机器人焊接完整指南

在制造业中，公司不断努力提高质量和生产力，同时仍保持低成本。为了进行这些改进，制造公司经常求助于技术，在焊接方面尤其如此。

焊接最基本的形式是通过施加热量和压力连接两种材料的过程。当人们想到焊接时，这个词通常会让人联想到一个防护面罩和一副手持火炬的沉重手套。虽然手工焊接在行业中仍然占有一席之地，但专业焊工的日益短缺造成了巨大的差距。美国焊接协会估计，到 2020 年，将有 290,000 名焊接专业人员短缺。越来越多的公司正在投资于机器人焊接装置。

安装机器人焊接设备需要大量的考虑、计划和大量的时间和金钱投资。然而，在其程序中实施机器人焊接的公司已经发现了无数的长期利益。

如果您的公司正在考虑将机器人焊接作为零件制造过程的一部分，这里有一份完整的指南，您需要了解该过程、其历史和好处。

什么是机器人焊接？

机器人焊接，也称为自动化焊接，是使用机械化可编程工具焊接和处理零件的自动化过程。这种相对较新的机器人应用填补了焊接专业人员日益短缺所留下的空白，有效地接管了北美行业的大部分焊接工作。

机器人焊接已经存在多久了？

机器人焊接的历史深深植根于整个工业机器人的历史，可以追溯到 20 世纪中期 ^th 世纪。

1954 年，George Devol 发明了第一个可编程机器人，Devol 紧随其后，成立了世界上第一家机器人公司 Unimation。通过这家新公司，Devol 和他的同事创造了第一个工业机器人。这种名为 Unimate 的模型被用于新泽西州的一家通用汽车汽车厂，用于进行点焊和提取压铸件。经过这次积极的介绍，工业机器人的概念在十年内传播到了全球各个角落。

从这个初始模型开始，工业机器人不断改进。 1978 年，由通用汽车公司资助的 Unimation 发明了用于组装的可编程通用机器，简称 PUMA。许多实验室今天仍在使用这个版本。

该行业持续增长，在 80 年代初蓬勃发展。这些年来，工业机器人行业发展迅速，每个月都有新的机器人或公司进入市场，大大增加了竞争和创新。在这十年中，机械臂得到了改进，使其具有更多的机动性和控制力。

整个 90 年代，流程不断改进，电子控制系统改进到可以同时控制和协调多个机器人的程度。操作员界面也得到了改进，机器人设计也得到了简化和流线型，以便更多地进行维护和维修。

直到今天，技术进步仍在不断改进工业机器人的功能，但仅受设备和研究成本的限制。

焊接机器人是如何工作的？

机器人焊接单元，也称为机器人焊接单元，由多个组件组成，这些组件协同工作以焊接零件。这些组件包括那些积极参与焊接的组件，以及确保电池平稳运行的配件和安全功能。

以下是机器人焊接单元最基本的组成部分，所有这些对机器人焊接过程都很重要：

• 送丝机： 这会将填充焊丝以编程的速率移动到机器人中。这种填充焊丝通常用于在焊缝中添加材料以支撑接头。
• 焊接机器人： 这包括机器人和手臂末端的工具，通常是手电筒或其他机械手。这些机器人有两种类型：关节机器人和直线机器人。直线型机器人可以在三个方向上移动它们的主臂，并在臂的末端旋转手腕。关节机器人具有旋转关节——这些关节允许更多的运动自由度和三个维度之外的运动范围。
• 电线清洁剂： 清洁剂用于在工作循环之间清除割炬上的飞溅物，从而延长设备使用寿命。
• 手电筒： 火炬使用流向电极的功率加热金属并将金属连接在一起。弧焊单元还具有包含在焊炬中的电弧屏蔽装置。此外，通常还包括空气或水冷装置。
• 工作区： 这是放置和固定零件以供机器人焊接的地方。当机器人完成焊接时，夹具将零件固定到位。
• 控制器： 该组件实际上是焊接单元的“大脑”，使用存储的程序为机器人提供电力和指令。
• 示教器： 这种手持式界面系统允许操作员设置焊接参数、手动移动机器人和输入新程序。
• 焊接电源： 这为焊炬供电。这将根据被焊接零件的要求在尺寸和性能上有所不同。电源根据单元是弧焊单元还是点焊单元而略有不同。
• 堆栈灯： 该灯指示细胞在任何给定时间正在做什么。通常，红灯表示紧急停止，橙灯表示机器人正在编程，绿灯表示单元正在自动运行。
• 操作框： 此框包含用于启动和停止单元的控件，并包含用于每个功能的按钮，包括用于在解决故障后重置单元的重新启动按钮。
• 安全特性： 大多数机器人焊接机将包括安全功能，以防止对工人和操作员造成伤害。这些措施包括围栏、电弧屏蔽、检修门和其他功能，以减少工人在单元工作时暴露于危险光、烟雾和运动中。

程序通过示教器输入并保存到控制器中，控制器告诉机器人该做什么。这些程序移动焊接机器人并操纵其手臂末端的焊枪，将其准确地放置在任何需要的位置。火炬加热，使用电源在金属中产生足够的热量，将零件永久熔合在一起。送丝机将额外的材料送入机器人手臂以执行此操作。在零件之间，手臂将割炬移动到电线清洁器以清除任何飞溅物。

什么是机器人焊接工艺？

机器人焊接单元的工作流程由一系列严密监控的步骤组成。这些步骤是：

1。将零件放入夹具中并将其牢固地夹紧到位。

2。从控制器中选择适当的程序。或者，如果相应的程序不可用，请使用示教器对控制器进行编程。

3。按下控制器上的启动按钮开始工作。

4。处理完第一部分后，将第二部分移至适当的装载站。

5。在第一个工作站开始焊接后，开始设置第二个工作站。

6。焊接完成后，将在第二工位开始工作。

7。从工位 1 收集完成的零件并重新加载工位以进行下一个循环。

具体功能和复杂性因所使用的特定机器人焊接单元而异，但大多数都会遵循这个一般程序。

焊接行业如何使用机器人？

机器人焊接占工业中所有机器人应用的 29%，仅次于机器人材料处理。自动焊接最常用于制造和工程行业，以提高公司和实验室的效率。

最常见的是，它们用于大量产品的电阻点焊和电弧焊。下面详细介绍这两个过程：

电阻点焊

机器人电阻焊是将两块金属板在一个点或点焊接在一起的一种经济方法。这种焊接在汽车制造业中很常见，用于将钣金焊接成汽车的形状。汽车行业的许多点焊工都是机器人，可以看到在汽车装配线上工作。

点焊工艺通过将两个铜合金电极施加到正在熔化的零件上并使电流通过材料来工作。电流加热金属并使其熔化，在所施加的部位之间形成一个水池。冷却后，碎片融合在一起。

机器人焊机非常适合这种应用，因为它们能够以极高的精度和效率放置多个点焊。

弧焊

机器人电弧焊最近才发展成为一个行业，但作为最流行的机器人焊接方法正在迅速赶上点焊。该过程使用电源在焊炬安装电极和金属之间产生电弧。该电弧在火炬尖端产生约 6,500 华氏度的温度。这会加热金属，在焊炬下方产生一池熔融金属，冷却后会凝固。冷却后，这些部件会永久熔合在一起。

由于产生了极高的温度，参与此过程的金属通常会与周围空气中的氧气和氮气发生化学反应。这会损害焊接接头的完整性。出于这个原因，许多电弧焊接工艺都涉及一种称为电弧屏蔽的工艺。该工艺用气体或蒸汽保护罩覆盖电弧和熔融金属，最大限度地减少熔融金属与周围空气之间的接触。

电弧焊中涉及的极端高温和化学反应使其成为机器人技术的完美应用，因为这减少了工人和操作员面临这些风险的风险。

机器人焊接有哪些优势？

实施机器人焊接设置需要大量的时间和资金投入。然而，该系统的好处远远超过了传统焊接的好处，并且系统的成本在提高生产力、改进质量和减少浪费方面迅速收回。

美国各地的焊接团队都受益于机器人焊接，因为有以下好处：

提高产量

机器人焊接系统可以快速有效地完成工作，比人类同行犯的错误更少，同时极大地提高了生产速度。此外，与需要睡眠、休息和休假的人类工人不同，机器人可以 24/7 全天候工作。人工操作员的通弧时间通常少于 50%，并且随着班次后期疲劳的加剧，人工接通时间百分比会降低。另一方面，机器人有 75%-80% 的引弧时间。对于接缝较长的零件，这个数字增加到 95%。

提高质量和一致性

自动化系统以极其接近的精度创建一致的焊件，将相同质量的焊缝重复放置在同一位置而不会疲劳。这些系统的精度还可以减少飞溅，从而使接缝更整齐。然而，这并不能消除错误和缺陷——故障或损坏的设备或不正确的编程都可能导致产品缺陷。幸运的是，经过认证的机器人焊接技术人员可以避免这两个问题。

节约能源

自动焊接系统通过持续运行来节省能源，减少能源昂贵的初创企业。此外，机器人不会过度焊接，减少了矫正焊接的需要，减少了能源消耗。

废品减少

即使是最熟练的焊工，人为错误总是可能发生的。然而，焊接机器人所做的每一个动作都是有计划和自动化的，从而减少了错误，从而减少了报废零件的数量。对于价值更高的工作，这可能是保持预算的关键因素。

减少浪费

消耗品是另一个浪费来源。耗材包括喷嘴和其他使用寿命较短的组件，这些组件在使用一定次数后会被更换。机器人焊接单元提高了焊接速度并最大限度地减少了多余的能源使用，从而延长了每个易损组件的使用寿命。这意味着购买新耗材的频率降低，从而节省了成本。

投资回报率

大多数公司会发现，对于较大的项目，机器人焊接的效率、准确性和成本节约——远远超过了与金属制造公司合作时的初始设置成本。

更高的速度、更高质量的焊缝和更少的废品都有助于快速获得投资回报。当您考虑到降低的能源成本和最小化过度焊接的机会时，这种回报会进一步增加。改用机器人焊接工艺可以帮助公司显着节省总体成本。

为了计算大致的投资回报，公司可以评估当前的零件周期时间，并将其与机器人焊接设置的潜在周期时间进行比较。其他节省的浪费、劳动力和能源也可以与估算联系起来，以获得更准确的数字。

如何选择具有高质量机器人焊接装置的合同制造商？

一个好的合同制造商不仅要投资于训练有素的专业人员，还要投资于机器人焊接装置，通过监控 MIG 焊枪和消耗品并为机器寻找合适的外围设备来提供最佳质量和价值：

米格枪

必须仔细选择 MIG 焊枪，以满足机器人焊接装置中使用的特定型号的需求。公司应为应用选择具有适当电流强度和冷却能力的 MIG 枪。电流强度不足或冷却不足会导致机器出现故障，而购买安培数超过必要的枪是浪费金钱，因为机器人 MIG 枪的价格与其提供的电流强度成正比。

消耗品

还应谨慎选择和管理耗材，例如接触头、喷嘴、固定头和衬垫。应为不同的应用选择不同的喷嘴和触头——标准型易损件应用于低电流或电弧时间较短的应用，而比标准型更昂贵的重型易损件应用于高电流或高电弧——时间应用，以减少更改它们所需的停机时间。

外设

外围设备是可以集成到机器人焊接系统中的任何附加设备。使用正确类型的外围设备可以最大限度地提高设置的性能。虽然外围设备会带来前期成本，但它们可以通过提高设置的性能、延长耗材的使用寿命和降低焊接缺陷的可能性来增加机器人焊接投资的回报。

一些可能有用的外围设备包括：

• 喷嘴清洁站： 也称为铰刀或飞溅清理器。该外围设备可在焊接操作的常规道次中清洁喷嘴上的污垢、碎屑和飞溅物。这有助于防止可能导致缺陷和焊接返工的覆盖损失。这也延长了耗材的使用寿命，降低了更换频率。
• 防飞溅喷雾器： 该外围设备通过在可用作保护屏障的消耗品上添加防飞溅化合物来延长消耗品的使用寿命。与喷嘴清洁站一样，这可以防止覆盖范围丢失并减少耗材更换频率。
• 剪线钳： 对于弧焊机器人，当电弧开始时，这些单元需要一根电线伸出。剪线钳将焊丝切割成指定的长度，消除焊丝长度和质量上的任何不一致。这样可以实现更可靠的起弧和更一致的焊接。
• 臂架： 对于某些设置，碰撞是必须考虑的风险。对于带有碰撞检测软件的机器人，需要一个坚固的臂架来保护设备，在机器人检测到碰撞并关闭时将其固定在适当的位置。
• 离合器： 对于没有碰撞检测的机器人，需要一个离合器来保护设备免受碰撞。离合器会识别碰撞的物理影响，并向机器人控制器发送电信号，使系统停止，防止进一步损坏。

所有这些外围设备都有助于保护机器人焊接设备并提高其生产率。

谁应该操作机器人焊接装置？

机器人焊接需要训练有素的操作员不断监督和维护。如果公司目前的人才库中没有人具有机器人焊接经验，那么聘请一家拥有经过认证的机器人焊接单元操作员的金属制造公司符合公司的最佳利益。

训练有素的技术人员将能够通过安排和执行系统的定期预防性维护来最大限度地延长项目的正常运行时间。这有助于最大程度地减少不必要的停机时间并确保系统平稳运行——所有好处都会传递给您的项目。

聘请具有认证机器人焊接技术人员的合同制造商可能是一种更具成本效益的方法。很少有公司专门从事机器人焊接，尤其是在美国，拥有训练有素的专业员工，他们确切知道如何使用机器人焊接单元为您的产品产生最佳效果。 Fairlawn Tool, Inc. 就是其中之一，通过 AWS 认证的焊接团队为我们的客户提供优质的机器人焊接服务。

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