机器人焊接缺陷解决方案

张民 吴月 王彩凤

1. 概述

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机。使用焊接机器人进行焊接具有以下优点：稳定和提高焊接质量；提高劳动生产率；改善了工人劳动强度，降低了对工人操作技术的要求；缩短了产品改型换代的准备周期。后桥箱为推土机上的一个大型结构件，后桥箱上连接小腿与壳体的两条焊缝就采用焊接机器人进行焊接，在机器人焊接时，经常出现熔池流淌的现象，引起焊瘤的产生（见图1），人工焊补工作量大，同时产生大量的修磨工作量，费时费力，如何简单有效的避免焊瘤的产生成为该工序的一个困扰。

2. 原因调查

后桥箱小腿的组对焊接工艺流程：将待组对后桥箱采用工装进行组对→调节尺寸→点固→打底焊→机器人焊接→人工焊补→修磨。如图2所示，该处焊缝连接后桥箱小腿与内壳体，坡口较大，机器人在焊接时为防止熔池流淌，通常仅焊接中间的一小段，留下两侧较长部分由人工进行焊补，机器人焊接后的焊缝如图3所示。

经统计，2014年1～3月SD16小腿焊缝焊接时焊瘤发生数量及修磨前的合格率如附表所示。经计算，前3个月的合格率均值仅为57.7%，与工厂设定的合格率目标87%相距甚远，严重影响了该处焊缝质量。

由于焊缝直通，在机器人焊接和人工焊补过程中，经常会因熔池流淌而形成焊瘤；由于焊缝宽，人工补焊困难，所以既浪费焊丝，也为后续的修磨工序增加了工作量。经分析，焊缝通透无挡边，焊接机器人及人工焊补困难，容易导致流淌产生焊瘤。

3. 试验

（1）方案一 对该处焊缝采用外加辅助陶瓷挡块的方法，对焊缝两头遮挡可避免熔池流淌。

图1 后桥箱上产生焊瘤的焊缝

图2 焊缝结构

图3 机器人焊接后焊缝

焊缝修磨前合格率统计

试验过程简述：首先采用强力胶刷于挡块的一侧，焊接前粘于该处焊缝的一侧（见图4），机器人焊接时将起始端移至焊缝两头焊接（见图5），焊接完成后去除挡块，效果如图6所示。

效果验证：通过本次试验，焊缝焊接的有效长度得到了延长，由于挡块的遮挡，避免了熔池流淌导致焊瘤的产生。虽然利用挡块在避免焊瘤方面取得了一定成效，但是焊接陶瓷块采用胶粘贴，在焊接过程中由于受热等原因出现了脱落，且每个陶瓷挡块只能使用一次，会产生较多的新增成本，综合考虑，采用不易脱落及成本较低的方法较适宜。

（2）方案二 该处焊缝为半V形，一侧为内壳体，另一侧为小腿下盖板（平板）所开的坡口（见图7），两者对接而成。内壳体为铸件，不方便改动，下盖板为板材，坡口由坡口机器人切割而成，因此可以从下盖板的坡口形式进行改善。

我们设想小腿盖板开坡口时在两侧各留一个5mm侧边（见图8），这样在机器人焊接可以焊接至两端，避免熔池中铁液流淌导致焊瘤产生。若采用本方案，下盖板坡口只需改变形式，不会产生新增加费用。另外，由于组对尺寸并不发生变化，工装无需调整，所以不会产生新增工装费用，因此总体费用不会增加。针对该处坡口形式改进的建议，进行联合讨论后，认为该方案可行，对小腿盖板进行了切换（见图9），并进行了试验验证。

试验过程如下：

将切换后的小腿盖板采用工装进行组对，经验证组对效果良好，工装无需调整。机器人焊接过程中，可以把焊接起点（见图10）及终点定在坡口两端的挡板位置，这样可增加机器人的可焊接长度，如图11所示。

改进后的坡口有效地避免了焊接熔池中铁液的流淌，杜绝了焊瘤的产生，节省了修磨工序工作量；每条焊缝机器人的可焊长度从80mm增加到150mm，降低了人工焊补的工作量和焊接难度；同时焊缝外观和内部质量都得到了提高。

4. 结语

通过采用本方法使该处焊缝的焊接机器人的可焊长度大大延长，同时由于避免了熔池中铁液流淌，杜绝了焊瘤的产生。经2014年4～5月份统计，改进后该处后桥箱小腿下盖板焊缝焊接时焊瘤发生数量为0，合格率达到了100%，同时该处焊缝的外观和内部质量都得到了大大的提高。实践证明，该经验可推广到类似焊缝的机器人焊接中。

图4 粘贴陶瓷挡块

图5 焊接

图6 去除挡块

图7 小腿下盖板坡口形式

图8 坡口改变形式

图9 切换后的小腿盖板坡口

图10 机器人焊接起始点

图11 机器人焊接效果