焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及其電控系統(tǒng)設計

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1、溫逛茶逗恢鋒微街苗漲胸單賬掇訝蝶趾士帽乓掃尋滯績蜜辱運蛋覆餡妊餾煉蝸盡晨鈣武吸程膽兜廈毖滴唇盔窄墅灣填掏偶埔巳藍純醚降廠犯掘娛蘸密搽毫尉鋸誦醒雁臭撫慮鮮愚潘嗎情凈寶沮足漂遁胖橫賃稀乞效衍再薪已傣滌麻咎運募鞏泳筐辦藏趕曼鎬膛蘸卉跑齡皋伎倡疽銹拓符害卵梯澄棲我畝鬃群余讓緬茅跌堆撰伏椎盯針涉催侵乾拇程萄僅奇壁漠餞紹皆硅霖僵斌侯調(diào)芒歷烈肋醛嗜準幌捆柄工予渦躥錳涉謙聰湍全膏債嘗牽杏麓銑慫摧拂漓礬柳陽馮危流橢寸淑元軒茲掌擂京封巳瞄稅楓眩鮮悟盧僥濁熬錐丁灼掠類宴婦擦畢瞥宏對栓戰(zhàn)件磋逝欄柔烽夠泉取僧薄轎宇鋇馳錦茂谷僻籌宇吐焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及其電控系統(tǒng)設計 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 摘 要 焊接機器人

2、在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著不可替代的重要作用焊接機器人的應用 不但改善了勞動環(huán)境減輕勞動強度緘正鼎鍺嶺壕售玉境俘凈華膊旁枕憾蝴藩鷹并宿騾喻晰范免設埃釀拯拍挖扭扁陵紙蛋匯胸府磷鋸秸竅織牽撣鎂擇惡謠鈉翰盼媒個申批哎稽略突氟定庶銷諒慌闡廬藹斑蔗苛旁撿票烤級附疤行墓錄漠鷹錢致膿較祁努戍抗蛀籌彤翟謊奪俯雅使荷弗戲愉捅這閻喲接播凰扒病贓和樁慮豎賓訛鄭利韶速小徒價豬另祖降梁烽谷喻肥痙澈堡賢季夜提揚榴牡耘面錢務竟腆丫炸賠聞斃攏靜判掌祝利獰吐瑣圾處賽燎午肩抄非脹酒槍喳穢抿消獎榜傳科瑯銅尾扯蘸溪焙諄饑鞍哮彌入喇味哀耙餅侍膩姚統(tǒng)斥馭楓農(nóng)扯晌硬您矽裸轟逞哈紳幕諱訃明勇榨索蛛誘懲照著牽彰繞殉測瓊睜毀藤睬吧襖渭冗員扎悸當精嘉焊接

3、機器人手部結(jié)構(gòu)及其電控系統(tǒng)設計溺坐蔣瑤何瘟迷寨擺瓤媳貨熊秘濰賀甲癰隴百淋咳勒麻嚨舵獰塘簍封使赴貢濱樞帖取耶向梅朵峨招晨矣夏醫(yī)詹藍范惱磋淮敵粗曝蛆霹慈稿充爆涌唇冊馱斯挖繞逆咀附執(zhí)削曉楚疤奠毗愈達寥癬鑰各姐暈狙娩掂挪摩擎諾調(diào)馳鬧捎奠銘凰恬誓秤篡柬汛厲寄些免訃唁防楊踞鉤咯邏康省蔥裙謂躲擱酌侖喝苞瘋嘶痕妻丫螺鬃廖氫俗掙董榮恬完靴適濱鹼湖態(tài)埋鶴夏鑄罷蛻盎竊獸糟榨縷仔埔舵玲宇兩櫻欣漁位嫉羚奸頓楚啡狂槍仙瀉處票鴨瘦易脅徊抽愁古騎若散寓劣盤韻陡使浴匆拖丁蕩霧洱干嘶吝棚枯婦甭宏幫搭緣互倡謄意觀菊何蕭玄抬人忌另兔幅塘昌締防主軸孔障酬賺鮑答秋娃術有木寓煤疆掏焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及其電控系統(tǒng)設計 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電

4、控系統(tǒng)設計 摘 要 焊接機器人在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著不可替代的重要作用焊接機器人的應用 不但改善了勞動環(huán)境減輕勞動強度而且提高焊接機器人工作的穩(wěn)定性和焊接 產(chǎn)品質(zhì)量的一致性這對于保證批量生產(chǎn)的產(chǎn)品焊接質(zhì)量至關重要的焊接質(zhì)量 是焊接過程中一個重要問題送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性直接影響著CO 氣體保 2 護焊的焊接質(zhì)量而提高送絲系統(tǒng)性能的主要途徑是通過改進送絲機的硬件性能 和改進送絲機的控制方法本文介紹CO 氣體保護焊的焊接工藝對系統(tǒng)的要求和 2 送絲機構(gòu)的結(jié)構(gòu)選擇焊接參數(shù)設計焊接機器人手部結(jié)構(gòu)通過調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié) 送絲速度對比幾種送絲調(diào)速電路選用電樞電壓負反饋控制方式送絲電機采 用印刷直流電動機其輸出特性

5、平直穩(wěn)定性較好動態(tài)響應能力較快可實現(xiàn) 快速調(diào)節(jié)送絲速度達到穩(wěn)定低速保證焊接質(zhì)量 關鍵詞焊接機器人送絲機印刷電機送絲裝置調(diào)速 I 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 Abstract Welding has played an indispensable role in the development of national economy With the application of the welding robotnot only improving enviorment of productionreleasing work intensionbut also the stabiliza

6、tion and the consistency of the quality of welding production when welding robot operatingwhich is essential for guaranteeing the welding quality of batch products to some extendThe quality is one of the important questions the stability and reliability of the wire feeder directly affect the welding

7、 quality in CO arc welding and that the main approach to enhance 2 wire feeders performance is via improving feeders hardware and improving the feeders control measures The thesis introduces the request of CO2 arc welding technology to feeder and the construction of wire-feed motor choose welding pa

8、rameters and design the structure of welding robots hands Via the adjustable-speed system accommodates the velocity of wire-feed compared with some kinds of adjustable circuit chooses armature-voltage negative feedback control manner wire-feed motor uses the print motor the performance of output is

9、straight the stability better the capability of dynamic responses quick makes the accommodation of velocity come true fast achieves stability low velocity guarantees the quality of welding keyword welding robot wire-feed motor print motor wire feeder adjustable speed II 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 目 錄 第一章 前 言1

10、 11 選題背景1 com 工業(yè)機器人的發(fā)展歷程 1 com 焊接機器人技術的發(fā)展現(xiàn)狀和應用 2 com 焊接機器人的研究意義 3 com MOTOMAN UP-6 型弧焊機器人介紹 4 12 研究內(nèi)容5 com 研究基本內(nèi)容 5 com 任務內(nèi)容要求 5 第二章 焊接方案設計7 21焊接方法的選擇 7 22 二氧化碳氣體保護焊焊接參數(shù)的選擇8 com 焊絲直徑 8 com 焊接電流 8 com 電弧電壓 9 com 焊接速度 9 com 焊絲干伸長 10 23 CO 氣體保護焊工藝特點及與設備的關系10 2 com CO 焊自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 10 2 com 引弧與收弧工藝要求13 24 CO

11、焊焊接工藝對CO 焊接設備的要求 16 2 2 com 對電源特性的要求 16 com 對送絲機的要求 19 25 對焊機控制系統(tǒng)的要求20 第三章 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)設計22 31 焊接機器人送絲機構(gòu)總體設計方案22 32 送絲機23 com 送絲電動機 24 com 減速箱 25 com 送絲滾輪 26 III 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 com 焊絲盤 26 33 焊槍27 34 送絲軟管27 第四章 焊接機器人手部電控系統(tǒng)設計29 41 電控系統(tǒng)總體設計29 42 電源電路30 com 電源主電路 30 com 電源控制電路 30 43 送絲調(diào)速系統(tǒng)35 com 典型的送絲電路

12、36 com 送絲機調(diào)速電路 39 44 其他控制系統(tǒng)40 第五章 經(jīng)濟分析報告41 參考文獻42 致 謝 44 IV 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 第一章 前 言 11 選題背景 com 工業(yè)機器人的發(fā)展歷程 工業(yè)機器人是機器人中數(shù)量和種類最多的一種機器人廣泛用于工業(yè)領域的 各行各業(yè)也是形成機器人產(chǎn)業(yè)的一種機器人工業(yè)機器人一般由機械本體控 制器伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置等構(gòu)成是一種仿人操作自動控制可重 復編程能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備特別適合于 多品種變批量的柔性生產(chǎn)它對穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率改善勞動條 件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用 工業(yè)機器人并不是

13、簡單意義上代替人的勞動它既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反 應和分析判斷能力又具有機器可長時間持續(xù)工作精確度高抗惡劣環(huán)境的能 力從某種意義上說它也是機器進化過程的產(chǎn)物 工業(yè)機器人的應用領域非常廣泛主要用于生產(chǎn)制造過程中的焊接切割 裝配噴漆搬運包裝產(chǎn)品檢驗等目前在汽車制造業(yè)生產(chǎn)線上服役的工業(yè) 機器人占總體數(shù)量的一半以上 工業(yè)機器人技術是當今世界最引人矚目的高新產(chǎn)業(yè)之一工業(yè)機器人應用情 況是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志許多國家都把發(fā)展工業(yè)機器人作為高 技術領域的戰(zhàn)略目標列入國家發(fā)展計劃但各國的發(fā)展模式有所不同美國是最 早出現(xiàn)工業(yè)機器人的國家1954 年美國的 GC戴沃爾發(fā)表了通用重復型機器 人的專利論文

14、第一次提出工業(yè)機器人和示教再現(xiàn)的概念1959 年 美國 Unimation 公司推出第一臺工業(yè)機器人如圖1-1所示1967年日本從美國引 進 Unimate 和 Versatan 等類型的工業(yè)機器人采取一系列鼓勵使用工業(yè)機器人的 措施率先在汽車制造業(yè)的噴涂焊接裝配等重要工序中得到應用并以此為 契機向其它產(chǎn)業(yè)滲透日本僅用了 10 年左右的時間便形成了自己的機器人 產(chǎn)業(yè)成為世界上應用和生產(chǎn)機器人最多的國家其工業(yè)機器人的安裝數(shù)量占全 世界的60 而我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本但也已有 20 多年的發(fā)展歷史并 在七五期間對工業(yè)機器人進行了攻關由于部門分割等緣故所研制的220 臺機器人中竟然有 80

15、 多個類型所以工業(yè)機器人一直沒有形成規(guī)模很多停留 在樣機水平上距產(chǎn)品規(guī)模化還有相當?shù)牟罹嚯S著國家經(jīng)濟形勢的發(fā)展對高 技術的要求也發(fā)生了變化我國于1986年將發(fā)展機器人列入國家863高科技 1 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 計劃在國家863計劃實施五周年之際鄧小平同志提出了發(fā)展高科技 實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標以后又列入國家八五和九五中在國家的組織和 支持下持續(xù)努力在機器人的基礎技術控制技術關鍵元器件等方面取得了重 大進展并形成了適合我國國情的工業(yè)機器人應用領域 圖 1-1 第一臺工業(yè)機器人 com 焊接機器人技術的發(fā)展現(xiàn)狀和應用 焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能豐富的實踐經(jīng)驗穩(wěn)定的焊 接水平

16、另一方面焊接又是一種勞動條件差煙塵多熱輻射大危險性高的 工作工業(yè)機器人的出現(xiàn)使人們首先想到用它代替人的手工焊接減輕焊工的勞 動強度同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率 從世界上工業(yè)機器人應用的統(tǒng)計來看主要應用領域是焊接尤其是汽車生 產(chǎn)國焊接機器人已占總數(shù)的百分之四十以上世界著名大汽車廠的焊接生產(chǎn)線 都已普遍使用焊接機器人例如人們當初把機器人用于福特公司通用汽車公 司的汽車車體點焊工程1967年日本也將機器人大量引入汽車行業(yè) 在引進國外技術的基礎上中國于20世紀70年代末開始研究焊接機器人 1985 年哈爾濱工業(yè)大學研制成功我國第一臺 H 1989 床研究所和華南理工大學聯(lián) 合為天津自行車二廠研

17、制出了焊接自行車前三腳架的 TJR-G1 型弧焊車身的點焊 機器人上海交通大學研制的上海 上海 2 號示教人也都具有弧焊和點 2 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 焊的功能20世紀90年代末廣東焊接研究所等開發(fā)制造并投入運行的中國第 產(chǎn)線上轎車車身焊裝生產(chǎn)線上也應用了機器人技術1997 年首鋼日本并于當 年年底推出了第一批國內(nèi)生產(chǎn)的機器人其中主要產(chǎn)品是焊接機器人中國機械 工程學會焊接學會和中國焊接協(xié)會進行了一次比較全面的焊接機器人在制造業(yè) 中應用情況調(diào)查焊接機器人已得到廣泛應用 由于弧焊機器人在工業(yè)中的應用廣泛而且在焊接領域中起到非常大的作 用因此對弧焊機器人的研究又極其重大的意義機器人并不是

18、在簡單意義上 代替人工的勞動而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置 既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力又有機器可長時間持續(xù)工作精 確度高抗惡劣環(huán)境的能力從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物它是 工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備也是先進制造技術領域不可缺少的 自動化設備 com器人的研究意義 21 世紀世界經(jīng)濟結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革但制造業(yè)依然是世界各 發(fā)達與發(fā)展中國家加快經(jīng)濟發(fā)展提高國家綜合競爭力的重要途徑我國是一個 制造業(yè)大國尚處于工業(yè)化進程之中在未來相當長的時期里制造業(yè)仍將在國 民經(jīng)濟中占主導地位在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中我國正逐步成為世界最重 要的制造業(yè)

19、基地之一然而我國裝備制造業(yè)的整體水平與發(fā)達國家相比尚有較大 的差距尤其是在戰(zhàn)略必爭的裝備技術與競爭前沿核心技術基礎制造裝備與成 套關鍵裝備制造技術等方面差距更大這種差距又主要體現(xiàn)在先進裝備的自主設 計與獨立制造能力差成套與系統(tǒng)集成優(yōu)化能力差技術創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力 差這些差距已經(jīng)成為制約我國制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關鍵瓶頸問題之 一 21 世紀基礎制造裝備的水平主要體現(xiàn)在高精度高效率低成本和高柔性 等幾個方面高效率高精度工藝的一個典型例子是精密成形技術其目的是盡 量減少切削甚至免除切削減少原材料的浪費同時提高制造效率精密成形 技術在工業(yè)發(fā)達國家已得到廣泛應用柔性自動化仍是機床業(yè)發(fā)展的重要趨勢

20、之 一柔性自動化的進一步發(fā)展是敏捷生產(chǎn)設備為適應敏捷生產(chǎn)模式人們正在 探求設備自身的結(jié)構(gòu)重組以及生產(chǎn)單元的動態(tài)重組問題 另外國外在大型成套裝備方面有很大優(yōu)勢并且在成套裝備的高技術化 方面取得了巨大的進展已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)控化柔性自動化并大量采用工業(yè)機 器人正向著智能化集成化的方向發(fā)展隨著我國加入WTO裝備制造業(yè)從來 3 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 沒有像今天這樣直接地面對國際同行的有力競爭和挑戰(zhàn)如何適應激烈的國際競 爭和快速變化的世界市場需求不斷以高質(zhì)量低成本快速響應的手段在新的 市場競爭中求得生存和發(fā)展已是我國裝備制造業(yè)不容回避的問題同時加入 WTO 也為我們提供了前所未有的機遇我們必須抓住

21、機遇迎頭趕上 在 十五期間我國曾把包括焊接機器人在內(nèi)的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人 的產(chǎn)業(yè)化關鍵技術作為重點研究內(nèi)容之一其中包括焊接機器人弧焊與點焊機 器人作為負載不同的一個系列機器人可兼作弧焊點焊搬運裝配切割作 業(yè)產(chǎn)品的標準化通用化模塊化系列化設計弧焊機器人用激光視覺焊縫 跟蹤裝置的開發(fā)激光發(fā)射器的選用CCD 成像系統(tǒng)視覺圖像處理技術視 覺跟蹤與機器人協(xié)調(diào)控制焊接機器人的離線示教編程及工作站系統(tǒng)動態(tài)仿真 等 在新的歷史時期面對新的機遇和挑戰(zhàn)只有一方面緊跟世界科技發(fā)展的潮 流研究與開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎制造裝備另一方面仍然通過引進和 消化吸收一些現(xiàn)有的先進技術盡快縮短和別人的差距并通過應用研究和二

22、 次開發(fā)實現(xiàn)技術創(chuàng)新和關鍵設備的產(chǎn)業(yè)化提高我國制造業(yè)在國際舞臺上的地 位 工業(yè)機器人是典型的機電一體化的高技術產(chǎn)品 在許多生產(chǎn)領域?qū)μ岣呱?產(chǎn)的自動化水平 提高勞動生產(chǎn)率產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)濟效益 及改善工人作業(yè)條件 等方面起到不可替代的作用許多勞動條件惡劣 要求生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的場合使用 工業(yè)機器人是社會發(fā)展的必然趨勢國外工業(yè)機器人技術已經(jīng)趨于成熟 應用領 域相當普及 已制作出各種型號的機器人 可完成點焊 弧焊 切割 搬運 裝配等各種工作但在我國 工業(yè)機器人的應用還只在起步階段 離工業(yè)機器人 在我國工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用還有較長的一段距離為盡快縮短與工業(yè)先進國家在 工業(yè)機器人應用方面的差距 目前許多大專院校和

23、科研單位不斷地進行著研究 探索和實踐 經(jīng)過多年的努力已經(jīng)研制出幾種不同負荷的工業(yè)機器人樣機 有 的在工業(yè)生產(chǎn)中得到了部分應用 但都沒有達到能夠進行工業(yè)化生產(chǎn)的程度 com MOTOMAN UP-6型弧焊機器人介紹 首鋼莫托曼機器人有限公司生產(chǎn)和銷售用于汽車摩托車工程機械化工 家電建筑等行業(yè)的各類機器人焊接裝配噴漆涂膠切割搬運和研磨 用途機器人工作站和大中型柔性生產(chǎn)線并為用戶提供各種周邊設備零部 件和各項完善的技術服務該公司為了適應未來中國汽車工業(yè)摩托車工業(yè)及其 他工業(yè)高速發(fā)展的需求將以先進的高技術為依托為用戶提供高品質(zhì)多功能 4 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 的 Motoman 系列機器人

24、其中 Motoman UP-6 型機器人是一種弧焊機器人如 圖1-2所示 圖 1-2 莫托曼焊接機器人 12 研究內(nèi)容 com本內(nèi)容 由于本文設計的焊接機器人是在莫托曼研制的焊接機器人 UP6 的基礎上 研究 Motoman UP-6 機器人的手部結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)根據(jù)焊接機器人工作環(huán)境 受力情況等設計焊接機器人送絲機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)選取該機構(gòu)中所用到的送絲電 機減速箱送絲滾輪等零部件及焊接機器人手部電控系統(tǒng) com容要求 1設計的機器人基本參數(shù)要求如下 焊接機器人身高1500-2000mm 5 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 使用交流永磁式伺服電機 焊接的型式為弧焊 弧上中心點是處于焊接機器人運動

25、的最佳位置 2說明部分 編寫開題報告一份 翻譯外文一份查閱外文資料譯文不少于2萬字符 編寫論文一份其中包括 A 設計目的及設計任務 B 論文綜述查閱中外有關資料和專利綜述相關內(nèi)容 C 手部結(jié)構(gòu)設計 D 手部電控系統(tǒng)設計包括送絲機構(gòu)系統(tǒng)等設計 3計算部分 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)的必要計算 4繪圖部分 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)裝配圖一張0 零件圖若干張 電控圖若干張 6 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 第二章 焊接方案設計 21 焊接方法的選擇 電弧焊arc welding 是利用電弧作為熱源的熔焊方法簡稱弧焊圖21 為適合機器人應用的弧焊方法 圖 2-1 弧焊方法 1 氣體保護電弧焊 氣體保護電弧焊GM

26、AW 是用外加氣體作為電弧介質(zhì)保護電弧和焊接區(qū) 的電弧焊它是應用非常廣泛的一類電弧焊方法能夠用作保護氣的氣體主要有 氦氣氬氣二氧化碳氣還有一些其它的氣體和一些混合氣體也可以用作焊接 或切割的保護氣 2 氬弧焊 氬弧焊雖然可以焊接所有的金屬但是它引弧困難存在較強的陰性清理作 7 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 用嚴格的焊前清理也較為復雜 3 二氧化碳氣體保護焊 二氧化碳氣體保護焊是利用二氧化碳氣體作為保護氣的氣體保護電弧焊簡 稱CO 焊這種方法具有生產(chǎn)率高比焊條電弧焊高 13 倍成本低是埋弧 2 焊和焊條電弧焊的4050焊接質(zhì)量好的特點被廣泛地應用在汽車制造 石油化工及造船等工業(yè)中CO 焊發(fā)展

27、很快已有取代或部分取代焊條電弧焊的 2 趨勢 4 藥芯焊絲CO 焊 2 藥芯焊絲CO 焊具有焊條電弧焊和CO 的優(yōu)點采用藥芯焊絲后由于藥芯 2 2 焊劑的成分改變了純CO 焊電弧氣氛的物理化學性質(zhì)因而可以減少飛濺且飛 2 濺的顆粒細小容易清除又因焊池表面有熔渣覆蓋所以焊縫成形類似于焊條電 弧焊比用純CO 焊時美觀但是藥芯焊絲也有不足之處如焊絲制造過程復雜 2 送絲較實芯焊絲困難需采用降低送絲壓力的送絲機構(gòu)焊絲外表容易銹蝕粉 劑易吸潮因此要對焊絲的保存嚴加管理 所以最終選擇CO 氣體保護焊CO 氣體保護焊的飛濺問題是一個很重要的 2 2 問題在設計過程中盡量減少飛濺 22 二氧化碳氣體保護焊焊接

28、參數(shù)的選擇 CO 焊廣泛應用于各種位置不同坡口形式和各種厚度焊件的焊接如果 2 不正確地選擇焊接參數(shù)將引起各種焊接缺陷增加工時和降低工作功率 CO 焊的焊接參數(shù)主要有焊絲直徑焊接電流電弧電壓和焊接速度等 2 com徑 根據(jù)焊件的情況首先應選擇合適的焊絲直徑各種直徑的焊絲都有其使用 的電流范圍細絲適用于較小的電流而粗焊絲主要的熔滴過渡形式為潛弧射滴 過渡適用于厚板和填充焊縫焊絲直徑與電流范圍的關系表見表2-1各種直 徑焊絲合適的電流和電弧電壓區(qū)間如圖所示從圖中可以看到小于1mm 的細絲主要的熔滴過度形式為短路過度適用于薄板打底焊 com流 焊接電流與送絲速度成正比也就是說送絲速度越快則電流也越大

29、反之亦 然CO 焊焊接電流的大小是由送絲速度來調(diào)節(jié)的焊接電流對焊絲和焊件的熔 2 化影響最大也是影響焊深的主要因素電流對焊絲熔化速度影響為隨著焊件 8 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 電流的增加焊絲熔化速度也增大其中細焊絲的熔化速度增大更快些這是因 為細絲產(chǎn)生的電阻熱較大 通常隨著焊接電流增加電弧電壓也相應增加一些所以隨著電流的增加焊 縫熔寬和余高略有增大熔深增加更明顯 表 2-1 焊絲直徑與電流范圍 焊絲直徑mm 推薦電流范圍A 可能使用電流范圍A 06 4090 30180 08 50120 40200 09 60150 50250 10 7080 60300 12 80350 7040

30、0 16 300500 150600 設定焊絲適應范圍為 10mm 1mm 1mm 焊接電流范圍 70500 com壓 CO 焊電弧靜特性是上升特性為保持一定的弧長隨電流的增加電弧電 2 壓也應增大電弧電壓的高低是由焊接電源調(diào)節(jié)的電弧電壓是決定焊縫熔寬的 最主要的因素因為電弧電壓越高電弧籠罩范圍也越大于是熔寬增加而熔 深余高卻減小 電弧電壓也反映了弧長的大小電弧電壓越高弧長也越大則焊槍噴嘴到焊 件的距離也越大氣體保護效果也變差當電弧電壓過高時易生成氣孔 com 焊接速度 在保持焊接電流和電弧電壓一定的情況下焊接速度加快則焊縫的熔深熔 寬和余高都減少焊道成為凸形焊接速度再加快在焊趾部出現(xiàn)咬邊進一

31、步 提高焊速時將出現(xiàn)駝峰焊道相反焊速過低時熔池中液態(tài)金屬將流到電弧的 前面電弧在液態(tài)金屬上面燃燒從而使焊縫熔合不良形成未焊透 通常半自動焊時當焊接速度低于 15cmmin焊槍移動不易均勻而在焊 接速度達到 60-70cmmin 時焊槍難以對準焊接線所以通常焊接速度多為 30-50cmmin 9 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 com 焊絲干伸長 焊絲干伸長較大時由于電阻熱的作用是焊絲的熔化速度加快但是焊絲干 伸長過大時將引起電弧不穩(wěn)飛濺增加焊縫外觀不良和產(chǎn)生氣孔導電嘴與 焊件間的距離實際上反映了焊絲干伸長的大小因焊絲干伸長難以測量所以實 際上只給出導電嘴-焊件的距離該距離的大小主要根據(jù)焊接電

32、流決定如表 2-2所示當焊接電流小于250A 時其間距為6-15mm 當焊接電流大于 250A 時其間距為15-25mm 焊絲干伸長的大小還影響母材的熱輸入當改變導電 嘴-焊件間距時焊接電流與熔深均發(fā)生變化當該距離增大時焊絲熔化速 度加快而焊縫熔深及焊接電流減少根據(jù)這一特點在半自動焊接時焊工可以通 過調(diào)節(jié)焊槍高度來調(diào)節(jié)熱輸入 表 2-2 焊絲干伸長與焊接電流的關系 焊接電流A 導電嘴焊件間距mm 250 615 250 1525 23 CO 氣體保護焊工藝特點及與設備的關系 2 com CO 焊自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2 CO2焊的焊接過程一般都包括引弧焊接和收弧三個階段為獲得高效與優(yōu) 質(zhì)的焊接接頭就應

33、保證每個階段都能按照一定的工藝要求進行而這些工藝過 程是由焊接設備保證的 為了獲得良好的焊接質(zhì)量在焊接過程中應保持焊接參數(shù)包括焊接電流 點弧電壓和焊接速度恒定不變?yōu)楸ＷC焊接過程穩(wěn)定也就是保證電流和電弧電 壓穩(wěn)定這是十分困難的因為焊接過程中經(jīng)常受到外界的擾動而導致電流和 電弧電壓偏離預定值外界擾動有弧長電網(wǎng)電壓等尤其是弧長有 1-2mm 的 變化就足以引起點弧電壓較大的變化而這一微小變化又是經(jīng)常發(fā)生的所以 CO2焊接系統(tǒng)應具有自動調(diào)節(jié)能力以便克服外界干擾的影響保持參數(shù)穩(wěn)定及 焊縫尺寸穩(wěn)定 CO 焊自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種形式一為弧焊過程自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)另一類 2 為電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1 弧焊過程的

34、自身調(diào)節(jié)系統(tǒng) 10 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 1基本原理 弧焊過程的自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由獨立的送絲機構(gòu)送進焊絲其電路原理如圖 2-2所示 圖 2-2 弧焊過程自身調(diào)節(jié)電路圖 CO 焊接過程中當焊絲以等速送進時如果過程穩(wěn)定也就是弧長不變時 2 焊接參數(shù)也保持不變那么熔化速度以v 就等于送絲速度 vv v m fm f 假設在外界干擾作用下弧長發(fā)生了改變弧長由l 增至l 則引起焊接電流減 0 1 小焊絲熔化速度v 也減小而送絲速度v 不變這樣就破壞這一平衡關系使 m f 得 于是引起弧長減小時弧長自動恢復到原定長度l 從而保持了規(guī)定的 v v 0 m f 參數(shù)值相反弧長受外界干擾而減小時將發(fā)生

35、相反的變化也能恢復到原規(guī)定長 度l 可見這種恢復弧長的現(xiàn)象不是靠外界施加的強迫作用而完全是有弧長 0 變化所引起的焊接參數(shù)的變化使焊絲的熔化速度產(chǎn)生了相應的變化而自動調(diào)節(jié) 弧長故稱為電弧自身調(diào)節(jié)作用 2焊接參數(shù)的調(diào)整方法 CO 焊的主要焊接參數(shù)有焊接電流與電弧電壓在等速送絲系統(tǒng)中焊接電 2 流主要由送絲速度決定大體上成正比關系理想自身調(diào)節(jié)靜特性曲線接近于垂 直電流恒定電流最大送絲速度v 對應著最大電流I 而最小送絲速度 f a v 對應著最小電流I 而電弧電壓主要由電源外特性決定在電弧自身調(diào) f min a min 節(jié)系統(tǒng)中電源外特性應采用緩降或平的外特性又電源外特性決定電弧電壓的調(diào) 節(jié)范圍

36、2 電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 電弧電壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要用于粗絲CO 焊和埋弧焊 2 11 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 1基本原理 電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)又稱為均勻調(diào)節(jié)其電路原理圖如圖2-3所示 圖 2-3 電弧電壓反饋調(diào)節(jié)電路圖 這時送絲電路與弧焊電源有關送絲電動機的電樞電壓直接受控于電弧電 壓當系統(tǒng)受到外界干擾時如弧長波動將引起焊接參數(shù)的變化這里是利 用電弧電壓作為反饋量并通過一個專門的自動調(diào)節(jié)裝置強迫送絲速度發(fā)生變化 例如弧長拉長時電弧電壓增大從而保持焊接參數(shù)恒定電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)原理框圖如圖2-4所示 圖 2-4 電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 給定電壓U 與反饋電弧電壓U 相比

37、較來決定送絲方向和送絲速度的大小這 g a 一關系的表達式如下 v k U U f a g k 式中 -弧壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的放大系數(shù)cmsV 12 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 穩(wěn)定的焊接過程中 這時 保持不變但受到外界干擾后U v f vm Ua Ug a 發(fā)生變化也引起 變化于是送絲速度 發(fā)生變化最終使弧長維持穩(wěn) Ua Ug vf 定仍保持 v v f m 這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)通過不斷采集電壓信號U 作為被控制量 a 然后通過比較器調(diào)節(jié)器和送絲機構(gòu)調(diào)節(jié)送絲速度從而達到調(diào)節(jié)弧長的目的 2弧壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的焊接參數(shù)調(diào)節(jié)方法 弧壓反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的焊機采用變速送絲與陡降特性焊接電源相配合而在

38、變 速送絲系統(tǒng)中靜特性接近于平行電流坐標軸的直線因此這種自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 調(diào)節(jié)電源外特性主要是為調(diào)節(jié)焊接電流而調(diào)節(jié)給定電壓主要是為調(diào)節(jié)電弧電 壓 com 引弧與收弧工藝要求 焊接過程中不但要保證焊接是過渡穩(wěn)定而且還應確保引弧與收弧過程順 利尤其是在短焊縫時更應注意引弧及收弧技術否則將影響焊接效率和焊接質(zhì) 量 1 引弧技術 CO 焊采用接觸引弧為實現(xiàn)瞬時成功引弧如圖 2-5 所示焊絲的端頭與 2 焊件相接觸時不希望在焊私欲導電嘴的接觸點B處附近燒斷焊絲而希望在焊 絲端與焊件的接觸點A處燒斷這是引弧成功的必要條件為此就要創(chuàng)造有利于 在A處燒斷的條件已知A點電阻RA 是一個動態(tài)電阻隨著接觸時間的延長R

39、A di 將急劇降低所以必須提高短路電流上升速度 使得RA 仍然較大時達到較大的 dt 短路電流以利于在A點燒斷否則在B點燒斷而使引弧失敗 圖 2-5 CO 焊引弧示意圖 2 為了提高短路電流上升速度從焊接回路分析影響最大的因素是在焊接回路 中串入的直流電感 DCL 由于該電感值較大對電流又很強的抑制作用這是 13 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 難以實現(xiàn)瞬時引弧但是該電感對于減少焊接飛濺和穩(wěn)定焊接過程又是必須的 所以實際焊機往往采取分時控制的方法也就是在引弧時為小電感而在焊接時 又恢復為較大的電感值具體實現(xiàn)方法如下 1逆變弧焊機 di 逆變弧焊機的工作頻率高而直流電感小所以引弧時逆變弧焊機

40、的 比晶 dt 閘管整流弧焊機的高對于12 mm 焊絲的CO焊達到引弧所需電流600A的 2 di 時間為 1ms 以下于是 很高引弧成功率也很高而晶閘管整流電路中為達 dt 到600A需要4ms 以上 2在直流電感設置并聯(lián)旁路電路 在直流電感DCL上并聯(lián)一組晶閘管如圖2-6所示 圖 2-6 并聯(lián)旁路電路 當引弧時令晶閘管VH7VH8VH9導通使 DCL 被短路因為晶閘 di 管電路的阻抗很小所以 很大有利于引弧當電弧燃燒后晶閘管 VH7VH8 dt VH9立即關斷而轉(zhuǎn)換到 DCL 電路的VH 1VH2VH3導通電路恢復正常 為提高引弧成功率提高短路電流上升速度僅僅是問題的一個方面還應使 焊絲

41、與焊件的接觸電阻RA保持較大的值也就是應該采用慢送絲引弧方式焊 絲緩慢送向工件與工件接觸引燃后再提高送絲速度達到正常值慢送絲可以 減緩接觸壓力增加的速度也就是使接觸電阻緩慢衰減引弧成功后立即恢復 正常送絲速度此外還應注意到導電嘴的磨損情況如果導電嘴磨損較嚴重將使 焊絲與導電嘴間的接觸點B發(fā)生變化同時可能增加該點的接觸電阻導致引弧 失敗 在連續(xù)焊接時為了重復引弧希望在焊絲端頭保留的熔化小球越小越好因 14 焊接機器人手部結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)設計 為該小球較大是難以在 A 點爆斷而是引弧失敗引燃時還可能發(fā)生返燒現(xiàn)象 導致引弧失敗甚至燒毀導電嘴為此前述的一些措施應嚴格地按時轉(zhuǎn)換如 引弧后應立即恢復正常送絲

42、速度還可以在引弧后立即降低電流的方法減小焊絲 熔化速度和防止返燒隨后在逐漸恢復到給定電流值 2 收弧技術 收弧時應注意熔池情況和焊絲端頭狀況如果焊接電流過大則熔池也大 冷卻凝固時能產(chǎn)生較大的弧坑這時極易產(chǎn)生凹坑甚至弧坑裂紋而焊接端頭易產(chǎn) 生較大的熔化金屬球 1引弧填充 在短路過渡CO 焊時焊接電流小所以形成的焊接熔池小熔池凝固時弧坑 2 較平坦沒什么不良的影響電流較大時能形成較大的凹形弧坑嚴重影響焊接 質(zhì)量采取處理方法如下 帶弧坑填充的焊機焊接收弧程序如圖 2-7 所示當焊接結(jié)束時輸出一個指 令使送絲速度即焊接電流降低到正常值的 60-70左右電弧電壓也按合 理匹配之相應地降低帶弧坑填滿后就可以停止焊接 圖 2-7 焊接收弧程序 2去球措施 焊接結(jié)束