什么是机器人焊接？- 工艺和应用

焊接是一种通过加热、混合、然后冷却材料和/或填料将两种材料熔合在一起以形成牢固连接的过程。从电弧焊到点焊，新的和使用过的焊接机器人通常用于焊接过程中，其中所需的焊接是重复的，质量和速度是至关重要的。机器人焊接是一种自动化流程，可提高效率、一致性和投资回报率。

什么是机器人焊接？

机器人焊接是使用机械化可编程工具（机器人），它通过执行焊接和处理零件来完全自动化焊接过程。气体保护金属电弧焊等工艺虽然通常是自动化的，但不一定等同于机器人焊接，因为有时人工操作员会准备要焊接的材料。

机器人焊接通常用于高产量应用中的电阻点焊和电弧焊，例如汽车行业。

机器人焊接是机器人技术相对较新的应用，尽管机器人在 1960 年代首次引入美国工业。直到 1980 年代汽车工业开始广泛使用机器人进行点焊时，机器人在焊接中的应用才开始兴起。

从那时起，工业中使用的机器人数量和应用数量都大幅增长。 2005 年，超过 120,000 台机器人在北美工业中使用，其中大约一半用于焊接。增长主要受限于高昂的设备成本以及由此产生的对高产量应用的限制。

机器人弧焊最近才开始迅速发展，已经占据了工业机器人应用的 20% 左右。弧焊机器人的主要部件是机械手或机械单元和控制器，是机器人的“大脑”。

机械手是使机器人运动的动力，这些系统的设计可以分为几种常见的类型，例如 SCARA 和笛卡尔坐标机器人，它们使用不同的坐标系来引导机器的手臂。

机器人可以焊接预先编程的位置，由机器视觉引导，或通过两种方法的组合。然而，事实证明，机器人焊接的诸多优势使其成为一项可帮助许多原始设备制造商提高准确性、可重复性和吞吐量的技术

签名图像处理技术自 1990 年代后期以来一直在开发，用于实时分析从自动化机器人焊接中收集的电气数据，从而优化焊缝。

机器人焊接设备

机器人焊接结合了焊接、机器人技术、传感器技术、控制系统和人工智能。组件包括具有特定编程的软件、将能量从焊接电源传递到工件的焊接设备以及使用该设备进行焊接的机器人。

机器人的过程传感器测量焊接过程的参数，其几何传感器测量焊缝的几何参数。控制系统通过获取和分析来自传感器的输入信息，根据程序中定义的焊接工艺规范调整机器人焊接工艺的输出。

根据预期用途，机器人可以是机械臂或机器人入口。通常使用由三轴下臂和三轴手腕组成的六轴工业机器人，因为它们可以将焊枪安装在手腕上，以实现三维焊接所需的所有位置。

系统需要与机器人集成，焊接设备需要与机器人焊接兼容，最好是专门为机器人焊接设计的，因为这样所有的过程都可以由机器人控制。

机器人焊接的工作原理 ?

在将机器人用于任何过程时，该方法需要修改以适应自动化。焊接也是如此，它使用了几种手动等效工具中没有的工具。人们不需要像机器人焊工那样编程。

机器人本身有一个手臂，可以在三个维度上移动，用于直线型和通过更多平面的铰接版本。送丝机将填充焊丝发送到机器人，因为它需要它进行焊接工作。手臂末端的高温焊枪熔化金属以实现焊接过程。由于温度高达数千度，因此使用机器人进行此过程可以使人们更安全。

经过认证的人类操作员仍然需要靠近机器人。这些工人应持有美国焊接协会 AWS 的认证，该协会不仅认证手动焊工，还认证机器人焊接臂操作员。操作员使用示教器对控制器进行编程。该设备设置新程序、移动手臂并更改过程参数。开始焊接时，操作者使用操作箱上的按钮。

机械臂中的工具加热以熔化金属以连接所需的部件。根据需要，送丝机将更多的金属丝输送到手臂和割炬。在等待下一个零件焊接时，手臂将焊枪移至清洁器以清除手臂上的任何金属飞溅物，如果没有此过程，这些金属飞溅物可能会凝固。

由于拥有机器人焊工的主要原因之一是保护人类工人，因此这些自动化系统具有多种安全功能。电弧屏蔽可防止高温电弧与氧气混合。封闭区域可保护操作员免受高温和强光的影响。

机器人焊接的好处

使用焊接机器人实现工厂自动化有几个优点，包括更快、一致的循环时间、生产不中断和更好的焊接质量。基本上，通过使用焊接机器人自动化，该过程花费的时间更少，制造商可以降低直接人工和安全成本并节省材料。

机器人焊接单元提供更安全的工作环境，显着减少电弧眩光、过度喷涂以及与机器人和零件的直接接触。机器人焊工更稳定，可以快速从一个焊缝移动到下一个焊缝，加快整个过程。

• 花更少的时间 ：机器人焊接系统将快速完成工作。无论您是使用新的还是使用过的焊接机器人，它们的错误都比手工焊接少。与劳动者不同，机器人不需要休息、休假等。您的工作可以 24/7 不间断地继续进行。这反过来又会提高您的吞吐量和生产力。
• 降低直接人工和安全成本： 手工焊接的成本可能很高。它需要时间、技巧和专注力。这也是危险的。闪光、烟雾、火花和热量使手工焊接成为一项繁重而危险的工作。使用机器人焊接，您将保护工人并降低成本。这些系统可以承受危险并经常增加产量。保险和事故相关费用也大大降低。
• 节约材料： 即使是最熟练的焊工也会犯错误。然而，使用新的和使用过的焊接机器人，一切都受到监管，包括电源和电线。自动化使用的焊接机器人系统通过持续运行（更少的启动）来节省能源。此外，创建的焊缝更加一致。机器人系统的准确性意味着材料和时间的浪费更少。在节约材料的同时提高产品质量！

一些公司逐渐转向机器人焊接应用，从单个焊接单元开始，慢慢转向全自动焊接工艺。当对零件的访问受到限制或难以到达时，机器人会很有帮助。制造商已经创建了允许细长机械臂到达更小区域的设计。

限制

与机器人焊接时的一个问题是用于电流和空气等的电缆和软管往往会限制机器人手腕的运动能力。

这个问题的一个解决方案是旋转，它允许压缩空气、冷却水、电流和信号在一个旋转单元内通过。

旋转单元还支持离线编程，因为所有电缆和软管都可以沿着机器人手臂的定义路径布线。

机器人焊接的其他限制：

• 复杂的最终用户编程，不友好，仅供专家使用
• API 有限，让简单的更改变得复杂
• 人机界面 (HMI) 无法正常工作。系统需要定制和培训。难以定制机器人焊接系统。
• 连接性挑战，缺乏可相互连接的标准
• 代替人工
• 技术过时了

机器人焊接工艺

焊接需要高水平的教育和技能。但是，专业焊工的数量并不能满足行业的需求。据美国焊接协会称，到 2022 年，该行业将出现 45 万名焊工短缺的情况。这些工人不会让关键项目完全落后，机器人可以弥补不足。

机器人使该过程自动化，从而确保更高的准确性、更少的浪费和更快的操作。凭借可用的机械范围，机器人可以适应各种焊接工艺，包括电弧、电阻、点焊、TIG 等。

1.弧焊

最常见的机器人焊接类型之一是电弧工艺。在这种方法中，电弧会产生高达 6,500 华氏度的高温，从而熔化金属。熔融金属将零件连接在一起，冷却后凝固成稳定的连接。当项目需要大量精确连接的金属时，电弧焊是一种理想的应用。

2。电阻焊

当项目需要热处理或降低成本时，机器人可能会使用电阻焊。在这个过程中，电流在两个金属基体之间通过时会形成一个熔融金属池。这种熔融金属将金属片连接在一起。

3.点焊

一些材料可以抵抗电流，从而使它们无法进行其他形式的焊接。这种情况经常发生在汽车工业中，用于将汽车车身的零件拼凑在一起。为了克服这个问题，机器人焊工使用电阻焊的一种变体将一对薄金属片连接在一个点上。

4.氩弧焊

需要高精度的机器人焊接应用可能需要 TIG 焊接。这种方法也被称为气体钨极电弧焊或 GTAW。电弧在钨电极和金属基体之间通过。

5.米格焊接

气体保护金属电弧焊，也称为 GMAW 或 MIG，是一种使用高水平沉积的快速且直接的方法。焊丝不断移动到焊机的加热尖端，焊丝熔化，使大量熔融金属滴落到底座上，从而将底座连接到另一块。

6.激光焊接

当焊接项目需要大量零件的精度时，激光焊接是金属连接的首选方法。珠宝或医疗部件等小部件经常使用激光焊接。

7.等离子焊接

等离子焊接提供了最大程度的灵活性，因为操作员可以很容易地改变气体通过喷嘴的速度和温度。

机器人焊接应用

由于其节省时间的优势和高生产率，机器人焊接在金属和重工业中变得很重要，尤其是在采用点焊和激光焊接的汽车行业。

它最适合具有曲面和可重复、可预测的动作的短焊缝，这些焊缝不需要在焊接过程中连续变化和变化。在外轴的帮助下，机器人也适用于长焊接，例如在造船行业。

虽然机器人焊接多用于大批量生产，效率和数量是必不可少的，但可以根据任何需求制定程序，机器人可以用于更小甚至一次性的生产，同时保持较高的成本效益。

机器人与。手工焊接

手工焊接在现代制造业中仍然占有一席之地。对于需要专家快速更改所用焊接方式的项目，手工焊接将是您的最佳选择。专业焊工可以迅速改变他正在做的事情，但机器人无法快速适应不确定的情况。

由于手工焊接仍然是许多公司仍然需要的过程，因此专业焊工不会很快消失。事实上，由于上​​述专业焊工的短缺，即使有多家企业投资机器人，持有认证的人也很容易找到工作。

用机器人代替手工焊工不会让 AWS 退出其认证业务。大多数机器人焊工操作员需要持有该领域机器人技术方面的认证，AWS 也为此提供认证。拥有了解焊接的机器人专家可确保项目得到适当的编程，以尽可能快速且经济高效地完成。

机器人焊接视频