机器人焊接详解：工艺类型、核心优势与应用领域

焊接是通过加热、混合、冷却材料及/或填充材料使两材料熔合形成强连接的工艺。从电弧焊到点焊，新旧焊接机器人典型用于焊缝重复、质量速度关键的焊接工艺。机器人焊接是提高效率、一致性和ROI的自动化工艺。

什么是机器人焊接？

机器人焊接使用机械化可编程工具（机器人），通过执行焊接和搬运工件完全自动化焊接过程。气体保护金属电弧焊虽常自动化，但不等同于机器人焊接，因人工操作员有时准备待焊材料。

机器人焊接常用于电阻点焊和电弧焊的大批量生产，如汽车行业。

机器人焊接是机器人技术相对新应用，尽管机器人1960年代进入美国工业。1980年代汽车业大规模用机器人点焊才爆发。此后工业机器人数量和应用大幅增长。2005年北美工业用机器人超12万台，约半数用于焊接。增长主要受限于高昂设备成本致高产量应用。

机器人电弧焊近期快速增长，已占工业机器人应用约20%。电弧焊机器人主要部件：机械手（操作臂）和控制器（机器人“大脑”）。

机械手驱动机器人运动，设计分类有SCARA和笛卡尔坐标机器人等，用不同坐标系控制机械臂。

机器人可焊预编程位置，或由机器视觉引导，或两者结合。机器人焊接诸多优势已证明助原始设备制造商提升精度、重复性和产出率。

自1990年代末开发的签名图像处理技术，用于分析自动化机器人焊接实时采集的电气数据，从而优化焊缝。

机器人焊接设备

机器人焊接融合焊接、机器人、传感器技术、控制系统、人工智能。组件含：特定编程软件、从焊接电源向工件输送能量的焊接设备、使用设备实施焊接的机器人。

机器人工艺传感器测量焊接工艺参数，几何传感器测量焊缝几何参数。控制系统采集分析传感器输入信息，按程序定义的焊接工艺规范调整机器人焊接工艺输出。

按用途机器人可为机械臂或机器人门架。通常用六轴工业机器人（三轴下臂+三轴腕），使焊枪安装在腕部实现三维焊接所需所有姿态。

系统需与机器人集成，焊接设备须兼容最好专为机器人焊接设计，这样所有过程可由机器人控制。

机器人焊接如何工作？

用机器人做任何工艺都需修改方法适配自动化。焊接同理，用手工焊接无的多种工具。人不需编程，机器人焊接需。

机器人有三维移动臂（直角坐标型）或更多平面移动（关节型）。送丝机按需向机器人送填充丝。臂端高温焊枪熔化金属实现焊接。温度达数千度，用机器人保护人员安全。

持AWS认证的操作员仍需靠近机器人。美国焊接学会AWS不仅认证手工焊工，也认证机器人焊接臂操作员。操作员用示教器编程控制器：设新程序、动机械臂、改工艺参数。操作箱按钮启动焊接。

机械臂工具加热熔金属连接目标件。按需送丝机向臂和焊枪送丝。待焊下一工件时，臂移焊枪到清洁器清理金属飞溅，防其固化。

因保护人员是机器人焊接主因，自动系统含多重安全功能。弧光罩防高温电弧混入氧气。封闭区域保护操作员免高温强光。

机器人焊接优势

工厂引入焊接机器人有多重优势：更快一致的循环时间、生产无间断、更好焊缝质量。本质上：用机器人焊接自动化，过程更快，制造商可削减直接人工和安全成本、节约材料。

机器人焊接单元提供更安全工作环境，大幅减少电弧眩光、飞溅、与机器人和工件直接接触。机器人焊工更一致，快速移动到下一焊缝，加速整体过程。

• 耗时更少： 机器人焊接系统快速完成工作。新旧焊接机器人均比手工焊失误少。机器人无需休假、休息等。生产可不间断24/7运行，提升产出率和生产力。
• 削减直接人工与安全成本： 手工焊接成本高。需时间、技巧、专注。也危险。电弧光、烟雾、火花、高温使手工焊接劳累危险。机器人焊接保护工人、降成本。系统承担危险且常增产。保险和事故成本大幅降低。
• 节约材料： 最熟练焊工也犯错。但新旧焊接机器人一切受控，含功率和送丝。自动化系统持续运行（少启动）节能。焊缝更一致。机器人精度意味材料和时间浪费少。同步节约材料提升产品质量！

企业常渐进转型：从单焊接单元起步，慢慢转全自动焊接。工件难触及时机器人有帮助。厂商设计细长机械臂触达狭小区域。

局限性

机器人焊接一问题：传输电流和气体的电缆软管限制机器人腕部运动能力。

解决方案是旋转接头，允许压缩空气、冷却水、电流、信号在单一旋转单元内通过。

旋转接头也支持离线编程，因所有电缆软管可沿机械臂定义路径布线。

机器人焊接其他局限：

• 最终用户编程复杂，非用户友好，仅专家可用
• API有限，简单修改复杂
• 人机界面（HMI）不太好用。系统需定制和培训。难定制机器人焊接系统
• 连接挑战，缺乏互联互通标准
• 替代人工
• 技术过时

机器人焊接工艺类型

焊接需高教育技能。但专业焊工数量不足行业需求。美国焊接学会预测2022年行业将短缺45万焊工。与其让关键项目延期，机器人可填补空缺。

机器人自动化流程确保高精度、少浪费、快操作。凭借机械范围，机器人适配电弧、电阻、点焊、TIG等多种焊接工艺。

1. 电弧焊

最常见机器人焊接类型。电弧产生极热达6500°F熔化金属。熔融金属连接零件，冷却固化成稳定连接。大量精准连接金属项目选电弧焊为理想应用。

2. 电阻焊

需热处理或降本时机器人可用电阻焊。电流在两金属基体间通过形成熔融金属池，熔融金属连接金属件。

3. 点焊

部分材料抗电流，无法用其他焊法。汽车车身拼装常见。为解决此题，机器人焊工用电阻焊变体在单点连接一对薄金属板。

4. TIG焊

需高精度的机器人焊接应用可用TIG焊。即钨极气体保护电弧焊（GTAW）。电弧在钨电极和金属基体间通过。

5. MIG焊

气体保护金属电弧焊（GMAW/MIG），快速直接、高熔敷率。焊丝连续送至焊枪加热尖端，熔化焊丝使大量熔融金属滴落母材连接另一件。

6. 激光焊

大批量零件需高精度时，激光焊是首选金属连接法。珠宝、医疗部件等小零件常用激光焊。

7. 等离子焊

等离子焊灵活度最高，操作员易改变喷嘴气体流速和温度。

机器人焊接应用

因节时增效，机器人焊接在金属重工业、尤其是汽车业（用点焊和激光焊）成关键。

最适合弯曲表面短焊缝、可重复预测动作、无需连续变换焊接工艺的场景。借外部轴也适合长焊缝如造船。

虽多用于大批量生产（重效率量），但程序可定制适配任何需求，机器人也可用于小批量甚至单件生产并保持高性价比。

机器人焊接 vs 手工焊接

手工焊接仍有现代制造地位。需专家快速切换焊接风格的项目，手工焊最佳。专业焊工能即时调整，机器人难快速适应不确定情况。

因手工焊接仍是许多公司必需，专业焊工不会消失。如前所述焊工短缺，持证焊工极易就业，即使多企业投入机器人。

用机器人替代手工焊工不会让AWS失业。多数机器人焊工操作员需持机器人焊接侧认证，AWS也提供此类认证。懂焊接的机器人专家确保项目编程得当，尽快最具成本效益完成。

机器人焊接视频