■ 孟慶彪，李偉，張建民，秦建偉，齊杭賓

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1. 概述

電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器外殼——油箱承裝著整個器身并充滿變壓器油，焊縫強(qiáng)度及密封性是變壓器的兩個重要指標(biāo)。

目前，在變壓器油箱制造行業(yè)，雖然有的企業(yè)已經(jīng)開始使用機(jī)器人，但總體仍是以手工焊接和仿形半自動焊接為主，自動化焊接還有很大的提升空間。與手工焊接相比，機(jī)器人焊接在穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率等方面存在著巨大優(yōu)勢。因此，大力推廣應(yīng)用焊接機(jī)器人，提高焊接自動化水平是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

圖1 焊接機(jī)器人

圖2 示教器

2. 焊接機(jī)器人構(gòu)造及功能

下面就以我公司使用的德魯斯DRW3110F-40型焊接機(jī)器人（見圖1）為例，簡要介紹一下機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)及主要功能。

這是一款可移動式6軸焊接機(jī)器人，由移動工作站系統(tǒng)和焊接機(jī)器人系統(tǒng)兩大部分組成，可通過吊車將整套工作站或焊接機(jī)器人系統(tǒng)吊到需要的工作位置，其基體由機(jī)器人、弧焊系統(tǒng)、電纜、控制柜、系統(tǒng)軟件等幾部分構(gòu)成。焊接系統(tǒng)采用FANUC公司生產(chǎn)的M-710iC/20L機(jī)械臂和美國LINCOLN公司的POWER WAVE i400數(shù)字焊接電源，能夠很好的滿足操作靈活度和焊縫質(zhì)量的要求。

為了實(shí)現(xiàn)自動化焊接，提高焊縫成形質(zhì)量，焊接機(jī)器人還具備如下功能。

（1）示教功能 不同于軌道固定式機(jī)器人，移動式機(jī)器人坐標(biāo)系的基準(zhǔn)零點(diǎn)不固定，程序的創(chuàng)建和修改要通過示教器（見圖2）進(jìn)行操作。

機(jī)器人有三種運(yùn)動軌跡，分別為：點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動、直線運(yùn)動、圓弧運(yùn)動，針對不同的焊縫路徑選擇不同的運(yùn)動軌跡。

（2）擺焊功能 為了增大焊縫寬度。提高焊接強(qiáng)度，手工焊接操作時常常沿著焊接方向以特定角度（形狀）周期性左右搖擺焊槍。焊接機(jī)器人同樣具備這一擺焊功能，并可以選擇正弦型擺焊、圓型擺焊、8字形擺焊、L形擺焊等多種擺焊模式，擺焊條件設(shè)置分為頻率、振幅、右停留時間、左停留時間、角度等幾個參數(shù)。

（3）焊縫跟蹤功能 電弧傳感器可周期性對焊接電流實(shí)施監(jiān)測，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，按照事先設(shè)定的增益、偏差等參數(shù)值，對焊槍上下和左右方向進(jìn)行補(bǔ)償（見圖3）。這項(xiàng)功能在應(yīng)對工件出現(xiàn)加工偏差或者受熱變形等情況時非常有效，能夠及時糾正焊縫跑偏或?qū)捳灰磺闆r。

（4）多層多道焊功能 在變壓器油箱的箱底、箱蓋等較厚鋼板的焊接中，往往采取多層多道焊的方式。焊接機(jī)器人可以通過焊接路徑記憶和再現(xiàn)功能、焊接路徑偏移功能，使用位置寄存器使得在第一層焊接時跟蹤傳感器存儲的焊接線稍許偏移，從而實(shí)現(xiàn)反復(fù)多層焊接。多層焊接功能只需示教打底焊縫一次即可，其余各層焊縫均自動焊接完成。

圖3 位置補(bǔ)償

圖4 立角焊示教點(diǎn)位置

3. 應(yīng)用實(shí)例

變壓器油箱上存在多種焊接接頭型式，有對接焊縫、平角焊縫、立角焊縫等。下面，我們就以焊接難度較大的立角焊為例，介紹一則焊接機(jī)器人在變壓器制造中的應(yīng)用實(shí)例。

為保證焊接強(qiáng)度，油箱在焊接立角焊縫時需要采取由下向上立焊的方法。此方法熔深較大，容易焊透，但熔池底部是個斜面，熔融金屬在重力作用下比較容易下淌。因此，必須采用比平焊稍小的電流，焊槍的擺動頻率應(yīng)稍快，采用鋸齒形節(jié)距較小的擺動方式進(jìn)行焊接，使熔池小而薄，熔滴過渡采用短路過渡形式。

焊接機(jī)器人立角焊如圖4所示，首先要對預(yù)設(shè)位置點(diǎn)1、焊接起始點(diǎn)2、中間點(diǎn)3、焊接終止點(diǎn)4進(jìn)行示教并創(chuàng)建程序，必須加入擺焊功能和跟蹤功能。如果示教器中已保存有立角焊程序，僅需對焊接開始、結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行示教即可，操作步驟就可大大簡化。

在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中，可以根據(jù)不同的材質(zhì)、板厚、接頭形式及焊接位置等情況，設(shè)定不同的焊接參數(shù)。

使用上述程序和參數(shù)，對變壓器油箱箱沿與箱壁連接處進(jìn)行立角焊，就會形成一道魚鱗紋均勻、焊縫寬窄一致、不跑偏且沒有接頭的美觀焊縫，手工焊接是很難達(dá)到這種效果的。

值得注意的是，在焊接機(jī)器人示教過程中，調(diào)整好焊槍的傾斜角度很關(guān)鍵，如果角度偏差較大，就會出現(xiàn)焊腳不對稱的情況。同時，還要保證焊絲伸出長度足夠，否則焊接飛濺會堵塞槍嘴并造成保護(hù)罩過熱。

4. 推廣焊接機(jī)器人需要改進(jìn)的問題

實(shí)際應(yīng)用證明，對不受空間限制的變壓器長直焊縫或帶法蘭的圓形角焊縫，機(jī)器人焊接比人工焊接具有巨大優(yōu)勢。但焊接機(jī)器人在變壓器制造行業(yè)的應(yīng)用尚處于初級階段，為了提高焊接機(jī)器人利用率，還要從兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1）焊接機(jī)器人制造企業(yè)要提高其便捷化、智能化水平，以便能與生產(chǎn)現(xiàn)場更加有效的對接。如：使用無線定位技術(shù)，用激光筆模擬示教點(diǎn)及焊槍角度，代替示教時機(jī)械臂運(yùn)動；增加機(jī)器人手臂作業(yè)半徑，開發(fā)實(shí)用工裝，使機(jī)器人能移動到翻箱放倒的變壓器油箱內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)變壓器內(nèi)部焊縫焊接。

（2）變壓器設(shè)計(jì)部門要提高產(chǎn)品及零部件標(biāo)準(zhǔn)化程度，合理布局焊縫位置，減少零件扣壓、跨越焊縫現(xiàn)象，給機(jī)器人連續(xù)焊接創(chuàng)造良好條件。