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焊接机器人在汽车行业应用
2022/10/18
焊接机器人CO2环保焊枪
汽车车身焊装车间主要用的焊接方式是电阻点焊、螺柱焊接和少量弧焊。弧焊一般用在座舱总成焊接区、地板总成焊接区、侧围总成焊接区、调整线线头和门盖焊接生产区。当然不同车型的模型设计不一样，可能弧焊的部位也是不一样的。对于这些弧焊工位，通常的做法是设置除尘设备或不除尘。目前CO2焊接除尘方式主要有以下几种：
1.集中通风除尘
汽车车身CO2焊接的集中除尘主要是CO2焊接室除尘，即将车身上需要CO2焊接的地方进行集中焊接，建立一个CO2焊接室，内部设置多台CO2焊机。在CO2焊接室内部设置排风口，通过管道连接到车间外面。开动通风设备进行抽风，CO2焊接室产生负压，令焊接时产生的大量烟尘通过排烟管道排到室外。这种方式多数情况下只是排烟尘不能除尘，但排烟效果好。
2.单机通风除尘
汽车车身的CO2焊接量一般不太大，有的设计考虑到焊接顺序和焊接空间等问题，弧焊缝设计的比较分散，不适合集中焊接，采用分散焊接时通常要采用单机除尘设备，如图2所示。这种设备除尘后将吸进的空气排到车间，从而达到通风除尘的效果。单机除尘设备的吸尘罩可以根据焊接位置灵活拉动调节的高度和位置，但除尘罩面积有限，除尘效果不如焊接室。单机除尘设备的缺点是投资较大，增加工人辅助工作量，而排烟管道还妨碍工人焊接及工件上、下料。
3.环保除尘焊枪
环保除尘焊枪（见图3）实际就是在CO2普通焊枪外表面增加了一个直径比普通焊枪大一点的套管，焊枪重量增加很少，对工人操作影响不大。这种环保焊枪的优点是：采用PLC脉冲控制仪，自动反吹风；低压启动焊枪把手触动开关，拿起工作时机器自动起动，放下时机器即停止运行，解决了不必要的浪费；采用一个吸气孔配一个焊接工位，可单机、多机同时实现即开即用，节能、方便、体积小、质量轻及移动自如。
这种环保焊枪除尘是近年来才研制出来的，虽然吸烟尘面小，但靠近烟尘产生的源头，排烟效果很好。图4和图5分别是使用普通焊枪和环保焊枪焊接的实例照片，可以看出，使用了环保焊枪焊接，焊接烟尘明显减少。目前，该设备已经在一些大型机械厂和客车厂进行了试用，用户反映不错。同时，试用业主也反映这种环保焊枪的排烟效果与焊接姿态有关，平焊、角焊排烟的效果是不一样的。
伺服焊枪
与气动焊枪相比，电阻点焊伺服焊枪可以不使用压缩空气，而且控制精度和焊接质量更好。电阻点焊伺服焊枪一般在焊接机器人上使用，比气动焊枪更加节能，且噪声小。据国内某工厂提供的测算资料表明，电阻点焊伺服焊枪的一个焊点可以节省0.1分钱。对于自动化程度比较高的车身焊装生产线，一台车身机器人焊接量累计在1500点以上，年产10万台汽车车身的焊装车间一年内则可节约成本10万元以上。
电极涂层
通过电火花在点焊电极表面振动熔敷10～20mm厚金属导电陶瓷（如TiC等），可以阻断电极基体材料铜和车身冲压件表面锌之间的化学反应。此外，由于金属导电陶瓷的导电性能不如铜及铜合金，在相同焊接条件下发热更多，故要形成一定熔核的点焊接头可以减少焊接电流。试验表明，在焊接（0.7＋0.7）mm的汽车用镀锌钢板时，形成标准熔核大小的焊接电流比没有熔敷金属导电陶瓷的电极（普通电极）的焊接电流小200A左右，而且电极寿命提高1.3倍左右。图6是表面熔敷金属导电陶瓷TiC后点焊电极的照片。
这种振动熔敷金属导电陶瓷电极在美国通用汽车公司得到了广泛应用，在国内的东风汽车有限公司十堰40厂也得到了应用。
一体化悬挂点焊机
车身焊装车间采用的悬挂点焊机大部分是分体式悬挂点焊机，即焊接变压器与焊钳分离。变压器与焊钳通过很粗的铜电缆连接。汽车车身用钢板厚度在0.6～1.2mm之间，焊接过程焊接电流通常在10000A以上，连接铜电缆瞬时会产生大量的电阻热量和强烈的电磁辐射，这时就需要用冷却水进行冷却。
而采用一体化悬挂点焊机，焊接变压器在焊钳上，从而省去了焊接变压器与焊钳之间的连接电缆，大大提高了能量的使用效率。在汽车车门总成及分总成焊接时，采用分体悬挂点焊机，其容量一般在150～160kVA之间，而采用一体化悬挂点焊机一般用35～40kVA焊机就可以了。图7和图8分别是一体化焊机和分体式悬挂点焊机应用实例，从中可以看出，连接到一体化焊机电缆直径很小，而分体式焊机与焊钳连接的电缆很粗。
无论是一体化焊机还是分体式焊机，焊接变压器输入的电压一般都是单相380V。一体式焊机由于焊接变压器在焊钳上，存在着安全隐患，不能满足大多数汽车厂的安全用电规程，因此许多工厂，特别是合资工厂禁止使用一体化悬挂点焊机。另外，由于焊接变压器在焊钳上，增加了焊钳的重量，人工操作强度大，所以比较适合小焊钳焊接门盖或小件等。
汽车车身焊装车间主要用的焊接方式是电阻点焊、螺柱焊接和少量弧焊。弧焊一般用在座舱总成焊接区、地板总成焊接区、侧围总成焊接区、调整线线头和门盖焊接生产区。当然不同车型的模型设计不一样，可能弧焊的部位也是不一样的。对于这些弧焊工位，通常的做法是设置除尘设备或不除尘。目前CO2焊接除尘方式主要有以下几种：
1.集中通风除尘
汽车车身CO2焊接的集中除尘主要是CO2焊接室除尘，即将车身上需要CO2焊接的地方进行集中焊接，建立一个CO2焊接室，内部设置多台CO2焊机。在CO2焊接室内部设置排风口，通过管道连接到车间外面。开动通风设备进行抽风，CO2焊接室产生负压，令焊接时产生的大量烟尘通过排烟管道排到室外。这种方式多数情况下只是排烟尘不能除尘，但排烟效果好。
2.单机通风除尘
汽车车身的CO2焊接量一般不太大，有的设计考虑到焊接顺序和焊接空间等问题，弧焊缝设计的比较分散，不适合集中焊接，采用分散焊接时通常要采用单机除尘设备，如图2所示。这种设备除尘后将吸进的空气排到车间，从而达到通风除尘的效果。单机除尘设备的吸尘罩可以根据焊接位置灵活拉动调节的高度和位置，但除尘罩面积有限，除尘效果不如焊接室。单机除尘设备的缺点是投资较大，增加工人辅助工作量，而排烟管道还妨碍工人焊接及工件上、下料。
3.环保除尘焊枪
环保除尘焊枪（见图3）实际就是在CO2普通焊枪外表面增加了一个直径比普通焊枪大一点的套管，焊枪重量增加很少，对工人操作影响不大。这种环保焊枪的优点是：采用PLC脉冲控制仪，自动反吹风；低压启动焊枪把手触动开关，拿起工作时机器自动起动，放下时机器即停止运行，解决了不必要的浪费；采用一个吸气孔配一个焊接工位，可单机、多机同时实现即开即用，节能、方便、体积小、质量轻及移动自如。
这种环保焊枪除尘是近年来才研制出来的，虽然吸烟尘面小，但靠近烟尘产生的源头，排烟效果很好。图4和图5分别是使用普通焊枪和环保焊枪焊接的实例照片，可以看出，使用了环保焊枪焊接，焊接烟尘明显减少。目前，该设备已经在一些大型机械厂和客车厂进行了试用，用户反映不错。同时，试用业主也反映这种环保焊枪的排烟效果与焊接姿态有关，平焊、角焊排烟的效果是不一样的。
伺服焊枪
与气动焊枪相比，电阻点焊伺服焊枪可以不使用压缩空气，而且控制精度和焊接质量更好。电阻点焊伺服焊枪一般在焊接机器人上使用，比气动焊枪更加节能，且噪声小。据国内某工厂提供的测算资料表明，电阻点焊伺服焊枪的一个焊点可以节省0.1分钱。对于自动化程度比较高的车身焊装生产线，一台车身机器人焊接量累计在1500点以上，年产10万台汽车车身的焊装车间一年内则可节约成本10万元以上。
电极涂层
通过电火花在点焊电极表面振动熔敷10～20mm厚金属导电陶瓷（如TiC等），可以阻断电极基体材料铜和车身冲压件表面锌之间的化学反应。此外，由于金属导电陶瓷的导电性能不如铜及铜合金，在相同焊接条件下发热更多，故要形成一定熔核的点焊接头可以减少焊接电流。试验表明，在焊接（0.7＋0.7）mm的汽车用镀锌钢板时，形成标准熔核大小的焊接电流比没有熔敷金属导电陶瓷的电极（普通电极）的焊接电流小200A左右，而且电极寿命提高1.3倍左右。图6是表面熔敷金属导电陶瓷TiC后点焊电极的照片。
这种振动熔敷金属导电陶瓷电极在美国通用汽车公司得到了广泛应用，在国内的东风汽车有限公司十堰40厂也得到了应用。
一体化悬挂点焊机
车身焊装车间采用的悬挂点焊机大部分是分体式悬挂点焊机，即焊接变压器与焊钳分离。变压器与焊钳通过很粗的铜电缆连接。汽车车身用钢板厚度在0.6～1.2mm之间，焊接过程焊接电流通常在10000A以上，连接铜电缆瞬时会产生大量的电阻热量和强烈的电磁辐射，这时就需要用冷却水进行冷却。
而采用一体化悬挂点焊机，焊接变压器在焊钳上，从而省去了焊接变压器与焊钳之间的连接电缆，大大提高了能量的使用效率。在汽车车门总成及分总成焊接时，采用分体悬挂点焊机，其容量一般在150～160kVA之间，而采用一体化悬挂点焊机一般用35～40kVA焊机就可以了。图7和图8分别是一体化焊机和分体式悬挂点焊机应用实例，从中可以看出，连接到一体化焊机电缆直径很小，而分体式焊机与焊钳连接的电缆很粗。
无论是一体化焊机还是分体式焊机，焊接变压器输入的电压一般都是单相380V。一体式焊机由于焊接变压器在焊钳上，存在着安全隐患，不能满足大多数汽车厂的安全用电规程，因此许多工厂，特别是合资工厂禁止使用一体化悬挂点焊机。另外，由于焊接变压器在焊钳上，增加了焊钳的重量，人工操作强度大，所以比较适合小焊钳焊接门盖或小件等。
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