工業(yè)機器人焊接工藝與技能高職PPT完整全套教學課件

工業(yè)機器人焊接工藝與技能模塊1工業(yè)機器人基礎模塊2工業(yè)機器人焊接系統(tǒng)課件01模塊2工業(yè)機器人焊接系統(tǒng)課件02模塊3工業(yè)機器人焊接工藝模塊4

機器人焊接示教編程模塊5機器人焊接離線編程模塊6機器人焊接技能與技法模塊7機器人焊接缺欠、故障與檢驗模塊8焊接機器人安全、維護與保養(yǎng)全套PPT課件模塊一、工業(yè)機器人基礎2任務一、認識工業(yè)機器人一、什么是工業(yè)機器人1.工業(yè)機器人定義工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置,它能自動執(zhí)行工作,是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮,也可以按照預先編排的程序運行。3任務一、認識工業(yè)機器人各組織及群體對工業(yè)機器人的定義：組織及群體定義美國機器人工業(yè)協(xié)會一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過程序動作來執(zhí)行種種任務的，并具有編程能力的多功能操作機日本工業(yè)機器人協(xié)會工業(yè)機器人是一種帶有存儲器件和末端操作器的通用機械，它能夠通過自動化的動作替代人類勞動中國科學家機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器國際標準化組織工業(yè)機器人是一種仿生的、具有自動控制能力的、可重復編程的多功能、多自由度的操作機械4任務一、認識工業(yè)機器人2.工業(yè)機器人應用領域5二、工業(yè)機器人的特點任務一、認識工業(yè)機器人1．可編程，能根據(jù)用戶需要進行再編程。2．擬人化，有類似人的關節(jié)結構和傳感器3．通用性，可以執(zhí)行多種作業(yè)任務4．機電一體化，是機械學和電子學的有機結合，是典型的機電一體化裝備6三、工業(yè)機器人發(fā)展歷史任務一、認識工業(yè)機器人1954年喬治·德沃爾與約瑟夫·恩格爾伯格合作成立了世界上第一個機器人公司Unimation。1959年，美國造出了世界上第一臺工業(yè)機器人Unimate。1973年，KUKA創(chuàng)造出第一臺機電驅動的6軸機器人。1974年，瑞典通用電機公司（ASEA，ABB公司的前身）開發(fā)出世界上第一臺全電力驅動、由微處理器控制的工業(yè)機器人IRB-6。7第一臺工業(yè)機器人Unimate任務一、認識工業(yè)機器人81978年，美國Unimation公司推出通用工業(yè)機器人（ProgrammableUniversalMachineforAssembly，簡稱PUMA），應用于通用汽車裝配線，這標志著工業(yè)機器人技術已經(jīng)完全成熟。1978年，日本山梨大學的牧野洋發(fā)明了選擇順應性裝配機器手臂（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，簡稱SCARA）。這是世界第一臺SCARA工業(yè)機器人。1979年，日本不二越株式會社（Nachi）研制出第一臺電機驅動的機器人。2005年，YASKAWA推出可代替人完成組裝和搬運的機器人MOTOMAN-DA20和MOTOMAN-IA20。通用工業(yè)機器人PUMA任務一、認識工業(yè)機器人92006年，意大利柯馬公司（COMAU）推出第一款無線示教器；2008年，丹麥公司發(fā)明了第一臺協(xié)作機器人UR5。我國機器人的研究起步較晚。先后經(jīng)歷了二十世紀70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國機器人的研究，有了長足的發(fā)展，2010年到2013年，國內工業(yè)機器人快速發(fā)展，銷量開始超過萬臺，2013年到2017年，我國工業(yè)機器人產銷量呈爆發(fā)式增長。2018年到2019年，機器人需求增速放緩。2020年國內工業(yè)機器人產量達到了237068臺，2021年國內工業(yè)機器人同比增長57.8%，預計未來三到五年，國內工業(yè)機器人仍將保持超過35%的高速增長。任務一、認識工業(yè)機器人10四、工業(yè)機器人主要品牌1.日系品牌日系是工業(yè)機器人制造的主要派系，代表廠家有FANUC、安川、不二越、松下、OTC、三菱、川崎、EPSON等。任務一、認識工業(yè)機器人11四、工業(yè)機器人主要品牌2.歐系品牌歐系機器人品牌主要有ABB、KUKA、St?ubli、COMAU等。任務一、認識工業(yè)機器人12四、工業(yè)機器人主要品牌3.國產品牌近10年來，國產機器人發(fā)展迅速，目前國產工業(yè)機器人品牌主要有埃斯頓、新時達、埃夫特、新松等。任務一、認識工業(yè)機器人13五、工業(yè)機器人分類任務一、認識工業(yè)機器人14五、工業(yè)機器人分類機器人按作業(yè)任務分類機器人按結構特征分類任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術15一、工業(yè)機器人系統(tǒng)組成工業(yè)機器人一般由3個部分組成：機器人本體、控制器和示教器任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術161.工業(yè)機器人本體本體是工業(yè)機器人的機械主體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機構。它主要由機械臂、驅動裝置（電機）、傳動單元（減速機）及內部傳感器等部分組成。任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術172.機器人控制器機器人控制器機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定動作或作業(yè)任務的裝置任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術183.工業(yè)機器人示教器(a)ABB(b)KUKA(c)FANUC(d)安川機器人示教器是進行機器人手動操縱、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控用的手持裝置。任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術19二、工業(yè)機器人主要技術參數(shù)主要有以下幾種：自由度、工作范圍、最大工作速度、負載能力、定位精度和重復定位精度等。1.自由度，是描述物體運動所需要的獨立坐標數(shù)。2．工作范圍，是指機器人手臂末端或手腕中心運動時所能到達的所有點的集合。3．最大工作速度，最大的穩(wěn)定速度。4．負載能力，又稱為有效負載。5．定位精度和重復定位精度，是機器人選型的重要參數(shù)。任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術20三、工業(yè)機器人的運動軸與坐標系1.機器人運動軸工業(yè)機器人運動軸按其功能可劃分為機器人軸、基座軸、工裝軸?；S和工裝軸統(tǒng)稱為外部軸。

KUKA機器人各運動軸機器人軸與外部軸任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術212.機器人坐標系在關節(jié)坐標系下，機器人各關節(jié)獨立運動，有幾個關節(jié)就能幾個自由度獨立運動。直角坐標系是機器人示教和編程時經(jīng)常使用的坐標系之一。任務二、機器人系統(tǒng)結構和運動控制技術22機器人直角坐標系23本節(jié)完畢感謝觀看工業(yè)機器人焊接工藝與技能

模塊二、工業(yè)機器人焊接系統(tǒng)任務一、認識焊接機器人一、焊接機器人發(fā)展及應用現(xiàn)狀1.焊接機器人焊接機器人是從事焊接作業(yè)的工業(yè)機器人。焊接機器人需要在工業(yè)機器人的末端法蘭處安裝焊槍、焊鉗或激光焊接頭，使之能進行焊接作業(yè)。任務一、認識焊接機器人一、焊接機器人發(fā)展及應用現(xiàn)狀2.焊接機器人發(fā)展焊接機器人誕生至今已有三代：第一代是示教-再現(xiàn)型機器人，焊接機器人不具備外界信息的反饋能力，工人通過示教器控制機器人的行動；第二代是具有感知能力的機器人，焊接機器人依托傳感技術，獲得了一定的環(huán)境感知能力，可以根據(jù)既定規(guī)則對環(huán)境變化做出響應；第三代智能型焊接機器人，不但具有感知能力，而且具有獨立判斷、行動、記憶、推理和決策的能力，能完成更加復雜的動作。任務一、認識焊接機器人一、焊接機器人發(fā)展及應用現(xiàn)狀3.焊接機器人市場競爭格局在國際社會上，美國、日本以及歐洲公司在焊接機器人市場占據(jù)主導地位。瑞典ABB、日本發(fā)那科(FANUC)、日本安川電機(YASKAWA)和德國庫卡(KUKA)這四家企業(yè)仍是工業(yè)機器人的四大家族，成為全球主要的焊接工業(yè)機器人供貨商，占據(jù)全球約50%的市場份額。

任務一、認識焊接機器人一、焊接機器人發(fā)展及應用現(xiàn)狀3.焊接機器人市場競爭格局

國內知名的焊接機器人品牌主要有廣州數(shù)控、南京埃斯頓、沈陽新松、蕪湖埃夫特、上海新時達等。國內競爭力較強的焊接機器人系統(tǒng)集成商主要有安徽巨一、大連奧托、華恒焊接、廣州明珞、天津福臻、上海鑫燕隆、安徽瑞祥、廣州瑞松、上海德梅柯、長沙長泰等企業(yè)任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類1.按照機器人自動化技術程度分類第一類為示教再現(xiàn)型機器人，屬于第一代工業(yè)機器人，由操作者將完成某項作業(yè)所需的運動軌跡、運動速度、觸發(fā)條件、作業(yè)順序等信息通過直接或間接的方式對機器人進行“示教”，由記憶單元將示教過程進行記錄，再在一定的精度范圍內，重復再現(xiàn)被示教的內容，目前在工業(yè)中得到大量應用的焊接機器人多屬此類；任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類1.按照機器人自動化技術程度分類第二類為具有一定智能、能夠通過傳感手段（觸覺、力覺、視覺等）對環(huán)境進行一定程度的感知，并根據(jù)感知到的信息對機器人作業(yè)內容進行適當?shù)姆答伩刂疲瑢笜寣χ星闆r、運動速度、焊槍姿態(tài)、焊接是否開始或終止等進行修正，屬于工業(yè)機器人在其自動化技術發(fā)展過程中的第二代，采用接觸式傳感、結構光視覺等方法實現(xiàn)焊縫自動尋位與自動跟蹤的焊接機器人就屬于這一類；任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類1.按照機器人自動化技術程度分類第三類除了具有一定的感知能力外，還具有一定的決策和規(guī)劃能力，例如能夠利用計算機處理傳感結果并對焊接任務進行規(guī)劃，或根據(jù)焊接過程中的多信息傳感進行智能決策等，該類焊接機器人仍處于研究階段，尚未見實際應用。任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類2.按性能指標分類可將其分為五種：超大型焊接機器人、大型焊接機器人、中型焊接機器人、小型焊接機器人、超小型焊接機器人。分類負載能力P/N作業(yè)空間V/M3超大型機器人大型機器人中型機器人小型機器人超小型機器人任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類3.按所采用的焊接工藝方法分類按照機器人作業(yè)中所采用的焊接方法，可將焊接機器人分為點焊機器人、弧焊機器人、激光焊接機器人、攪拌摩擦焊機器人等類型。（1）點焊機器人點焊機器人具有有效載荷大、工作空間大的特點，配備有專用的點焊槍，并能實現(xiàn)靈活準確的運動，以適應點焊作業(yè)的要求，其最典型的應用是用于汽車車身的自動裝配生產線。任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類3.按所采用的焊接工藝方法分類（2）弧焊機器人因弧焊的連續(xù)作業(yè)要求，需實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，也可利用插補功能根據(jù)示教點生成連續(xù)焊接軌跡，弧焊機器人除機器人本體、示教器與控制柜之外，還包括焊槍、自動送絲機構、焊接電源、保護氣體相關部件等，根據(jù)熔化極焊接與熔化極焊接的區(qū)別，其送絲機構在安裝位置和結構設計上也有不同的要求。任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類3.按所采用的焊接工藝方法分類（3）激光焊機器人激光焊機器人除了滿足較高的精度要求外，還常通過與線性軸、旋轉臺或其他機器人協(xié)作的方式實現(xiàn)復雜曲線焊縫或大型焊件的靈活焊接。任務一、認識焊接機器人二、焊接機器人分類3.按所采用的焊接工藝方法分類（4）攪拌摩擦焊機器人攪拌摩擦焊機器人集成了傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊機頭，利用機器人的柔性化特征實現(xiàn)直線、平面二維和空間三維的攪拌摩擦焊接，該設備可保證攪拌摩擦焊過程的穩(wěn)定性焊接，實現(xiàn)焊接過程的高度自動化、全程無人干預等優(yōu)點。攪拌摩擦焊機器人除機器人本體、示教器與控制柜之外，還包括攪拌摩擦焊管線包、攪拌摩擦控制柜、攪拌頭、FSW(摩擦攪拌接合)設備和液冷系統(tǒng)等。任務一、認識焊接機器人三、焊接機器人應用優(yōu)勢焊接機器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機器人總量的50%，與焊接這個特殊的行業(yè)有關，焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產中非常重要的加工手段，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，焊接質量的好壞對產品質量起決定性的影響。歸納起來采用焊接機器人主要有以下應用優(yōu)勢：（1）焊接質量穩(wěn)定，保證其均一性；（2）提高勞動生產率；（3）改善了工人的勞動條件；

（4）產品周期明確，容易控制產品產量；（5）可縮短產品改型換代的周期，減少相應的設備投資。任務二、弧焊機器人系統(tǒng)一、弧焊機器人系統(tǒng)弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件、工程機械、金屬行業(yè)的自動化生產,主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有可長期進行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產率、高質量和高穩(wěn)定性等特點。弧焊機器人系統(tǒng)主要由機器人本體、機器人控制器、示教器、焊接電源、焊槍、送絲裝置、焊接變位機等輔助裝置等組成。任務二、弧焊機器人系統(tǒng)1.機器人本體2.機器人控制柜3.焊接電源4.焊接變位機5.送絲裝置（送絲機構）6.送絲裝置（焊絲盤）7.焊槍8.示教器弧焊機器人系統(tǒng)組成如下圖所示：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)二、弧焊機器人本體、控制器及示教器功能弧焊機器人本體、控制器及示教器是弧焊機器人焊接系統(tǒng)的主要部分，其功能見下表：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)三、焊接電源弧焊焊接電源是用來對焊接電弧提供電能的一種專用設備。焊接電源是焊接工藝裝備的“核心”，主要功能是將工業(yè)級交流電源轉化成滿足焊接工藝需求的電源，弧焊電源的負載是電弧，在選擇弧焊電源時，必須考慮到其必須具有工件弧焊工藝所要求的電氣性能，例如合適的空載電壓，一定形狀的外部特性，靈活的調節(jié)特性以及良好的動態(tài)特性等等。弧焊電源按照輸出的電流分類，可以分為交流、直流以及脈沖三種，而按照輸出外特性特征分類，可以分為恒壓特性、恒流特性以及緩降特性三種。任務二、弧焊機器人系統(tǒng)三、焊接電源焊接電源及功能描述詳見下表：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)四、弧焊機器人焊槍機器人焊槍的主要作用是提供電弧穩(wěn)定燃燒及熔池保護所需介質的通道，通常焊槍上裝有防碰撞傳感器，以減輕機器人及焊槍碰到工件因撞擊所造成的損壞。此外，為避免焊槍持續(xù)長時間焊接因溫度過熱燒損，弧焊焊槍上一般有冷卻通道，用于冷卻介質水或者空氣的流通。根據(jù)冷卻介質的不同，可分為水冷焊槍和空冷焊槍。Ar、He氣保焊電流超200A或CO2氣保焊電流超過500A時，基本采用水冷。任務二、弧焊機器人系統(tǒng)四、弧焊機器人焊槍弧焊機器人焊槍及功能見下表：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)五、送絲裝置弧焊機器人工作站所配備的送絲裝置由送絲機、焊絲盤及送絲軟管三個部分組成?；『笝C器人的送絲穩(wěn)定性是關系到焊接能否連續(xù)穩(wěn)定進行的重要因素。

送絲機按照安裝方式可以分為一體式和分離式，一體式即送絲機可安裝于機器人上臂的后部，與機器人本體組合使用。而將送絲機與機器人本體分開安裝則被稱為分離式。目前，弧焊機器人工作站系統(tǒng)中送絲系統(tǒng)采用一體式送絲機的比例越來越大，在此需要重點注意的是，對于需要在焊接過程中自動更換焊槍（變換焊絲直徑或種類）的焊接系統(tǒng)，必須采用分離式送絲機。任務二、弧焊機器人系統(tǒng)五、送絲裝置一體式送絲裝置及其功能見下表：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)六、其他附屬設備其他常用附屬設備主要有變位機、清槍剪絲裝置、工裝夾具、保護氣瓶、抽排煙設備和安全單元等，變位機、清槍剪絲裝置、工裝夾具、保護氣瓶功能見下表：任務二、弧焊機器人系統(tǒng)六、其他附屬設備抽排煙設備和安全單元等功能見下表：任務三、點焊機器人系統(tǒng)一、點焊機器人系統(tǒng)點焊機器人應用廣泛，其中汽車制造領域、不銹鋼管道、板材、船舶制造等領域中經(jīng)常出現(xiàn)點焊機器人的身影。點焊機器人系統(tǒng)主要由機器人本體、機器人控制柜、機器人焊鉗、焊鉗控制器（點焊控制器）、焊接變壓器（一體式焊鉗集成了焊接變壓器）、冷卻裝置、修磨及換帽設備等輔助裝置組成。其中，點焊控制器屬于電源及控制裝置，焊接變壓器屬于能量轉換裝置，焊鉗屬于焊接執(zhí)行機構。點焊控制器、焊接變壓器和焊鉗三部分又稱為點焊設備。任務三、點焊機器人系統(tǒng)一、點焊機器人系統(tǒng)點焊機器人系統(tǒng)組成如下圖所示：1.機器人本體2.機器人控制柜3.機器人焊鉗4.焊鉗控制器5.修磨及換帽設備6.水氣路控制面版7.冷卻裝置任務三、點焊機器人系統(tǒng)二、焊機器人本體、控制柜及示教器點焊機器人本體、控制柜及示教器是點焊機器人系統(tǒng)的主要組成部分，其功能見下表：任務三、點焊機器人系統(tǒng)三、焊鉗控制器（點焊控制器）機器人焊鉗控制器屬于電源及控制裝置，主要作用是提供焊接動力，控制焊鉗焊接時間、電流和壓力，穩(wěn)定焊接質量。焊鉗控制器綜合了機械的各種動作控制、時間控制以及電流調整功能。焊鉗控制器通常與機器人本體控制柜分開，二者通過應答通訊聯(lián)系，機器人控制柜給出焊接信號后，其焊接過程由焊鉗控制器自行控制，焊接結束后給機器人發(fā)出結束信號，以便機器人控制柜控制機器人移動。任務三、點焊機器人系統(tǒng)三、焊鉗控制器（點焊控制器）機器人焊鉗控制器功能詳見下表：任務三、點焊機器人系統(tǒng)四、機器人焊鉗機器人焊鉗是焊接執(zhí)行機構，焊鉗上一般集成焊接變壓器和冷卻通道。點焊機器人焊鉗從用途上可分為X型和C型兩種焊鉗。按焊鉗的行程，焊鉗可以分為單行程和雙行程。按加壓的驅動方式，焊鉗可以分為氣動焊鉗和電動焊鉗。按焊鉗變壓器的種類，焊鉗可以分為工頻焊鉗和中頻焊鉗。按焊鉗的加壓力大小，焊鉗可以分為輕型焊鉗和重型焊鉗。從焊接變壓器與焊鉗的結構關系上又可以將點焊機器人焊鉗分為分離式、內藏式和一體式。目前汽車整機廠常用的機器人點焊焊槍一般為電動伺服焊鉗。任務三、點焊機器人系統(tǒng)四、機器人焊鉗X型和C型兩種焊鉗及功能詳見下表：任務三、點焊機器人系統(tǒng)五、修磨及換帽設備焊鉗直接與工件接觸的地方又稱電極帽，電極帽屬于焊接消耗部件，焊接一定的次數(shù)后（一般為1000-1200點），由于磨損而需要修磨或更換。電極帽修磨及換帽設備主要功能是完成焊鉗電極帽的修磨和更換。焊接現(xiàn)場使用的設備大多是修磨換帽一體機，主要由電極修磨單元、電極拆卸單元、電極裝料單元組成。任務三、點焊機器人系統(tǒng)五、修磨及換帽設備修磨換帽一體機功能描述詳見下表：任務三、點焊機器人系統(tǒng)六、其他附屬設備其他附屬設備有焊鉗冷卻裝置、工裝夾具、及安全單元等。焊鉗冷卻裝置通常分為空冷和水冷兩種，其中水冷是成本最低的，使用比較廣泛的。水冷系統(tǒng)包括開設進風窗和排風窗的冷卻水箱，儲存有冷卻水，通過輸水管輸送至待冷卻設備，通過回水管輸送經(jīng)過待冷卻設備的冷卻水回到自身的儲水箱，以及設置在輸水管的路徑上促使輸水管內的冷卻水與空氣發(fā)生至少兩次熱交換的降溫系統(tǒng)，儲水箱的溫度隨著工作時長的推移會有所上升從而降低循環(huán)使用的冷卻水降溫效果。安全單元是焊接機器人工作站應用與維護的基礎性安全保障。任務三、點焊機器人系統(tǒng)六、其他附屬設備點焊機器人系統(tǒng)其他附屬設備功能描述詳見下表：任務四、激光焊機器人系統(tǒng)一、激光焊機器人系統(tǒng)激光焊接技術是近年來發(fā)展最快的一項激光加工技術。由于其獨特的柔性和生產效率，激光加工已經(jīng)成為各個生產環(huán)節(jié)中的獨特的工藝。應用領域包括鈑金加工，汽車，廚房設備以及電子工程，醫(yī)療或者是模具制造行業(yè)。與傳統(tǒng)焊接工藝相比，激光焊接具有許多優(yōu)勢，可用于完全不同類型的應用。機器人激光焊接可提供精確和清潔的焊接，而其他焊接方法更容易出現(xiàn)不一致并可能留下不準確的焊接。激光焊接也更加通用，適用于各種厚度的金屬。它可以比傳統(tǒng)焊接更快，并且具有明顯更小的熱影響區(qū)，最大限度地減少焊接過程中零件的變形。任務四、激光焊機器人系統(tǒng)一、激光焊機器人系統(tǒng)激光焊接過程可分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接兩種形式,在連續(xù)激光焊接焊接熔池形成的機理又分為熱導焊和熱熔焊兩種具體形式。熱導焊主要用于薄件，而熱熔焊是工業(yè)應用的主要焊接方法。

激光焊接根據(jù)應用類型又可以分為激光釬焊、激光熔焊、飛行焊接(亦稱遠程焊接或掃描焊接)。機器人激光焊接系統(tǒng)主要由機器人本體、機器人控制柜、激光焊接頭、激光源及光導聚焦系統(tǒng)、冷卻裝置等輔助裝置組成。任務四、激光焊機器人系統(tǒng)一、激光焊機器人系統(tǒng)激光焊接機器人系統(tǒng)組成如下圖：1.機器人本體2.機器人控制柜3.激光焊接頭4.激光源5.冷卻裝置6.光導聚焦系統(tǒng)任務四、激光焊機器人系統(tǒng)二、激光焊機器人本體、控制器及示教器激光焊機器人本體、控制器及示教器是激光焊機器人系統(tǒng)主要部分，其功能詳見右表：

任務四、激光焊機器人系統(tǒng)三、焊接激光頭焊接激光頭是整個設備的核心，在焊接的過程中起到很大的作用，焊接的能量的主要來源就是從這里發(fā)射出去的。焊接激光頭通常根據(jù)焊接類型可分為釬焊激光頭、熔焊激光頭和遠程激光頭，其功能詳見右表：

任務四、激光焊機器人系統(tǒng)四、激光源及光導聚焦系統(tǒng)激光源又稱激光器，是指為使激光工作物質實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉而提供能量來源的機構或裝置。一般由激光工作物質、激勵源和光學諧振腔組成。根據(jù)工作物質的不同可把所有的激光器分為以下幾大類。

（1）固體激光器（晶體和玻璃）；（2）氣體激光器；（3）液體激光器；

（4）半導體激光器；（5）自由電子激光器。用于激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。CO2氣體激光器功率大，是目前深熔焊主要采用的激光器，但從實際應用出發(fā)，在汽車領域，YAG固體激光器的應用更廣。任務四、激光焊機器人系統(tǒng)四、激光源及光導聚焦系統(tǒng)光導聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖、聚焦鏡等組成，實現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)、方向，傳輸光束和聚焦的功能。激光器及光導系統(tǒng)功能描述詳見右表：

任務四、激光焊機器人系統(tǒng)五、其他附屬設備其他附屬設備主要有冷卻單元、工裝夾具、安全單元等，其功能描述詳見下表：工業(yè)機器人焊接工藝與技能

模塊三、工業(yè)機器人焊接工藝任務一、焊接及焊接方法一、焊接定義及分類

焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使焊件達到結合的一種加工工藝方法。

目前世界各國年平均生產的焊接結構用鋼已占鋼產量的45%左右，焊接是目前應用最為廣泛的一種永久性連接方法。按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同，可以把焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊三類。任務一、焊接及焊接方法任務一、焊接及焊接方法1.熔焊熔焊是在焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。如電弧焊、電渣焊、激光焊等。電弧焊是弧焊機器人采用的焊接方法，其中熔化極氣體保護焊應用最廣。任務一、焊接及焊接方法2.壓焊壓焊是在焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。

電阻焊則是利用本身的電阻熱及大量塑性變形能量而形成焊縫或接頭的。

目前常用的電阻焊方法主要是點焊、縫焊、對焊和凸焊。

點焊就是點焊機器人所采用的電阻焊方法。任務一、焊接及焊接方法3.釬焊釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。常見的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊等。a）點焊b）縫焊c）凸焊d）對焊任務一、焊接及焊接方法二、焊接熱能實現(xiàn)金屬焊接常用焊接方法的熱能有電弧熱、電阻熱、化學熱、摩擦熱、激光束、電子束等。任務一、焊接及焊接方法三、焊縫的形成焊縫金屬是在焊接熱源作用下，由熔化的填充材料（焊條或焊絲）及母材熔合而成的。其形成過程可歸納為互相聯(lián)系和交錯進行的三個過程：一是焊絲（焊條）及母材的加熱熔化；二是熔化金屬（母材、填充材料）、熔渣（藥皮或焊劑熔化產生）、氣相（藥皮或焊劑熔化產生的氣體、保護氣體、焊接區(qū)空氣等）之間進行的化學冶金反應；三是快速連續(xù)冷卻下的焊縫金屬的結晶。任務一、焊接及焊接方法1.焊絲（焊條）及母材的加熱熔化（1）焊絲（焊條）金屬向母材的過渡焊絲或焊條端部熔化形成的向熔池過渡的液態(tài)金屬滴稱為熔滴。熔滴通過電弧空間向熔池轉移的過程稱為熔滴過渡。金屬熔滴向熔池過渡根據(jù)其形式不同，大致可分為滴狀過渡、短路過渡和噴射過渡。a）滴狀過渡b）短路過渡c）噴射過渡任務一、焊接及焊接方法（2）熔池的形成母材上由熔化的焊絲或焊條金屬與母材金屬所組成的具有一定幾何形狀的液體金屬稱為焊接熔池。焊接時若不加填充材料，則熔池僅由熔化的母材組成。焊接時，熔池隨熱源的向前移動而作同步運動，很像一個不太標準的半橢球。熔池的大小，存在時間對焊縫性能有很大影響。熔池的主要尺寸有熔池的長度L、最大寬度Bmax和最大深度Hmax。任務一、焊接及焊接方法2.焊縫金屬的結晶熔池液態(tài)金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為焊縫金屬的結晶。焊接熔池結晶有以下特點。（1）焊接熔池的體積小、冷卻速度大一般電弧焊條件下，熔池體積最大也只有幾十立方厘米，質量不超過100g。熔池被冷金屬包圍，冷卻速度大，一般達4～100℃/s。（2）焊接熔池的溫度分布極不均勻熔池中部處于熱源中心呈過熱狀態(tài)，一般鋼可達2300℃左右，而熔池邊緣緊鄰未熔化的母材處，是過冷的液態(tài)金屬，從熔池中心到邊緣存在很大的溫度梯度，溫度分布極不均勻。（3）熔池在運動狀態(tài)下結晶金屬的熔化和結晶是同時進行的，并以等速隨熱源而移動，熔池前半部進行加熱與熔化，而后半部則是冷卻與結晶。任務二、機器人弧焊方法與工藝一、熔化極氣體保護焊1.熔化極氣體保護焊的原理熔化極氣體保護焊是采用連續(xù)送進可熔化的焊絲與焊件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲和焊件，形成熔池和焊縫的焊接方法。為了得到良好的焊縫并保證焊接過程的穩(wěn)定性應利用外加氣體作為電弧介質并保護熔滴、熔池和焊接區(qū)金屬免受周圍空氣的有害作用。1—送絲滾輪2—焊絲3—噴嘴4—導電嘴5—保護氣體6—焊縫金屬7—電弧8—送絲機任務二、機器人弧焊方法與工藝2.熔化極氣體保護焊的特點（1）采用明弧焊，一般不必用焊劑沒有熔渣，熔池可見度好，便于操作。保護氣體是噴射的，適宜全位置焊接，不受空間位置的限制，有利于實現(xiàn)焊接過程自動化。（2）由于電弧在保護氣流的壓縮下熱量集中，焊接熔池和熱影響區(qū)很小，因此焊接變形小、焊接裂紋傾向不大，尤其適用于薄板焊接。（3）采用氬、氦等惰性氣體保護，焊接化學性質較活潑的金屬或合金時，可獲得高質量的焊接接頭。（4）氣體保護焊不宜在有風的地方施焊，在室外作業(yè)時須有專門的防風措施，此外，電弧光的輻射較強，焊接設備較復雜。任務二機器人弧焊方法與工藝3.熔化極氣體保護焊的分類（1）熔化極氣體保護焊按保護氣體的成分可分為熔化極惰性氣體保護焊（MIG）、熔化極活性氣體保護焊（MAG）、CO2氣體保護焊（CO2焊）三種。（2）熔化極氣體保護焊按所用的焊絲類型不同分為實芯焊絲氣體保護焊和藥芯焊絲氣體保護焊。（3）熔化極氣體保護焊按操作方式的不同，可分為半自動氣體保護焊和自動氣體保護焊。任務二、機器人弧焊方法與工藝任務二、機器人弧焊方法與工藝4.熔化極氣體保護焊常用氣體及應用熔化極氣體保護焊常用的氣體有：氬氣（Ar）、氦氣（He）、氮氣（N2）、氫氣（H2）、二氧化碳氣體（CO2）及混合氣體。任務二、機器人弧焊方法與工藝（1）氬氣（Ar）和氦氣（He）氬氣、氦氣是惰性氣體，對化學性質活潑而易與氧起反應的金屬，是非常理想的保護氣體，故常用于鋁、鎂、鈦等金屬及其合金的焊接。氦氣的消耗量很大，價格昂貴，常和氬氣等混合起來使用。（2）氮氣（N2）和氫氣（H2）氮不溶于銅及銅合金，可作為銅及合金焊接的保護氣體。氫氣很少單獨應用。氮氣、氫氣常和其它氣體混合起來使用。（3）二氧化碳（CO2）二氧化碳是氧化性氣體，來源豐富，成本低，主要用于碳素鋼及低合金鋼的焊接。（4）混合氣體混合氣體是一種保護氣體中加入適當份量的另一種(或兩種)其它氣體。應用最廣的是在惰性氣體氬（Ar）中加入少量的氧化性氣體（CO2、O2或其混合氣體），這種焊接方法稱為熔化極活性氣體保護焊，英文簡稱為MAG焊?；旌蠚怏w中氬氣所占比例大，常稱為富氬混合氣體保護焊，常用其來焊接碳鋼、低合金鋼及不銹鋼。任務二、機器人弧焊方法與工藝二、二氧化碳氣體保護電弧焊1.CO2焊原理及特點（1）CO2焊原理CO2氣體保護焊是利用CO2作為保護氣體的一種熔化極氣體保護電弧焊方法，簡稱CO2焊。

電源的兩輸出端分別接在焊槍和焊件上。盤狀焊絲由送絲機構帶動，經(jīng)軟管和導電嘴不斷地向電弧區(qū)域送給；同時，CO2氣體以一定的壓力和流量送入焊槍，通過噴嘴后，形成一股保護氣流，使熔池和電弧不受空氣的侵入。隨著焊槍的移動，熔池金屬冷卻凝固而成焊縫，從而將被焊的焊件連成一體。任務二、機器人弧焊方法與工藝2）CO2焊的優(yōu)缺點CO2焊優(yōu)點①焊接成本低。CO2氣體來源廣、價格低，消耗電能少。②生產率高。焊接電流密度大，焊絲的熔化率提高；焊絲連續(xù)送進，焊后沒有焊渣，節(jié)省了清渣時間。生產率比焊條電弧焊高1～4倍。③焊接質量高。CO2焊對鐵銹的敏感性不大，焊縫中不易產生氣孔。④焊接變形和焊接應力小。電弧熱量集中，加熱面積小，CO2氣流有較強的冷卻作用。⑤操作性能好。明弧焊，可以看清電弧和熔池情況，便于掌握與調整。⑥適用范圍廣?？扇恢煤附樱m用焊接薄板及中、厚板的焊接。CO2焊缺點①飛濺較大，焊縫表面成形較差。②不能焊接容易氧化的有色金屬材料。③很難用交流電源焊接及在有風的地方施焊。④弧光較強，特別是大電流焊接時，電弧光熱輻射較強。任務二、機器人弧焊方法與工藝CO2焊的冶金特性1.合金元素的氧化與脫氧（1）合金元素氧化CO2在電弧高溫作用下，易分解為一氧化碳和氧，使電弧氣氛具有很強的氧化。其中CO在焊接條件下不溶于金屬，也不與金屬發(fā)生反應，而原子狀態(tài)的氧使鐵及合金元素迅速氧化。結果使鐵、錳、硅等焊縫有用的合金元素大量氧化燒損，降低力學性能。同時溶入金屬的FeO與C元素作用產生的CO氣體，一方面使熔滴和熔池金屬發(fā)生爆破，產生大量的飛濺；另一方面結晶時來不逸出，導致焊縫產生氣孔。（2）脫氧CO2焊通常的脫氧方法是采用具有足夠脫氧元素的焊絲。常用的脫氧元素是錳、硅、鋁、鈦等。對于低碳鋼及低合金鋼的焊接，主要采用錳、硅聯(lián)合脫氧的方法，因為錳和硅脫氧后生成的MnO和SiO2能形成復合物浮出熔池，形成一層微薄的渣殼覆蓋在焊縫表面。任務二、機器人弧焊方法與工藝2.CO2焊的氣孔（1）一氧化碳氣孔當焊絲中脫氧元素不足，使大量的FeO不能還原而溶于金屬中，在熔池結晶時發(fā)生下列反應：FeO+C→Fe+CO↑這樣，所生成的CO氣體若來不及逸出，就會在焊縫中形成氣孔。因此，應保證焊絲中含有足夠的脫氧元素Mn和Si，并嚴格限制焊絲中的含C量。焊絲選擇適當，產生CO氣孔的可能性不大。（2）氫氣孔

氫的來源主要是焊絲、焊件表面的鐵銹、水分和油污及CO2氣體中含有的水分。CO2焊的保護氣體氧化性很強，可減弱氫的不利影響，CO2焊時形成氫氣孔的可能性較小。（3）氮氣孔

若CO2氣流的保護效果不好，空氣中的氮就會大量溶入熔池金屬內。當熔池金屬結晶凝固時，若氮來不及從熔池中逸出，便形成氮氣孔。應當指出，CO2焊最常發(fā)生的是氮氣孔，而氮主要來自于空氣。所以必須加強CO2氣流的保護效果，這是防止CO2焊的焊縫中產生氣孔的重要途徑。任務二、機器人弧焊方法與工藝3.CO2焊的熔滴過渡CO2焊熔滴過渡主要有兩種形式：短路過渡和滴狀過渡。噴射過渡在CO2焊時很難出現(xiàn)。（1）短路過渡CO2焊在采用細焊絲、小電流和低電弧電壓焊接時，可獲得短路過渡。短路過渡時，電弧長度較短，焊絲端部熔化的熔滴尚未成為大滴時便與熔池表面接觸而短路。此時電弧熄滅，熔滴在電磁收縮力和熔池表面張力共同作用下，迅速脫離焊絲端部過渡到熔池。隨后電弧又重新引燃，重復上述過程。適宜于薄板及全位置焊縫的焊接。

任務二、機器人弧焊方法與工藝（2）滴狀過渡CO2焊在采用粗焊絲、較大電流和較高電壓時，會出現(xiàn)滴狀過渡。滴狀過渡有兩種形式：一是大顆粒過渡，這時的電流電壓比短路過渡稍高，電流一般在400A以下，熔滴較大且不規(guī)則，過渡頻率較低，易形成偏離焊絲軸線方向的非軸向過渡，在實際生產中不宜采用。二是細滴過渡，焊接電流在400A以上。由于電磁收縮力的加強，熔滴細化，過渡頻率也隨之增加，雖然仍為非軸向過渡，但飛賤相對較少，電弧較穩(wěn)定，焊縫成形較好，生產中應用較廣泛。粗絲CO2焊滴狀過渡，多用于中、厚板的焊接。任務二、機器人弧焊方法與工藝4．CO2焊的飛濺（1）CO2焊飛濺的有害影響1）飛濺增大，會降低焊絲的熔敷系數(shù)，從而增加焊絲及電能的消耗，降低焊接生產率和增加焊接成本。2）飛濺金屬粘著到導電嘴端面和噴嘴內壁上，會使送絲不暢而影響電弧穩(wěn)定性，或者降低保護氣的保護作用，容易使焊縫產生氣孔，影響焊縫質量。飛濺金屬粘著到導電嘴、噴嘴、焊縫及焊件表面上，需清理，增加了焊接的輔助工時。3）焊接過程中飛濺出的金屬，還容易燒壞焊工的工作服，甚至燙傷皮膚，惡化勞動條件。任務二、機器人弧焊方法與工藝（2）CO2焊產生飛濺的原因及防止措施1）由冶金反應引起的飛濺

焊接過程中，熔滴和熔池中的碳氧化成CO，CO在電弧高溫作用下，體積急速膨脹，壓力迅速增大，使熔滴和熔池金屬產生爆破，從而產生大量飛濺。減少這種飛濺的方法是采用含有錳、硅脫氧元素的焊絲，并降低焊絲中的含碳量。2）由極點壓力產生的飛濺

這種飛濺主要取決于焊接時極性。當使用正極性焊接時，正離子飛向焊絲端部的熔滴，機械沖擊力大，形成大顆粒飛濺。而反極性焊接時，飛向焊絲端部的電子撞擊力小，致使極點壓力大為減小，因而飛濺較小。所以CO2焊應選用直流反接。3）熔滴短路時引起的飛濺短路電流增長速度過快，或者短路最大電流值過大時，會使縮頸處的液態(tài)金屬發(fā)生爆破，產生較多的細顆粒飛濺；短路電流增長速度過慢，短路電流不能及時增大到要求的電流值，易伴隨著較多的大顆粒飛濺。減少這種飛濺的方法，主要是通過調節(jié)焊接回路中的電感來調節(jié)短路電流增長速度。任務二、機器人弧焊方法與工藝4）非軸向顆粒過渡造成的飛濺

顆粒過渡時由于電弧的斥力作用，當熔滴在極點壓力和弧柱中氣流的壓力共同作用下，熔滴被推到焊絲端部的一邊，并拋到熔池外面去，產生大顆粒飛濺。5）焊接參數(shù)選擇不當引起的飛濺

這種飛濺是因焊接電流、電弧電壓和回路電感等焊接參數(shù)選擇不當而引起的。如電弧電壓的增加，電弧拉長，熔滴易長大，且在焊絲末端產生無規(guī)則擺動，致使飛濺增大。焊接電流增大，熔滴體積變小，熔敷率增大，飛濺減少。采用CO2潛弧焊，能采用較大焊接電流、較小的電弧電壓，把電弧壓入熔池形成潛弧，使產生的飛濺落入熔池，從而使飛濺大大減少。這種方法熔深大、效率高，現(xiàn)已廣泛應用于厚板焊接。任務二、機器人弧焊方法與工藝CO2潛弧焊任務二、機器人弧焊方法與工藝3.CO2焊焊接材料CO2焊所用的焊接材料是CO2氣體和焊絲（1）CO2氣體焊接用的CO2一般是將其壓縮成液體貯存于鋼瓶內。CO2氣瓶的容量為40L，可裝25Kg的液態(tài)CO2，占容積的80%，滿瓶壓力約為5～7MPa，氣瓶外表涂鋁白色，并標有黑色“液化二氧化碳”的字樣。液態(tài)CO2在常溫下容易汽化。溶于液態(tài)CO2中的水分，易蒸發(fā)成水汽混入CO2氣體中，影響CO2氣體的純度。氣瓶內汽化的CO2氣體中的含水量，與瓶內的壓力有關，隨著使用時間的增長，瓶內壓力降低，水汽增多。當壓力降低到1MPa時，CO2氣體中含水量大為增加，不能繼續(xù)使用。焊接用CO2氣體的純度應大于99.5%，含水量不超過0.05%，否則會降低焊縫的力學性能，焊縫也易產生氣孔。如果CO2氣體的純度達不到標準，可進行提純處理。任務二、機器人弧焊方法與工藝（2）焊絲

1）對焊絲的要求①焊絲含有足夠的Mn和Si等脫氧元素。②限制焊絲含C量在0.15%以下，并控制S、P含量。③焊絲表面鍍銅，以防止生銹及改善焊絲的導電性和送絲的穩(wěn)定性。

2）焊絲型號及規(guī)格GB/T8110－2020《熔化極氣體保護電弧焊用非合金鋼及細晶粒鋼實心焊絲》規(guī)定，焊絲型號按熔敷金屬力學性能、焊后狀態(tài)、保護氣體類型和焊絲化學成分等進行劃分。焊絲型號由五部分組成。第一部分：用字母“G”表示熔化極氣體保護電弧焊用實心焊絲；第二部分：表示在焊態(tài)、焊后熱處理條件下，熔敷金屬抗拉強度代號；第三部分：表示沖擊吸收能力（KV2）不小于27J時的試驗溫度代號；第四部分：表示保護氣體類型代號，保護氣體類型代號按GB/T39255規(guī)定；第五部分：表示焊絲化學成分分類；任務二、機器人弧焊方法與工藝除以上強制代號外，可在型號中附加可選代號：字母“U”附加在第三部分之后，表示在規(guī)定的試驗溫度下沖擊吸收能力（KV2）應不小于47J；無鍍銅代號“N”附加在第五部分之后，表示無鍍銅焊絲。在我國，CO2焊已廣泛應用于碳鋼、低合金鋼的焊接，最常用的焊絲是G49AYUC1S10(ER49-1)和G49A3C1S6(ER50-6)。G49A3C1S6(ER50-6)應用更廣。任務二、機器人弧焊方法與工藝4.CO2焊焊接系統(tǒng)組成CO2焊焊接系統(tǒng)主要由焊接電源、送絲裝置及焊槍、CO2供氣裝置、控制裝置等部分組成。（1）焊接電源CO2焊必須使用直流電源。細絲時采用等速送絲系統(tǒng)，配用平外特性的焊接電源；粗絲時，采用變速送絲系統(tǒng)，配用下降外特性的焊接電源。（2）送絲裝置及焊槍送絲裝置由送絲機（包括電動機、減速器、校直輪和送絲輪）、送絲軟管、焊絲盤等組成。送絲方式多采用推絲式,所用焊絲直徑宜在0.8mm以上。焊槍的作用是導電、導絲、導氣。焊槍常需冷卻，冷卻方式有氣冷和水冷兩種。焊接電流300A以上，宜采用水冷焊槍。

如果焊槍及氣管、電纜、焊絲通過支架安裝在機器人的手腕上，氣管、電纜、焊絲從手腕、手臂外部引入，這種焊槍稱為外置焊槍；如果焊槍直接安裝在手腕上，氣管、電纜、焊絲從機器人手腕、手臂內部引入，這種焊槍稱為內置焊槍。任務二、機器人弧焊方法與工藝（3）供氣系統(tǒng)CO2焊的供氣系統(tǒng)是由氣源（氣瓶）、一體化的減壓流量計、氣管和電磁氣閥組成。瓶裝的液態(tài)CO2汽化時要吸熱，吸熱反應可使瓶閥及減壓器凍結，所以在減壓器之前，需經(jīng)預熱器(75～100W)加熱，并在輸送到焊槍之前，應經(jīng)過干燥器吸收CO2氣體中的水分，使保護氣體符合焊接要求。

減壓器是將瓶內高壓CO2氣體調節(jié)為低壓（工作壓力）的氣體,流量計是控制和測量CO2氣體的流量,以形成良好的保護氣流。電磁氣閥起控制CO2氣的接通與關閉作用。現(xiàn)在生產的減壓流量調節(jié)計是將預熱器、減壓器和流量計合為一體，使用起來很方便。任務二、機器人弧焊方法與工藝任務二、機器人弧焊方法與工藝（4）控制裝置CO2焊控制裝置的作用是對供氣、送絲和供電系統(tǒng)實現(xiàn)控制。任務二、機器人弧焊方法與工藝5.CO2焊焊接參數(shù)CO2焊的主要焊接參數(shù)有焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量、電源極性、裝配間隙與坡口尺寸、噴嘴至焊件的距離等。（1）焊絲直徑焊絲直徑應根據(jù)焊件厚度、焊接空間位置及生產率的要求來選擇。焊接薄板或中厚板的立、橫、仰焊時，多采用直徑1.6mm以下的焊絲；在平焊位置焊接中厚板時,可以采用直徑1.2mm以上的焊絲。任務二、機器人弧焊方法與工藝（2）焊接電流焊接電流的大小應根據(jù)焊件厚度、焊絲直徑、焊接位置及熔滴過渡形式來確定。焊接電流越大，熔深、焊縫厚度及余高都相應增加。通常直徑0.8mm～1.6mm的焊絲，在短路過渡時,焊接電流在50A～230A內選擇。細滴過渡時，焊接電流在250A～500A內選擇。任務二、機器人弧焊方法與工藝（3）電弧電壓電弧電壓越大，熔深變淺、焊縫變寬、余高降低。電弧電壓必須與焊接電流配合恰當，否則會影響到焊縫成形及焊接過程的穩(wěn)定性。電弧電壓隨著焊接電流的增加而增大。短路過渡焊接時，通常電弧電壓在16～24V范圍內。細滴過渡焊接時，對于直徑為1.2mm～3.0mm的焊絲，電弧電壓可在25V～44V范圍內選擇。任務二、機器人弧焊方法與工藝（4）焊接速度焊接速度一般為5～50mm／s。（5）焊絲伸出長度焊絲伸出長度是指導電嘴端頭到焊絲端頭之間的距離。伸出長度過大，焊絲會成段熔斷，飛濺嚴重，氣體保護效果差；過小，不但易造成飛濺物堵塞噴嘴，影響保護效果，也影響焊工視線。焊絲伸出長度取決于焊絲直徑，一般短路過渡約等于焊絲直徑的10倍，且不超過15mm；細滴過渡不超過25mm。任務二、機器人弧焊方法與工藝（6）CO2氣體流量細絲CO2焊時，CO2氣體流量約為8L/min～15L/min；粗絲CO2焊時，CO2氣體流量約為15L/min～25L/min；若粗絲大電流，氣體流量可提高到25L/min～50L/min。（7）裝配間隙及坡口尺寸一般對于12mm以下的焊件不開坡口也可焊透，對于必須開坡口的焊件，一般坡口角度可由焊條電弧焊的60°左右減為30°～40°，鈍邊可相應增大2mm～3mm，根部間隙可相應減少1mm～2mm。（8）噴嘴至焊件的距離噴嘴與焊件間的距離應根據(jù)焊接電流來選擇。任務二、機器人弧焊方法與工藝（9）焊槍的運動方向焊槍的運動方向有左向焊法和右向焊法兩種。焊槍傾角一般10°～15°為宜。左向焊法操作時，焊槍自右向左移動，電弧的吹力作用在熔池及其前沿處，將熔池金屬向前推進，由于電弧不直接作用在焊接處，因此熔深較淺，焊道平而寬，保護效果好，常用于薄板焊接。右向焊法操作時，焊槍自左向右移動，電弧直接作用在焊接處，熔深較大，焊道窄而高，多用于厚板焊接。任務二、機器人弧焊方法與工藝三、MIG焊熔化極惰性氣體保護焊一般是采用氬氣或氬氣和氦氣的混合氣體作為保護氣體進行焊接,簡稱MIG焊。MIG焊通常指的是熔化極氬弧焊。1.熔化極氬弧焊的原理及特點（1）熔化極氬弧焊的原理熔化極氬弧焊采用焊絲作電極，在氬氣保護下，電弧在焊絲與焊件之間燃燒。焊絲連續(xù)送給并不斷熔化，而熔化的熔滴也不斷向熔池過渡，與液態(tài)的焊件金屬熔合，經(jīng)冷卻凝固后形成焊縫。（2）熔化極氬弧焊的特點1）焊縫質量高采用惰性氣體作為保護氣體，能獲得較為純凈及高質量的焊縫。2）焊接范圍廣幾乎所有的金屬材料都有可以進行焊接，特別適宜焊接化學性質活潑的金屬和合金。任務二、機器人弧焊方法與工藝3）焊接效率高由于用焊絲作為電極，克服了鎢極氬弧焊鎢極的熔化和燒損的限制，焊接電流可大大提高，焊縫厚度大，焊絲熔敷速度快，所以一次焊接的焊縫厚度顯著增加，具有較高的焊接生產率，并改善了勞動條件。4）熔化極惰性氣體保護焊的主要缺點是無脫氧去氫作用，對焊絲和母材上的油、銹敏感，易產生氣孔等缺陷。由于采用氬氣或氦氣，焊接成本相對較高。（3）熔化極氬弧焊的熔滴過渡形式當采用短路過渡或顆粒狀過渡焊接時，由于飛濺較嚴重，電弧復燃困難，焊件金屬熔化不良及容易產生焊縫缺陷，所以熔化極氬弧焊一般不采用短路過渡或滴狀過渡形式而多采用噴射過渡的形式。任務二、機器人弧焊方法與工藝2.熔化極焊氬弧焊的焊接系統(tǒng)及工藝（1）熔化極氬弧焊的焊接系統(tǒng)組成熔化極氬弧焊焊接系統(tǒng)組成與CO2焊基本相同，主要是由焊接電源、供氣系統(tǒng)、送絲機構、控制系統(tǒng)、焊槍、冷卻系統(tǒng)等部分組成。熔化極氬弧焊的供氣系統(tǒng)中，由于采用惰性氣體，不需要預熱器。又因為惰性氣體也不。像CO2那樣含有水分，故不需干燥器。（2）熔化極氬焊的焊接工藝熔化極氬弧焊的主要焊接參數(shù)有焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、噴嘴直徑、氬氣流量等。焊接電流和電弧電壓是獲得噴射過渡形式的關鍵，只有焊接電流大于臨界電流值，才能獲得噴射過渡。但焊接電流也不能過大，當焊接電流過大時，熔滴將產生不穩(wěn)定的非軸向噴射過渡，飛濺增加，破壞熔滴過渡的穩(wěn)定性。任務二、機器人弧焊方法與工藝熔化極氬弧焊對熔池和電弧區(qū)的保護要求較高，而且電弧功率及熔池體積一般較鎢極氬弧焊時大，所以氬氣流量和噴嘴孔徑相應增大，通常噴嘴孔徑為20mm左右，氬氣流量在10L/min～60L/min范圍內。

熔化極氬弧焊合適的伸出長度為13～25mm。熔化極氬弧焊采用直流反接，因為直流反接易實現(xiàn)噴射過渡，飛濺少，并且還可發(fā)揮“陰極破碎”作用。任務二、機器人弧焊方法與工藝四、MAG焊1.MAG焊原理及特點熔化極活性氣體保護焊，是采用在惰性氣體氬（Ar）中加入少量的氧化性氣體（CO2、O2或其混合氣體）的混合氣體作為保護氣體的一種熔化極氣體保護焊方法，簡稱為MAG焊。由于混合氣體中氬氣所占比例大，又常稱為富氬混合氣體保護焊?，F(xiàn)常用氬（Ar）與CO2混合氣體來焊接碳鋼及低合金鋼。

（1）與純氬氣保護焊相比1）熔化極活性氣體保護焊的熔池、熔滴溫度比純氬弧焊高，電流密度大，熔深大，焊縫厚度大，焊絲熔化速度快，熔敷效率高。2）具有一定的氧化性，克服了純氬保護時表面張力大、液態(tài)金屬粘稠、易咬邊及斑點漂移等問題。改善了焊縫成形，接頭的力學性能好。

3）降低了焊接成本，但CO2的加入提高了產生噴射過渡的臨界電流，引起熔滴和熔池金屬的氧化及合金元素的燒損。任務二、機器人弧焊方法與工藝四、MAG焊

（2）與純CO2氣體保護焊相比1）由于電弧溫度高，易形成噴射過渡，故電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺減小，熔敷系數(shù)提高，節(jié)省焊接材料，焊接生產率提高。2）由于大部分氣體為惰性的氬氣，對熔池的保護性能較好，焊縫氣孔產生機率下降，力學性能有所提高。

3）與純CO2焊相比，焊縫成形好，焊縫平緩，焊波細密、均勻美觀，但經(jīng)濟方面不如CO2焊，成本較CO2焊高。任務二、機器人弧焊方法與工藝2.MAG焊常用氣體及應用（1）Ar＋O2Ar＋O2活性混合氣體可用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等高合金鋼及高強鋼的焊接。焊接不銹鋼等高合金鋼及高強鋼時，O2的含量（體積）應控制在1～5％；焊接碳鋼、低合金鋼時，O2的含量（體積）可達20％。（2）Ar＋CO2Ar+CO2混合氣體既具有Ar的優(yōu)點，又具有氧化性，克服了用單一Ar氣焊接時產生的陰極漂移現(xiàn)象及焊縫成形不好等問題。Ar與CO2氣體的比例通常為（70%～80%）/（30%～20%）。這種比例既可用于噴射過渡電弧，也可用于短路過渡及脈沖過渡電弧。現(xiàn)在常用的是用80%Ar+20%CO2焊接碳鋼及低合金鋼。（3）Ar＋O2＋CO2Ar＋O2＋CO2活性混合氣體可用于焊接低碳鋼、低合金鋼，其焊縫成形、接頭質量以及金屬熔滴過渡和電弧穩(wěn)定性都比Ar＋O2、Ar＋CO2強。任務二、機器人弧焊方法與工藝3.MAG焊的焊接系統(tǒng)及工藝MAG焊的焊接系統(tǒng)組成與CO2焊設備類似，只是在供氣裝置中將CO2氣瓶換成混合氣體氣瓶即可（也可通過氣體混合配比器獲得混合氣體）。MAG焊焊接參數(shù)主要有焊絲、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量、電源種類極性等。

（1）焊絲焊接低碳鋼、低合金鋼時常選用ER50—3、ER50—6、ER49—1焊絲。焊絲直徑的選擇與CO2氣體保護焊相同（2）焊接電流

直徑1.0mm以下的細焊絲以短路過渡為主，較粗焊絲以噴射過渡為主，其使用電流均大于臨界電流。同時還可以采用脈沖MAG焊。細絲不但可用于平焊，還可以用于全位置焊，而粗絲只能用于平焊。在使用脈沖MAC焊時，可以用較粗的焊絲進行全位置焊。任務二、機器人弧焊方法與工藝3.MAG焊的焊接系統(tǒng)及工藝（3）電弧電壓電弧電壓的高低決定了電弧長短與熔滴的過渡形式。只有當電弧電壓與焊接電流有機地匹配，才能獲得穩(wěn)定的焊接過程。

生產實際中，MAG焊電弧電壓常用經(jīng)驗公式來確定：平焊時，電弧電壓（V）=0.05×焊接電流（A）+16±1；立、橫、仰焊時，電弧電壓（V）=0.05×焊接電流（A）+10±1（4）焊絲伸出長度焊絲伸出長度與CO2氣體保護焊基本相同，一般為焊絲直徑的10倍左右。（5）氣體流量氣體流量也是一個重要的參數(shù)。流量太小，起不到保護作用；流量太大，由于紊流的產生、保護效果亦不好，而且氣體消耗太大，成本升高。一般可參考CO2氣體保護焊選用。任務二、機器人弧焊方法與工藝3.MAG焊的焊接系統(tǒng)及工藝（6）焊接速度焊速過快，可以產生很多缺陷，如未焊透、熔合情況不佳、焊道太薄，保護效果差，產生氣孔等；但焊速太慢則又可能產生焊縫過熱、甚至燒穿、成形不良、生產率太低等。因此，焊接速度應綜合考慮板厚、電弧電壓及焊接電流、層次、坡口形狀及大小、熔合情況和施焊位置等因素來確定并時調整。（7）電源種類極性熔化極活性氣體保護焊與CO2氣體保護焊一樣，為了減小飛濺，一般均采用直流反極性焊接，即焊件接負極，焊槍接正極。任務二、機器人弧焊方法與工藝五、藥芯焊絲氣體保護電弧焊1.藥芯焊絲氣體保護焊的原理及特點（1）藥芯焊絲氣體保護焊的原理藥芯焊絲氣體保護焊的工作原理與普通熔化極氣體保護焊一樣，是以可熔化的藥芯焊絲作為電極及填充材料，在外加氣體（CO2、Ar＋CO2）保護下進行焊接的電弧焊方法。與普通熔化極氣體保護焊的主要區(qū)別在于焊絲內部裝有藥粉，焊接時，在電弧熱作用下熔化狀態(tài)的藥芯焊絲、母材金屬和保護氣體相互之間發(fā)生冶金作用，同時形成一層較薄的液態(tài)熔渣包覆熔滴并覆蓋熔池，對熔化金屬形成了又一層的保護。任務二、機器人弧焊方法與工藝五、藥芯焊絲氣體保護電弧焊（2）藥芯焊絲氣體保護焊的特點1）采用氣渣聯(lián)合保護，保護效果好，抗氣孔能力強，焊縫成形美觀，電弧穩(wěn)定性好，飛濺少且顆粒細小。2）焊絲熔敷速度快，熔敷速度明顯高于焊條，并高于實芯焊絲，熔敷效率和生產率都較高，生產率為焊條電弧焊高3～5倍，經(jīng)濟效益顯著。3）焊接適應性強，通過調整藥粉的成分與比例，可焊接和堆焊不同成分的鋼材。4）由于藥粉改變了電弧特性，對焊接電源無特殊要求，交、直流，平緩外特性均可。藥芯焊絲氣保護焊也有不足之處：焊接時煙塵的產生量較多；焊絲制造較復雜，成本稍高；送絲較實心焊絲困難，需要采用降低送絲壓力的送絲機構等；焊絲外表易銹蝕、藥粉易吸潮，使用前需對焊絲外表進行清理和250℃～300℃的烘烤。任務二、機器人弧焊方法與工藝2.藥芯焊絲的組成藥芯焊絲是由金屬外皮（如08A）和芯部藥粉組成，即由薄鋼帶卷成圓形鋼管或異形鋼管的同時，填滿一定成分的藥粉后經(jīng)拉制而成。其截面形狀有“E”形、“O”形和“梅花”形、中間填絲形、“T”形等。藥粉的成分與焊條的藥皮類似，目前國產的CO2焊藥芯焊絲多為鈦型渣系藥芯焊絲和堿性渣系藥芯焊絲，規(guī)格有直徑1.2mm、1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm、2.8mm、3.2mm等幾種。任務二、機器人弧焊方法與工藝3.藥芯焊絲氣體保護焊參數(shù)藥芯焊絲CO2（MAG）焊工藝與實芯焊絲CO2（MAG）焊相似，其焊接工藝參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度等。電源一般采用直流反接，焊絲伸出長度一般為15mm～25mm。焊接電流與電弧電壓必須恰當匹配，一般焊接電流增加電弧電壓應適當提高。任務三機器人點焊方法與工藝一、點焊原理、特點、分類及應用1.點焊原理點焊時，將焊件搭接裝配后，壓緊在兩圓柱形電極間，并通以很大的電流，利用兩焊件接觸電阻較大，產生大量熱量，迅速將焊件接觸處加熱到熔化狀態(tài)，形成似透鏡狀的液態(tài)熔池（焊核），當液態(tài)金屬達到一定數(shù)量后斷電，在壓力的作用下，冷卻凝固形成焊點。點焊的熱能就是電阻熱。點焊產生電阻熱的電阻有工件之間的接觸電阻，電極與工件的接觸電阻和工件本身電阻三部分。產生電阻熱的電阻用公式表示為

R=2Rew+Rc+2Rw式中，Rew—電極與工件接觸電阻；Rc—工件之間的接觸電阻；Rw——工件本身電阻。任務三機器人點焊方法與工藝接觸電阻的大小與電極壓力、材料性質、焊件表面狀況以及溫度有關。任何能夠增大實際接觸面積的因素，都會減小接觸電阻，如增加電極壓力，降低材料硬度，增加焊件溫度等。焊件表面存在著氧化膜和其它臟物時，則會顯著增加接觸電阻。任務三機器人點焊方法與工藝2.點焊焊點形成（1）形成過程點焊焊點形成過程可分為彼此相接的四個階段，如圖3-21所示。1）預壓階段——電極下降到電流接通階段，確保電極壓緊工件，使工件間有適當壓力。2）焊接階段——焊接電流通過工件，產熱形成熔核。3）結晶階段——切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核冷卻結晶，此階段也稱鍛壓階段。4）休止階段——電極開始提起到電極再次開始下降，開始下一個焊接循環(huán)。任務三機器人點焊方法與工藝（2）焊點尺寸點焊焊點尺寸包括熔核直徑、熔深和壓痕深度。熔核直徑與電極端面直徑和焊件厚度有關，熔核直徑與電極端面直徑的關系為d＝（0.9～1.4）d極，同時應滿足下式：d＝2δ＋3壓痕深度C是指焊件表面至壓痕底部的距離，應滿足下式：

C＝（0.1～0.15）δ任務三機器人點焊方法與工藝3.點焊特點（1）內部熱源，熱量集中，加熱時間短，在焊點形成過程中始終被塑性環(huán)包圍，電阻焊冶金過程簡單，熱影響區(qū)小，變形小，易于獲得質量較好的焊接接頭。（2）焊接速度快，對點焊來說，甚至1S可焊接4～5個焊點，故生產率高。（3）除消耗電能外，點焊不需消耗焊條、焊絲、乙炔、焊劑等，節(jié)省材料,成本較低。（4）操作簡便、易于實現(xiàn)機械化、自動化。（5）改善勞動條件，點焊所產生的煙塵、有害氣體少。（6）焊接機容量大，設備成本較高、維修較困難。常用的大功率單相交流焊機不利于電網(wǎng)的正常運行。（7）點焊機大多工作固定，不如焊條電弧焊等靈活、方便。（8）點焊的搭接接頭不僅增加了構件的重量，而且因為在兩板間熔核周圍形成尖角，致使接頭的抗拉強度和疲勞強度降低。（9）目前尚缺乏簡單而又可靠的無損檢驗方法，只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來檢查，以及靠各種監(jiān)控技術來保證。任務三機器人點焊方法與工藝4.點焊分類及應用點焊時，按對焊件供電的方向，可分為單面點焊和雙面點焊；按一次形成的焊點數(shù)，可分為單點、雙點、多點點焊。雙面點焊是點焊機器人通常所采用的方法。圖3-23常用點焊方法a)雙面單點焊b)單面雙點焊c)單面單點焊d)雙面雙點焊e)多點焊1-電極3-焊件3-銅墊板任務三機器人點焊方法與工藝二、點焊系統(tǒng)點焊系統(tǒng)設備主要由點焊機、焊鉗、電極、點焊控制器（時控器）、冷卻系統(tǒng)等部分組成。1.點焊機（電源）中頻逆變焊機、交流變頻焊機是點焊機器人常用的焊接電源，兩者的原理類似，都是采用交流逆變技術的焊接電源。點焊是以電阻熱為熱源的，為了使工件加熱到足夠的溫度，必須施加很大的焊接電流。常用的電流為2kA～40kA，在鋁合金點焊或鋼軌對焊時甚至可達150kA～200kA。由于焊件焊接回路電阻通常只有微歐級，所以電源電壓低，固定式焊機通常在10V以內，懸掛式點焊機因焊接回路很長，焊機電壓才可達24V左右。

由于電流大造成變流器件和導線發(fā)熱十分嚴重，焊機和焊鉗一般都需要安裝強制水冷、過熱檢測等保護裝置。任務三機器人點焊方法與工藝2.電極（1）電極作用點焊電極是保證點焊質量的重要零件，其主要作用是：導電向工件傳導電流；向工件傳遞壓力；迅速導散焊接區(qū)的熱量。（2）電極材料要求①為了延長作用壽命，改善焊件表面的受熱狀態(tài)，電極應具有高導電率和高熱導率。②為了使電極具有良好的抗變形和抗磨損能力，電極具有足夠的高溫強度和硬度。③電極的加工要方便、便于更換，且成本要低。④電極材料與焊件金屬形成合金化的傾向小，物理性能穩(wěn)定，不易粘附。電極材料主要是加入Cr、Cd、Be、Al、Zn、Mg、Nb等合金元素的銅合金來加工制作的。任務三機器人點焊方法與工藝3.焊鉗焊鉗是點焊機器人的作業(yè)工具。焊鉗通過電極張開、閉合、加壓等動作來完成點焊操作。（1）按用途不同，機器人點焊用焊鉗分為C型和X型2種：C型焊鉗用于點焊垂直及近于垂直傾斜位置的焊點；X型焊鉗則主要用于點焊水平及近于水平傾斜位置的焊點。（2）按電極臂加壓驅動方式，點焊機器人焊鉗又分為氣動焊鉗和伺服焊鉗2種：氣動焊鉗是目前點焊機器人比較常用的。它利用氣缸來加壓，一般具有3-3個行程，能夠使電極完成大開、小開和閉合3個動作，電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。

伺服焊鉗是采用伺服電動機驅動完成焊鉗的張開和閉合，因此其張開度可以根據(jù)實際需要任意選定并預置，而且電極間的壓緊力也可以無級調節(jié)。任務三機器人點焊方法與工藝（3）依據(jù)點焊變壓器與焊鉗的結構關系，點焊機器人焊鉗可分為分離式、一體式和內藏式三種：分離式焊鉗是點焊變壓器與鉗體相分離，鉗體安裝在機器人機械臂上，而阻焊變壓器懸掛在機器人上方，可在軌道上沿機器人手腕移動的方向移動，兩者之間用二次電纜相連。一體式焊鉗就是將阻焊變壓器和鉗體安裝在一起，然后共同固定在機器人機械臂末端法蘭盤上。主要優(yōu)點是省掉了粗大的二次電纜及懸掛變壓器的工作架，直接將焊接變壓器的輸出端連到焊鉗的上下電極臂上，另一個優(yōu)點是節(jié)省能量。焊鉗重量在機器人活動手腕上產生慣性力易引起過載，這就要求在設計時，盡量減小焊鉗重心與機器人機械臂軸心線間的距離。內藏式焊鉗是將點焊變壓器安放到機器人機械臂內，使其盡可能地接近鉗體，變壓器的二次電纜可以在內部移動。

任務三機器人點焊方法與工藝4.點焊控制器（時控器）點焊控制器是由微處理器及部分外圍接口芯片組成的控制系統(tǒng)，它可根據(jù)預定的焊接監(jiān)控程序，完成焊接參數(shù)輸入、焊接程序控制及焊接系統(tǒng)的故障自診斷，并實現(xiàn)與機器人控制柜、示教器的通信聯(lián)系。三、點焊工藝1.點焊接頭形式點焊接頭形式為搭接和卷邊接頭。接頭設計時，必須考慮邊距、搭接寬度、焊點間距、裝配間隙等。任務三機器人點焊方法與工藝（1）邊距與搭接寬度邊距是焊點到焊件邊緣的距離。邊距的最小值取決于被焊金屬的種類、焊件厚度和焊接參數(shù)。搭接寬度一般為邊距的兩倍。（2）焊點間距焊點間距是為避免點焊產生的分流而影響焊點質量所規(guī)定的數(shù)值。焊點間距過大，則接頭強度不足；焊點間距過小又有很大的分流，所以應控制焊點間距。（3）裝配間隙接頭的裝配間隙盡可能小，因為靠壓力消除間隙將消耗一部分壓力，使實際的壓力降低。一般為0.1mm～1mm。任務三機器人點焊方法與工藝2.點焊參數(shù)點焊參數(shù)主要包括焊接電流、焊接時間、電極壓力、電極端部形狀與尺寸等。（1）焊接電流電流太小、則能量過小，無法形成熔核或熔核過小。電流太大、則能量過大，容易引起飛濺的產生。（2）焊接時間要想獲得所要求的熔核，應使焊接通電時間有一個合適的范圍，并與焊接電流相配合。焊接時間一般以周波計算，一周波為0.02秒。（3）電極壓力隨著電極壓力的增大，則接觸電阻減小，使電流密度降低，從而減慢加熱速度，導致焊點熔核直徑減小。如在增大電極壓力的同時，適當延長焊接時間或增大焊接電流，可使焊點熔核增加，從而提高焊點的強度。（4）電極工作端面的形狀和尺寸根據(jù)焊件結構形式、焊件厚度及表面質量要求等的不同，應使用不同形狀的電極。工業(yè)機器人焊接工藝與技能

模塊四、機器人焊接示教編程任務一、焊接示教編程基礎一、示教器及使用1.KUKAsmartPAD的主要功能：KUKAsmartPAD的主要功能見表。

表4-1KUKAsmartPAD主要功能任務一、焊接示教編程基礎2.認識KUKASmartPADKUKAsmartPAD前面板如圖所示，詳細功能見表。任務一、焊接示教編程基礎KUKAsmartPAD背面板如圖所示。詳細功能見表。任務一、焊接示教編程基礎3.認識KUKAsmartHMI操作界面KUKAsmartHMI操作界面如圖所示。操作界面功能說明見表。