进口焊接机器人焊接电源故障分析与处理

2021-08-27 09:15雒补清孙韦华古晶晶柴进虎
设备管理与维修 2021年11期
关键词:管脚焊枪万用表

雒补清,孙韦华,古晶晶,柴进虎

(晋西工业集团有限责任公司,山西太原 030027)

0 引言

2006 年,公司引进2 台德国CLOOS 焊接机器人,承担产品零部件钨极氩弧焊焊接工艺。设备使用多年后,电源内部元件老化故障逐步显现,特别是近期因工艺要求焊接电流加大,导致焊接电源故障较多。以下介绍焊接电源故障处理情况。

1 焊接电源简介

1.1 焊接电源技术参数

该焊接电源型号GLW 300 1-H-P-R,采用AC 400 V 电源输入,电流类型为AC/DC 两用,主要峰值功率15 kV·A,峰值电流22 A,焊接开路电压100 V,电流范围5~300 A,保护气体为氩气。该设备可进行钨极惰性气体焊接(TIG)和手工金属电弧焊接(MMA),使用以来多以TIG 焊接为主。

1.2 焊接电源组成

(1)A1 功率控制单元,是焊接电源的主要控制单元,包括A1-A11,主滤波器电路板;A1-A12,主模块电路板;A1-A13,换流器控制电路板;A1-K1,主接触器;主要部件如图1 所示。

图1 焊接电源功率控制单元电气原理

(2)A2 电源单元,DC/AC 变换器。

(3)A3 脉冲发生器,完成点火功能。

(4)A4 控制电路板WS20,TIG-控制单元。

(5)A5 控制电路板FLP30,前置PCB(印刷电路板)。

(6)A9 电路板分流器,电流控制。

1.3 其他功能部件

焊接电源内部其他功能部件有电容器、流量计、风扇、水泵、控制变压器等。电源外部与其连接的主要部件有ST166送丝进给系统和接口控制器、机器人控制柜、机器人本体、变位机等。

2 主要故障及分析

2.1 焊枪不起弧故障

2.1.1 保护气体问题引起的不起弧故障

(1)故障现象。自动焊接方式下,在焊接指令发出后机器人带着焊枪移动到焊接工位,焊接指令发出但是焊枪未起弧,机器人停止运动,原地待命。

(2)故障分析及检查方法。焊枪不起弧的原因很多,排除了操作方法及程序无异常后,确定是保护气体问题,引起焊接电弧不能建立。检查氩气瓶及调压阀,氩气阀门已开启,气源充足,调压阀功能正常。在示教器上试验手动打开氩气,指令能够发出,但未能听到正常的进气阀打开时的“啪、啪”声。检查焊接电源下部进气阀门,断开连接线路,用万用表测量进气阀线圈Y1,电阻值正常。检查对地绝缘,亦未发现绕组有短路现象。再次试验指令发出后,测量进气阀线圈电压,万用表显示为0 V,说明控制回路没有电压输出。顺着线路检查到A4 控制电路板WS20,其输出端3、4 管脚端无电压,判断是WS20 控制电路板损坏,原理见图2。

图2 WS20 控制电路板原理

(3)处理方法。更换WS20 控制电路板后试验,故障排除。

2.1.2 主要元器件损坏引起的不起弧故障

(1)故障现象。更换工件后启动程序,焊枪移动到焊接工位,但是电弧未建立,机器人停止运行。

(2)故障分析及检查方法。首先,检查氩气阀,功能正常。检查A4WS20 控制电路板,无明显异常。更换一块WS20 电路板,故障依旧。检查主模块板A1-A13,大功率二极管和晶闸管测量值正常。再检查逆变回路,用万用表测量其输出电压,和另一台正常焊接电源对比,发现正常输出电压为AC 400 V,而该电路输出电压仅为AC 240 V,说明逆变回路异常。拆开逆变电路,检查其中两只IGBT 模块,发现一只已损坏。

(3)处理方法。购买同型号的IGBT 模块GCA200AA60 进行更换,输出电压正常,故障排除。

2.2 起弧后焊接电源掉电故障

(1)故障现象。某次焊接过程中,起弧后整个焊接电源掉电,电源指示灯和其他LED 指示灯全都熄灭。

(2)故障分析及检查方法。关断电源开关,再次送电,焊接电源依然无电,说明故障严重,可能存在局部短路。首先,检查电源内控制变压器端2 个熔断器FU1 和FU2,发现FU1 熔丝烧断,FU2 正常。更换2.5 A 的熔丝后送电,电源送电正常。但是焊接起弧后电源又立即掉电,再次证明回路短路。其次,更换A4WS20控制电路板和A1-A13 转换器控制电路板,均未见效;检查A1-A12 主模块板,上面的大功率晶闸管、二极管未见明显异常;检查逆变回路的 IGBT 模块GCA200AA60,拆开进线,用万用表测量IGBT 管脚G1、E1、C1 和G2、E2、C2 之间电阻值,未见明显异常。因此,判断故障不在主回路上,应该在电弧建立后的辅助回路中。分析焊接过程是电弧建立后焊枪需要冷却,随即冷却泵自动启动。检查冷却泵电机,发现其绕组对地绝缘电阻值为0 Ω。确认原因是电机绕组对地短路故障,造成焊接电源掉电。

(3)处理方法。用国产循环水泵代替损坏的德国原装水泵,改造水路和电路后,故障排除。

2.3 焊接工序完成后焊枪不能收弧故障

(1)故障现象。自动焊接完毕后焊枪本应收弧,但焊枪不收弧且没有回到初始工位,产品存在过烧现象。若不能及时发现,产品可能被烧穿直至报废。

(2)故障分析及检查方法。检查焊枪送丝回路,送丝管、送丝轮和送丝电机工作正常,焊丝运行自如。随后调换两台焊接电源,并用试件进行焊接,故障依旧,排除焊接电源本身故障。

焊接电源上面配置一个ST166 控制器,功能是送丝进给系统和接口控制,怀疑该装置出现问题,影响收弧功能。对调2 台ST166 控制器后试验,故障不再出现,证明是ST166 控制器出现问题。

ST166 控制器主要组成:①A1,电机调节板,技术参数为0~10 V=0~5 m/min,表示当控制电压在0~10 V 变化时,输送焊丝的速度为0~5 m/min;②A2,电源继电器板;③A3,过滤器兼速度反馈板。此外,还包括1 个控制变压器和7 个高频滤波器。高频滤波器分为2 种,Z1、Z3、Z6、Z7 型号为SLF-50 mA,为小电流滤波器;Z2、Z4、Z5 型号为FN332-3 A,为大电流滤波器,如图3 所示。

图3 ST166 控制器部分接线

仔细测量A1、A2、A3 电路板各管脚的技术参数后未发现异常,更换A1、A2、A3 电路板后试验,故障依旧。测量Z1-Z7 高频滤波器管脚电压和电阻值,和另一台对比也正常。检查变压器、熔断器、电阻、电容等都正常,使用万用表测量连接电缆都导通。检查均无异常,但是设备不能正常工作,分析影响ST166 控制器工作的因素。进一步查看,ST166 控制器通过2 根多芯电缆与外部连接,其中一根15 针电缆通过航空插头连接到焊接电源上。怀疑该航空插头或电缆出现异常,影响收弧。

(3)处理方法。购买同型号航空插头,使用新0.75 mm2×20的多芯软电缆,按照原来连接方法一端与航空插头焊接,另一端连接到ST166 控制器各元件管脚中。连接好以后进行试验,焊接完毕后收弧正常,故障排除。

3 结束语

(1)修理过程中,无论是检查还是更换元器件、电路板,一定注意操作规范,手法要轻,防止损坏插头内针脚或元器件,使故障扩大。

(2)对IGBT 模块进行锡焊作业时,为避免烙铁、烙铁焊台产生的静电加到IGBT 模块,烙铁外端要用较小的电阻接地。连接IGBT 模块端子时,主端子电极间不能有张力和压力作用,以免电极端子发热,使得模块过热。

(3)检查更换含有集成块的电路板过程中,注意手不要触摸上面元件,防止人身上的静电损坏集成块,必要时需戴上手环,释放静电。

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