焊接自動化和焊接機器人在日本的應用

  焊接自動化和焊接機器人能提供穩定的焊接質量,減輕工人的勞動強度,提高生產率,降低成本,是若干年來人類千方面計追求的目標。日本早在70年代就已將點焊機器人引進生產線,而弧焊機器人由于其復雜性,在生產的應用要比前者晚得的多。但到80年代,日本弧焊機器人的使用開始有了顯著增加。目前,點焊機器人仍主要用在汽車行業,而弧焊機器人已在各工業領域獲得了廣泛的應用。弧焊機器人的應用已遍及汽車,船舶,鐵路車輛,鍋爐容器,金屬制品,建筑機械,家用電器等行業,對降低成本,提高質量起到了重大的個別時作用。下面是日本在焊接自動化和焊接機器人開發應用方面所取得的一些自動化和焊接機器人開發應用方面所取得的一些新技術成果。

  1、減少飛濺的新型CO2焊接電源

  在自動化MAG焊接(熔化電極氣體保護電弧焊)中,減少飛濺以使焊接過程能長時間連續進行是很重要的。為此,日本神戶鋼鐵公司已開發出一種新型的CO2焊接電源(SP500)。這種電源主要是由脈沖調制的逆變器組成,用于與弧焊機器人連接。這種電源能在電弧重新引弧之前或短路過渡之前通過探測而在飛濺出現一瞬間控制電流波形,減小電流,抑制飛濺,短路過渡期間的電流和電弧燃燒過程的電壓均可獨立調節,以獲得合適的波形。因此這種電源在短路持續時間具有恒定不變的電流特性,抑制飛濺的作用十分明顯,特別是大尺寸(大于28網眼)的飛濺大約可減少到常規電源的1/5。

  這種電源還具有很高的引弧可靠性,這對高效高速的短接頭機器人焊接是很重要的。為了能在焊接開始進迅速引燃電弧,電流上升率可達到將近3000A/ms,在幾毫秒之內即能建立起穩定的電弧。在焊接結束時,電源能自動調節電流,把焊絲端部的殘余熔滴尺寸減小到最小的最低限度。這種新型電源已成功地用于汽車,鍋爐容器以及其他工業領域。

  2、自動化TIG焊的新型引弧方法

  TIG焊(鎢極惰性氣體保護電弧焊)中通常的引弧方法是接觸引弧或高頻電壓引弧。然后這些引弧方法對弧焊接機器人系統來說都存在一些問題。前者可能在焊縫起始處產生缺陷并增加電極磨損,后者產生高頻電磁噪聲,會干擾控制計算機的運行,導致機器人突然難以預料的運動,甚至觸發其它設備。

  為了解決這些問題,日本鋼鐵協會已研制成功一種新型TIG引弧方法。其引弧原理是:在主鎢極的一側安裝一個小功率等于離子焰流(引燃等離子)發生器,其體積很小(直徑10mm,長度10mm),用氬氣作為等離子氣體。當電源接通進,等離子焰流即在鎢極一側噴出,并在約20ms之內,在鎢極端部和工件之間建立起工作電弧。與接觸引弧法盯比較,這種引弧方法幾乎沒有電磁噪聲,減小了電極磨損,有利于電弧穩定和減小出現缺陷的可能。

  a.主電極

  b.噴咀

  c.引燃等離子發生器

  d.連接導線

  e.工件

  3、多焊道機器人焊接系統

  具有自適應控制多焊道自動化對接焊系統已由日本神鋼公司研制成功,用于固定式或移動式機器人配套使用。在這種系統中焊縫跟蹤,橫擺寬度控制以及焊道高度控制都是自動進行的。在具有恒定弧長控制的橫向擺動中,焊炬在坡口里的返回點是由焊炬高度到過某個恒定預置值決定的。探測的橫擺寬度值用于控制焊速,以使焊縫高度保持恒定。

  該系統已成功地用于建筑鋼骨架,橋梁結構,車輛,船舶制造等行業。

  4、管道自動化高速MAG焊接方法

  管道安裝自動化焊接通常采用TIG,因為這種方法比較容易獲得均勻的完全焊透的焊縫。但TIG焊的速度慢,效率低。為了得到高的焊速,日本住友公司開發出一種全自動MAG焊接方法。該系統已成功用于隧道內的管道焊接以及地下輸氣管道的焊接。焊接時間短,成本低。

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