机器人弧焊系统

1.气体保护焊

电弧熔化焊接简称弧焊（Arc Welding），是目前金属熔焊中使用最普遍的方法，它属于熔焊的范畴；弧焊的方法主要有TIG焊、MIG焊、MAG焊、CO2焊等多种。

熔焊是通过加热，使工件（Parent metal，又称母材）、焊件（Weld metal）以及焊丝、焊条等熔填物局部熔化、形成熔池（Weld pool），冷却凝固后接合为一体的焊接方法。

无论采用何种方法加热，熔焊加工都需要形成高温熔池。由于大气存在氧、氮、水蒸气，高温熔池如果与大气直接接触，金属或合金元素就会被氧化或产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，因此，通常需要用图所示的方法，通过焊枪的导电嘴将氩、氦气、二氧化碳或其混合气体连续喷到焊接区来隔绝大气、保护熔池，这种焊接方式称为气体保护电弧焊。

弧焊需要通过电极和焊接件间的电弧来产生高温、熔化金属，如弧焊使用焊丝、焊条等熔填物，熔填物既可如图a所示直接作为电极熔化；也可如图b所示由熔点极高的电极（一般为钨）加热后，随同工件、焊接件一起熔化。

2.机器人弧焊系统

用于电弧熔焊作业的机器人简称弧焊机器人，单机器人弧焊系统的组成如图所示，

它由机器人基本部件、焊枪（工具）和焊接设备、系统附件等组成。在自动化程度较高的系统中，有时还需要配备焊枪清洗装置、焊枪自动交换装置等系统附件，以及防护罩、警示灯等其他安全保护装置，以构成安全运行的弧焊工作站。

① 机器人。弧焊机器人本体一般采用6轴或7轴垂直串联结构，弧焊作业的工具为焊枪，其体积、重量均较小，对机器人的承载能力要求不高；因此，通常以承载能力3～20kg、作业半径1～2m的中小规格机器人为主。

弧焊机器人需要进行焊缝的连续焊接作业，机器人需要具备直线、圆弧等连续轨迹的控制能力，对控制系统的插补性能、速度平稳性和定位精度的要求均较高；此外，还需要进行特殊的引弧、熄弧、送丝、退丝、剪丝等控制和焊接电流、电压等模拟量的自动调节，因此，控制系统通常需要配套专门的弧焊控制模块。

② 焊枪和焊接设备。弧焊机器人的作业工具通常为图所示的焊枪。

如果焊枪及气管、电缆、焊丝通过支架安装在机器人的手腕上，气管、电缆、焊丝从手腕、手臂外部引入，这种焊枪称为外置焊枪；如果焊枪直接安装在手腕上，气管、电缆、焊丝从机器人手腕、手臂内部引入，这种焊枪称为内置焊枪。外置焊枪、内置焊枪的质量均较轻，因此，弧焊对机器人的承载能力的要求并不高，绝大多数中小规格的机器人都可满足弧焊机器人的承载要求。

焊接设备是焊接作业的基本部件，主要有焊机、保护气体、送丝机构等。弧焊机是用于焊接电压、焊接电流、焊接时间等焊接工艺参数自动控制与调整的电源设备；以焊丝作为填充料的弧焊，在焊接过程中焊丝将不断被熔化、填充到熔池中，因此，需要有焊丝盘、送丝机构来保证焊丝的连续输送；此外，还需要通过气瓶、气管向导电嘴连续提供保护气体。

③ 系统附件。弧焊系统常用的附件有变位器、焊枪清洗装置、焊枪自动交换装置等。

变位器可用来安装工件，实现工件的移动、回转、摆动或自动交换功能，提高系统的作业效率和自动化程度。

焊枪清洗装置和焊枪自动交换装置是高效、自动化弧焊作业生产线或工作站常用的配套附件。焊枪经过长时间的焊接，必然会导致电极磨损、导电嘴焊渣残留等问题，从而影响焊接质量和作业效率；因此，在自动化焊接工作站或生产线上，一般都需要通过焊枪自动清洗装置对焊枪定期进行导电嘴清洗、防溅喷涂、剪丝等调整，以保证气体畅通、减少残渣附着、保证焊丝干伸长度不变。焊枪自动交换装置可用来实现焊枪的自动更换，以改变焊接工艺，提高机器人的作业柔性和作业效率。

2　应用程序设计要求

1.焊接动作

作为简单示例，以下将介绍利用ABB IRB 2600工业机器人完成图8.2-4所示焊接作业的RAPID应用程序设计实例。

图8.2-4所示焊接系统要求机器人能够按图8.2-4所示的轨迹移动，并利用MIG焊接，完成工件P3～P5点的直线焊缝焊接作业。工件焊接完成后，需要输出工件变位器回转信号，通过变位器的180°回转，进行工位A、B的工件交换；并由操作者在B工位完成工件的装卸作业；然后，重复机器人运动和焊接动作，实现机器人的连续焊接作业。

如果在焊接完成后，B工位完成工件的装卸作业尚未完成，则中断程序执行，输出工件安装指示灯，提示操作者装卸工件；操作者完成工件装卸后，可通过应答按钮输入安装完成信号，程序继续。

如果自动循环开始时工件变位器不在工作位置，或者，A、B的工件交换信号输出后，变位器在30s内尚未回转到位，则利用错误处理程序，在示教器上显示相应的系统出错信息，并退出程序循环。

焊接系统对机器人及辅助部件的动作要求见表8.2-1。

2.DI/DO信号

假设图8.2-4所示焊接作业的机器人系统，其作业所需的DI/DO信号连接及通过系统连接配置所定义的DI/DO信号、AO信号名称（RAPID程序数据名称）见表8.2-2，表中不包括系统急停、伺服启动、程序启动/暂停等基本控制信号，以及通过ABB弧焊机器人I/O配置文件（I/O Signals Configuration）中设定的DI/DO、AI/AO信号

3.弧焊特殊指令与程序数据

弧焊系统需要进行特殊的引弧、熄弧、送丝、退丝、剪丝等控制和焊接电流、电压等模拟量的自动调节，因此，不仅控制系统通常需要配套专门的弧焊控制模块；而且还有表8.2-3所示的RAPID弧焊控制专用指令和程序数据，简要说明如下。

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