块状；并且可以减少表面过热，避免电极粘附和电极铜与纯铝接触。涂层扩散并降低了接头的耐腐蚀性。

（2）塑料温度范围窄，线膨胀系数大。必须使用较大的电极压力，并且电极顺应性好，这样可以避免在熔核凝固时因过度的内部拉应力而导致的裂纹。对于具有大的开裂趋势的LF6，LY12，LC4等铝合金，还必须采用提高锻造压力的方法，以使熔核固化足够的塑性变形并降低拉应力以避免开裂。当弯曲电极难以承受较大的固定锻造压力时，也可以使用在焊接脉冲后添加缓慢冷却脉冲的方法来避免裂纹。两种方法可用于大厚度铝合金。

（3）氧化膜容易在表面形成，焊接前必须严格清理，否则容易引起熔核飞溅和不良形成（撕裂时，熔核形状不规则，有凹凸和孔洞）。不圆），使焊接点的强度降低。清洁不均匀会导致焊点强度不稳定。

由于以上原因，点焊铝合金应使用具有以下特征的焊接机：

1）可以在短时间内提供大电流

2）电流波形最好具有缓慢上升和缓慢下降的特性

3）工艺参数可以不受电网电压波动的影响而精确控制

4）提供化合价和鞍形电极压力

5）机头的惯性和摩擦小，电极顺畅。

目前，我国使用的大多数300-600KVA直流脉冲，三相低频二次整流焊机都具有上述特点。也有单相交流焊接机，但仅适用于不重要的工件。

点焊铝合金的电极应采用具有球形端面的1型电极合金，以利于熔核的凝固和散热。

由于大电流密度和氧化膜的存在，在铝合金的点焊过程中容易引起电极粘附。电极粘附力不仅影响外观质量，而且由于电流的减少而降低了接头的强度。因此，必须经常修整电极。依次修整电极后，可焊接工件的数量与焊接条件，待焊接金属的类型，清洁状态，是否存在电流波形调制，电极材料及其冷却以及其他因素有关。 。通常，纯铝的点焊为5-10点，LF6和LY12的点焊为25-30点。

铝LF21具有低强度，良好的延展性，良好的焊接性和无裂纹，通常是固定的电极压力。硬脑膜胶（如LY11，LY12），超级硬脑膜胶（如LC4，LC5）强度高，延展性差，容易开裂。必须使用价格曲线上的压力。但是，对于较薄的零件，在较大的焊接压力或缓慢的冷却脉冲下进行双脉冲加热时，不可避免会出现裂纹。

当使用化合价时，重要的是锻压滞后于停电时刻（通常为0至2周）。如果锻压过早（在停电之前）增加，则等同于增加焊接压力，这会影响加热并导致焊点的强度和波动。如果锻造压力添加得太晚，则在熔核冷却和结晶时会形成裂纹，并且锻造压力无效。有时必须在停电前施加锻造压力。这是因为电磁阀延迟或气路不畅，导致锻造压力缓慢上升。如果不提前使用，则不足以防止破裂。

2.点焊机器人系统

（1）机器人机身

（2）伺服/气动点焊钳

（3）电极磨刀器

（4）管道包装

（5）焊钳控制电缆

（6）水和空气单元

（7）焊钳冷水管

（8）焊钳回流管

（9）点焊控制器冷水管（无需风冷）

（10）冷却器

（11）点焊控制器

（12）机器人变压器

（13）焊接电缆

（14）机器人控制器

（15）焊接控制器通讯电缆

（16）（17）（18）机器人电缆

（19）伺服编码器电缆

（20）机器人示教器

（21）冷却水开关

（22）电源

根据白车身点焊焊钳负载和臂展的统计，一般要求所选机器人的负载在180KG以上，臂展在2.5M以上才能满足大多数要求。点焊。站。如果有枪头更换器或内置管道套件，则负载将相应增加20KG。

焊接控制器分为工频和中频两种，焊接控制器具有以下功能：

1.通过一次和两次闭环实现精确的电流控制。控制精度超过同类产品，可以有效避免虚焊，焊点熔深等缺陷。

2.焊点计数功能可有效防止焊接遗漏，并可自动进行焊条修复和焊条寿命维护，确保焊点直径。

3.独立监视焊接熔核的增长，并独立补偿实际焊接熔核和所需焊接熔核的变化。

4.确保每个焊接点的直径。

5.自动补偿焊接干扰。

6.在焊接过程中，焊接时间和电流将自适应地变化。

7.在线存储测量数据和曲线。

中频焊接控制器变压器更小，更轻，可以提供连续的高能量，并且电流调节更快，更准确。适用于：镀锌板，高强度钢板，铝合金板，三层板焊接和大喉管焊接钳。

它具有紧凑的脉冲形式，无感应损耗，不到1毫秒的调节时间，无电流峰值和无额外的冷却时间，从而提供了更高的能量并降低了电极的热量和机械压力。与工频电极相比，中频寿命提高了30-50％，节能20-32％。

另外，中频焊接控制器具有以下特点：焊接参数的精确调节（动态调节和自适应调节）；没有材料过热（飞溅少）。

点焊钳：用于按压焊接的工件（板）。机器人使用的焊钳通常将变压器和焊钳安装在一起以形成一个整体，称为“整体焊钳”。在实际应用中，有必要根据点焊位置的特殊性设计焊钳的主体。只有这样，焊钳才能到达焊点的位置。

机械手点焊钳必须与点焊工件所需的焊接规格兼容。基本原则是：

1.根据工件的材料和板厚，确定焊接电极的最大短路电流和最大按压力；

2.根据工件的形状和焊点在工件上的位置，确定焊钳主体的喉深，喉宽，电极握力，最大行程，工作行程等；

3.根据工件上所有焊接点的分布，确定选择哪种焊钳。通常有四个焊钳：C型单行程焊钳，C型双行程焊钳，X型单行程焊钳，X型双行程焊钳；

4.满足以上条件时，请尽量减少焊钳的重量。

与气动焊钳相比，伺服焊钳的优点：

1.机器人和焊钳的协调运动大大提高了生产周期

2.焊接过程中压力和热量同时增加，以确保更可靠的焊点质量

3.扩展过程控制

4.加强诊断监测

5.简化焊钳的设计并增加灵活性

6.降低维护率并增加运行时间

7.降低生产成本（耗气量，备件）

8.焊接循环后自动调节电极盖的零位

9.更换喷枪后，检查/调整焊接钳。断开伺服控制设备的连接后，卸下伺服控制臂以校正焊钳的零位。

生产周期时间的减少反映在：

1.最小化焊点和障碍物之间的跳跃路径。

2.可以随意缩短焊条的开度，以减少关闭焊钳的时间。

3.发出焊接开始信号后，可以更快更好地控制压力。

4.发出焊接完成信号后，可以更快地打开焊钳。

5.更快地改变焊接压力。

6.减少电极更换和磨削时间。

7.更换喷枪，在电极抛光和更换后快速校准。

焊接质量的提高体现在：

1.轻触几乎不会影响产品

2.高精度反复加压

3.精确的焊接恒压控制

4.更稳定的电极管理和控制

增强的诊断和监控体现在：

1.压力监控，以防止过度的深凹痕和焊点裂纹

2.诊断电极盖并监测电极磨损

3.电极修整器的状况

4.多层板连接状态

5.换枪紧急停止后的位置诊断

简化焊钳的设计并提高灵活性：

1.增加焊接压力范围

2.不限制大开口和小开口，优化了焊接臂的位置

3.不同的工作站使用相同的焊钳设计以减少数量

4.电机的集成降低了焊钳的质量

5.灵活性高，可以在项目早期确定焊钳的设计

降低维护率和增加运行时间体现在：

1.更容易的错误跟踪

2.诊断和预防性维护

3.减少备件数量

4.消除余额问题

降低生产成本体现在：

1.空气消耗

2.电机盖消耗

3.电机杆消耗

4.维修费用

5.易于编程

伺服点焊平衡补偿技术

机械平衡

软件余额

焊接位置校正：允许编程误差+/- 3mm

松开固定焊接夹臂：松开固定焊接夹臂5mm

焊钳臂偏差补偿：可补偿焊钳臂偏差5mm

电极盖的测量和补偿：测量电极盖，可以补偿0-10mm金属板的位置+/- 1 mm

水和空气单位：

电极磨刀器：

通常，在点焊的生产中，流过电极的电流密度非常大，再加上同时作用的相对较大的按压力，电极很容易失去其原始形状，因此焊核的尺寸不能缩小好小。受控。同时，由于导电表面的氧化，电极的导电性降低，并且不能很好地保证点焊期间的电流值。为了消除这些不利因素对焊接质量的影响，有必要使用电极磨床定期磨削电极。

管道包装：

机器人管线套件主要用于连接机器人末端执行器（自动换刀装置，焊钳等），并开发了线束系统；

1.满足设备的应用功能

2.具有良好的使用寿命

3.尽量不要限制机器人的工作范围

4.易于安装和维护

以下是标准伺服点焊电缆包装的连接方法：

最后，我们分享了几个标准点焊工作站的布局，并观看了机器人点焊自动化的视频：