[结构件的机器人焊接工艺分析2013.08.29.doc

结构件的机器人焊接工艺分析 王生龙 （神光新能源股份有限公司 西宁 810000） [摘要]：本文以高倍聚光光伏发电自动跟踪系统的主要部件模组支撑架及主传动轴（扭管组合）为例，了解机器人焊接工作站系统，焊接工艺特点及各工序时序图（Time Chart），利用反变形的统计分析法，以保证产品的精度要求。 [关键词]：钢结构 焊接变形 机器人 时序图 钢结构普遍采用焊接，金属焊接时在局部加热、熔化过程中，加热区的金属与周边的母材温度相差很大，产生焊接过程中的瞬时应力。冷却至原始温度后，整个接头区焊缝及近缝区的拉应力区与母材在压应力区数值达到平衡，这就产生了结构本身的焊接残余应力。此时，在焊接应力的作用下钢结构件发生变形，使焊后工件与原设计不符，需进行施力或加热校正方可达设计要求。为提高生产效率，就要从实际中寻找规律，找到防止和纠正变形的方法。 一、产品结构及特点 1.1模组支架： 如图1所示，模组支撑架由长度分别为1250mm和2070mm的10#轻型槽钢及40mm×80mm×3mm的矩形管组合焊接而成，材质均为Q253A。其特点为焊后两槽钢侧面须在同一平面上，且两槽钢必须平行，以保证1052.1±0.5mm安装尺寸。但是，焊接完成后2070槽钢易发生焊接应力变形，导致安装装尺寸变小，需火焰加热校正或锤击校正至要求尺寸方可。 图1. 模组支撑架 1.2主传动轴（扭管组合）： 图2. 主传动轴（扭管组合） （A--法兰板组合件I，B--法兰板组合件II，C--M20×55法兰螺栓，D--扭矩管，E--轴管组合见） 如图2所示为主传动轴组合焊接件，其材质全部为Q235A。主要由两端法兰板组合件、轴管组合件和Φ168×3mm圆管等焊接而成。其特点为组焊零件多，易发生变形，对两法兰板与扭管之间的垂直度要求高；为整个光伏发电光线追踪系统提供各方向的旋转支持，因此对于主传动轴焊接完成后的直线度及轴管与扭管的垂直度要求非常高。一般要求主传动轴整体直线度为4000mm/2mm；轴管与扭管垂直度为2mm。 工艺过程 2.1模组支架加工工艺： 根据加工方法的不同，模组支架的加工工艺分为传统加工工艺和现代加工工艺。传统加工工艺为先焊后孔，即焊接完成后再钻安装孔；现代加工工艺为先孔后焊，即将安装孔钻好后再焊接。具体介绍如下： 1）传统加工工艺为人工焊接，劳动量大，效率低，生产成本高。其一般生产步骤为：人工上料至手工焊夹具→夹紧工件→点焊定型→松开工件→取件→手工焊接→将工件装卡至钻孔模具→钻孔→取件→完成。依照生产步骤，如时序图所示，共耗时700秒左右。 时序图1 2）现代加工工艺为机器人焊接，装备先进，生产效率高，焊接质量好，可不间断作业。其一般生产步骤为：人工上料→夹紧工件→机器人焊接→夹具翻转→机器人焊接→焊接停止，夹具翻转至取件位置→打开夹具→取件→补焊→校正→完成。依照生产步骤，如时序图2所示，共耗时236秒。  时序图2 3）从以上时序图可发现，现代工艺在节约成本的基础上大大的提升生产效率，并且针对镀锌时工件的吊装姿态，对漏锌孔进行了改良，将所有的漏锌孔改至同一方向（如图3所示）。如此，在镀锌时易于排锌，保证质量的同时减少了锌的残留，节约成本。 （图3. 模组支架漏锌孔优化后） 2.2主传动轴（扭管组合）加工工艺： 主传动轴的加工过程分为定位焊接、机器人焊接和人工补焊。在此过程中要求加工时间的平衡，即 t定位焊接=t机器人焊接=t人工补焊，以达生产效率最大化的目的。以下具体介绍定位焊接、机器人焊接和人工补焊的生产工艺。 1）定位焊接 将所有的零件（见图2）装卡至定位焊接工装，并按照指定要求（见图4）进行定位点焊的过程称为定位焊接。 A.两端法兰板与扭管点焊位置 B.轴管与扭管点焊位置 图4.主传动轴点焊位置示意图 （ 为点焊区域 ） 为了使机器人在焊接时不发生撞抢、粘丝以及避免定位焊缝与机器人焊接轨迹发生重合等情况，定位焊接时必须按照必须按照如图所示的位置进行点焊定位，定位焊缝一般10-15mm左右。 2）双机器人及变位机联动焊接 把定位焊接好的工件通过自行小车吊运至机器人焊接夹具，夹紧夹具并启动焊接程序，此时，变位机转动并通过制定的程序与双机器人之间联动配合焊接，这个过程就是双机器人和变位机的联动焊接。 三机联动在轴管处采用的对称焊接，不但生产效率快，而且使焊接所产生的拉压应力保持平衡，保证了两轴管的同心度。在批量生产时，使产品质量得到了保证。 3）人工补焊 对上工序机器人焊接时有可能造成