我公司作為亞洲最大、世界第二大的鋁型材研發(fā)制造商，主要產(chǎn)品有鋁合金型材、鋁壓延材及各行業(yè)的鋁合金深加工產(chǎn)品。近年來，我公司在深加工產(chǎn)品領(lǐng)域先后引進(jìn)了 IGM龍門式焊接機(jī)器人、松下焊接機(jī)器人工作站、ABB焊接機(jī)器人生產(chǎn)線，通過對產(chǎn)品不斷的進(jìn)行自動化升級，在提高產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性的同時，大大提高了生產(chǎn)效率，從而降低了生產(chǎn)成本。鋁合金托盤就是其中極具代表性的產(chǎn)品。
知識點(diǎn)：鋁合金焊接工藝的發(fā)展與碳鋼有所不同。由于原鋁合金有許多元素，每一種合金元素對母材的可焊性不同的影響，所以有必要發(fā)展很多不同的填充合金以適應(yīng)這些不同的合金元素。比如，一些原鋁合金有特殊的化學(xué)性，為特定合適的機(jī)械和物理特征設(shè)計，而且并沒有最好的可焊性。
這些合金的化學(xué)性質(zhì)凝固特性不好，容易產(chǎn)生凝固裂紋。為了發(fā)展合適的焊接工藝，不產(chǎn)生有裂紋的焊縫，必須掌握每種不同的合金的凝固裂紋敏感性。這一焊接發(fā)展工作從本身來說就是一個大工程。許多工作由鋁母材制造商完成，因?yàn)樗麄兎奖阒冷X的可靠焊接方法和工藝，同時也鋁裝配工完成，他們也知道這種新型材料的潛力，很希望使用它。美國焊接發(fā)展的兩個先鋒是ALCOA（美國鋁公司）和Kaiser 鋁化學(xué)公司，都有出版物；焊接ALCOA鋁最早在1954年出版（見圖1），焊接Kaiser鋁最早在1967年出版。
在現(xiàn)代工業(yè)世界競爭時代，結(jié)構(gòu)金屬必須可焊性好。最早適合鋁的焊接技術(shù)包括羥基燃料氣焊和電阻焊。鋁弧焊主要局限于SMAW（手工電焊弧），有時叫MMA。這一焊接工藝使用管狀焊條。很快發(fā)現(xiàn)，這一工藝并不最適于焊接鋁。主要問題之一就是焊劑殘留引起的腐蝕，尤其是在填充焊縫里，焊劑留在焊縫后，促進(jìn)了焊縫的腐蝕。
鋁作為結(jié)構(gòu)金屬的突破是隨著二十世紀(jì)四十年代惰性氣體焊接工藝的出現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的。比如，GMAW（氣體金屬電弧焊），也叫MIG（熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊）；GTAW（氣體鎢極電弧焊），也叫TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊）。隨著在焊接中出現(xiàn)使用惰性氣體保護(hù)熔化鋁的焊接工藝，就可能以高速，全方位打出高質(zhì)量，高承載力焊縫，沒有腐蝕焊劑。
今天，使用各種技術(shù)和焊接工藝使鋁和鋁合金可焊性好。最近的兩個工藝是激光束焊（LBW）和攪拌摩擦焊（FSW）。但是，GTAW/TIG和GMAW/MIG焊接工藝仍然是最流行的。
鋁合金托盤具有輕量、環(huán)保及回收價值高等優(yōu)點(diǎn)，是鋁合金擠壓型材經(jīng)過焊接而成，焊接位置可達(dá)性好，適用于自動化生產(chǎn)。目前，ABB機(jī)器人生產(chǎn)線（見圖1）成為我公司托盤產(chǎn)品生產(chǎn)效率最高的設(shè)備，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)手工焊及其他單個機(jī)器人焊接工作站。
圖1
機(jī)器人生產(chǎn)線特點(diǎn)
?。?）生產(chǎn)線采用焊接（見圖2）、搬運(yùn)（見圖3）、輸送、檢測、打磨、碼垛（見圖4）于一體的模式，具有自動化程度高、單位產(chǎn)出比高、物流路徑短、生產(chǎn)靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
圖2
圖3
圖4
?。?）三軸變位機(jī)由伺服電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)通信，變位機(jī)可實(shí)現(xiàn)360°翻轉(zhuǎn)及任意位置安全停止正常工作，且機(jī)器人對變位機(jī)有聯(lián)控功能。焊接夾具為氣動夾具。
?。?）使用數(shù)字脈沖逆變焊機(jī)，相比直流焊機(jī)，采用脈沖過渡方式焊接，使焊接過程中熱輸入量大大減少，減小了焊后工件變形，焊縫質(zhì)量好、成形美觀，且使用脈沖焊機(jī)，焊后基本無飛濺。
?。?）采用強(qiáng)制水冷的焊接冷卻水箱，帶強(qiáng)制制冷的功能，且水溫可調(diào)，保證焊槍的冷卻效果，同時帶有流量檢測開關(guān)及保護(hù)氣流量檢測裝置，保證焊接的可靠性。
（5）機(jī)器人本體各軸、外部軸、變位機(jī)各軸均配有剎車裝置和安全監(jiān)測裝置，工位的外圍安裝急停按鈕，在發(fā)生危險時，操作人員在工件附近能夠迅速停止設(shè)備工作。6軸智能防碰撞技術(shù)將碰撞力減小到30%，且可快速恢復(fù)。
?。?）系統(tǒng)設(shè)置清槍剪絲機(jī)構(gòu)，包括剪絲機(jī)構(gòu)和噴防飛濺油裝置。清槍、剪絲噴油系統(tǒng)清理焊渣徹底，滿足無人干預(yù)要求，不影響焊縫跟蹤和保護(hù)氣體流動，不損壞焊槍。
機(jī)器人的焊接特點(diǎn)
(1)臨時停點(diǎn)、斷電自動恢復(fù)功能 焊接中發(fā)生電弧異常、斷電和暫時停止的時候，去除錯誤因素或者暫時停止原因后，在再起動時調(diào)用命令，自動從任意的位置向電弧切斷位置恢復(fù)，同時還可以通過設(shè)定對于電弧切斷位置的偏置量（以電弧切斷位置為基準(zhǔn)的焊接線方向的平移量），可以指定焊縫的重疊和焊接剩余部分。
(2)收弧回?zé)δ? 焊接結(jié)束時（電弧OFF命令執(zhí)行時），出現(xiàn)焊絲粘在工件上（下稱粘絲）的情況下，自動熔斷焊絲（再給上電?。┙獬辰z狀態(tài)，使之達(dá)到可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的功能，并可以設(shè)置接觸次數(shù)。
（3）刮擦起弧功能 當(dāng)工件表面存在生銹、油污等缺陷時，ABB機(jī)器人可設(shè)定用焊絲在工件表面反復(fù)刮擦，直至起弧成功。
?。?）專家數(shù)據(jù)庫功能 數(shù)據(jù)庫功能是事先設(shè)定登錄焊接條件，通過數(shù)據(jù)庫命令呼出設(shè)定的焊接條件的功能。此外，在數(shù)據(jù)庫中可以設(shè)定每層的焊接條件，通過設(shè)定必要層數(shù)的焊接條件可以進(jìn)行多層焊接。
?。?）圓弧修正功能 系統(tǒng)配備高精度的直線、圓弧、點(diǎn)對點(diǎn)差補(bǔ)、直線+擺動、圓弧+擺動差補(bǔ)、曲線差補(bǔ)等功能。
?。?）示教編程功能 可通過ABB的全彩觸摸屏式示教器，手動示教編程。
（7）故障自診斷功能 ABB的IRC5機(jī)器人控制柜中含有診斷文件，診斷文件包含系統(tǒng)設(shè)置信息和一些用戶的存儲信息，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會把相應(yīng)的故障代碼顯示在觸摸屏上并嘗試自動修復(fù)。
?。?）弧坑填充功能 電源能在收弧時精確控制電流的衰減以填滿弧坑。
?。?）焊槍擺動功能 ABB機(jī)器人能在觸摸屏里設(shè)定焊槍的平擺和鐘擺功能。
?。?0）外部啟動/停止功能 ABB控制柜帶有I/O板，能外接啟動和停止等擴(kuò)充功能。
3. 生產(chǎn)效率及成品率對比
ABB機(jī)器人生產(chǎn)線通過大量的自動化設(shè)備、合理的設(shè)備配比、高精度的重復(fù)定位等優(yōu)點(diǎn)，使鋁合金托盤在生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)手工焊及其他單個焊接機(jī)器人工作站，相關(guān)對比數(shù)據(jù)如附表所示。
4. 結(jié)語
綜上所述，焊接機(jī)器人生產(chǎn)線具有絕對的優(yōu)勢，是當(dāng)前最高效的焊接生產(chǎn)模式，而目前最突出的問題是其設(shè)備投入成本高，但經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，我公司引進(jìn)的ABB機(jī)器人生產(chǎn)線較傳統(tǒng)手工焊節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本，約三年即可收回前期的設(shè)備投入，而設(shè)備的使用壽命通常在10年以上。
當(dāng)下，焊接過程的高效率、柔性化、自動化、智能化已成為先進(jìn)焊接裝備的重要發(fā)展趨勢，焊接機(jī)器人也正經(jīng)歷著由單機(jī)示教再現(xiàn)型向多傳感、智能化的柔性機(jī)器人工作站或多機(jī)器人工作群方向發(fā)展。相信將會有更多領(lǐng)域的焊接產(chǎn)品應(yīng)用到焊接機(jī)器人生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化。
知識點(diǎn)：鋁合金焊接工藝的發(fā)展與碳鋼有所不同。由于原鋁合金有許多元素，每一種合金元素對母材的可焊性不同的影響，所以有必要發(fā)展很多不同的填充合金以適應(yīng)這些不同的合金元素。比如，一些原鋁合金有特殊的化學(xué)性，為特定合適的機(jī)械和物理特征設(shè)計，而且并沒有最好的可焊性。
這些合金的化學(xué)性質(zhì)凝固特性不好，容易產(chǎn)生凝固裂紋。為了發(fā)展合適的焊接工藝，不產(chǎn)生有裂紋的焊縫，必須掌握每種不同的合金的凝固裂紋敏感性。這一焊接發(fā)展工作從本身來說就是一個大工程。許多工作由鋁母材制造商完成，因?yàn)樗麄兎奖阒冷X的可靠焊接方法和工藝，同時也鋁裝配工完成，他們也知道這種新型材料的潛力，很希望使用它。美國焊接發(fā)展的兩個先鋒是ALCOA（美國鋁公司）和Kaiser 鋁化學(xué)公司，都有出版物；焊接ALCOA鋁最早在1954年出版（見圖1），焊接Kaiser鋁最早在1967年出版。
在現(xiàn)代工業(yè)世界競爭時代，結(jié)構(gòu)金屬必須可焊性好。最早適合鋁的焊接技術(shù)包括羥基燃料氣焊和電阻焊。鋁弧焊主要局限于SMAW（手工電焊弧），有時叫MMA。這一焊接工藝使用管狀焊條。很快發(fā)現(xiàn)，這一工藝并不最適于焊接鋁。主要問題之一就是焊劑殘留引起的腐蝕，尤其是在填充焊縫里，焊劑留在焊縫后，促進(jìn)了焊縫的腐蝕。
鋁作為結(jié)構(gòu)金屬的突破是隨著二十世紀(jì)四十年代惰性氣體焊接工藝的出現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的。比如，GMAW（氣體金屬電弧焊），也叫MIG（熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊）；GTAW（氣體鎢極電弧焊），也叫TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊）。隨著在焊接中出現(xiàn)使用惰性氣體保護(hù)熔化鋁的焊接工藝，就可能以高速，全方位打出高質(zhì)量，高承載力焊縫，沒有腐蝕焊劑。
今天，使用各種技術(shù)和焊接工藝使鋁和鋁合金可焊性好。最近的兩個工藝是激光束焊（LBW）和攪拌摩擦焊（FSW）。但是，GTAW/TIG和GMAW/MIG焊接工藝仍然是最流行的。