浅析ABB机械臂自动化焊接工艺

李天普

摘要：文章简要介绍ABB机械臂的结构和动作原理，然后结合横梁钢管与连接座焊接实例，具体研究ABB机械臂的自动化焊接技术原理和参数控制要求，为ABB机械臂在工业领域的广泛应用进行有益的探索和实践。

关键词：ABB机械臂；自动化焊接工艺；参数控制

1 ABB机械臂的结构和动作原理

ABB机械手臂又称关节机器人，多数有6轴，6个关节可联动、也可以单个的运动、也可沿着X＼Y＼Z三个坐标方向移动，从而实现三维柔性工作。ABB机械手包括控制装置、悬式示教作业操纵按钮台、操作箱和机器人主体等几个部分。除此以外，机械手上还配装了两轴旋转变位机，适用于转向架横梁钢管与连接座、横向止挡座的焊接作业。

ABB自动化焊接机械臂的主体结构及动作原理如下：控制系统：由微型计算机和控制箱组成。控制箱主要包括焊枪位置控制模板、输入/输出接口电路以及功率驱动电路等组件；微型计算机不单单是指主机和键盘，还应该有配套的显示器和输入/输出设备。焊枪位置控制模板：焊枪位置由相应的机械电弧摆动模板、弧压控制模板以及调控信号等组件进行调控。在管道360度自动焊接的过程中，操作员应该多注意焊枪位置，根据焊接需要随时调整焊枪的位置。

焊枪焊接方式：用来调控焊接工艺参数的旋钮由专用的焊接电源进行控制，调控按键主要分布在机头或专门的箱盒内。在焊接时，可对照所需的工艺参数，用旋钮和相应的按键进行参数调整。

2 ABB机械臂焊接工艺

经济型点焊机器人适用于任务量和劳动强度较大、焊点分布相对简单的工况，并且对作业环境不挑剔。通常要求焊接机器人的传动精度要高于其周边设备。要实现高效率焊接，需要两个前提：一是下料精度要，产品一致性高，才能更好的实现自动化焊接。二是工件的装配精度要高，装配误差小于焊丝的直接。

2.1ABB机械臂自动化焊接操作流程

ABB机械臂自动化焊接的操作流程如图1所示。

2.2关键环节的设计

2.2.1系统运动方式的确定

按照焊接要求，焊接机械臂须采用5轴联动式运动模式。其伺服系统的旋转、摆动部件通过快速步进电机的开环控制系统进行操控。开环控制系统构造单一，易于调整和维护，既经济又实用。

2.2.2执行机构传动方式的确定

为确保主机传动精度和作业过程的稳定性符合设计要求，应参考以下几点来装配设计机械传动装置：一是传动元件和导向元件的摩擦系数尽可能最小；二是传动间隙尽可能为零；三是传动链不宜过长。

2.2.3确定机械臂的整体结构及布局

①确定机械臂的外观尺寸以及各局部结构的尺寸和结构布局。②将运动部件放开到极限自由度，对其位置进行调校。③确定控制系统、驱动部件和执行部件的间距及相对位置。

2.2.4协调控制

按焊接要求对各机械臂和变位机进行操控，保持工件与焊枪的相对姿态，严防焊接过程中工件与焊枪之间发生磕碰。

2.2.5精确焊缝轨迹跟踪

机械臂的视觉传感器和激光传感器支持离线作业功能，焊接时应该擅用这一功能，通过激光传感器跟踪监控对焊缝的焊接过程，以实时调整机械臂焊接动作的柔性，特别是提高机械臂对复杂工件的适用性。

3实践研究——ABB机械臂在梁管焊接中的应用

下文以ABB机械臂在横梁钢管和连接座焊接工艺中的应用为例，对ABB机械臂的焊接工艺进行详细论述。

3.1坡口及焊缝型式

横梁钢管与连接座为对接双面环焊缝，内侧焊缝型式为5V，外侧焊缝型式为10U。横梁钢管与连接座的坡口为对称结构。

3.2焊丝与保护气体

横梁钢管与连接座的焊丝选用ISO14341-A-G424MG3Si1，其化学成分和力学性能分别見表1和表2。

3.3工艺参数及焊接顺序

将横梁管与连接座放在工装内点固，点固四处，每处点固30～40mm，点固后需将点固焊缝两侧打磨呈至少50°的斜坡，清除点固焊缝中存在的气孔、表面裂纹等焊接缺陷。先用机械手对称焊接横梁钢管与连接座内腔焊缝，背面清根后对称交替焊接横梁钢管与连接座的打底层、填充层、盖面层。保证层间温度低于200℃，焊接参数如表3所示。

3.4焊后无损探伤

为进一步检测焊缝内部是否存在缺陷，需对焊缝进行无损检测。磁粉探伤对于表面和近表面存在的裂纹、未熔合等面积型缺陷具有较高的探测度。射线探伤可以检测出气孔、夹渣等体积型缺陷，而且可以检测出缺陷的具体位置、大小。

4结束语

ABB机械手对于横梁钢管和连接座的内外环焊缝具有良好的焊接工艺性。焊缝表面成形美观、均匀，焊接参数合理。机械手电弧跟踪系统有助于提高焊接质量。打磨焊缝后进行磁粉探伤检测，焊缝表面没有磁痕和其它缺陷点，焊缝质量达标。本文仅仅针对ABB机械手对于横梁钢管和连接座的自动化焊接工艺进行了研究，实际上ABB机械臂在自动化焊接工业领域具有广泛的适用性，在具体操作时需要结合实际工况对其技术参数进行适当调整，以提高其适用性。

参考文献：

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（作者单位：杭州大和热磁电子有限公司）