機器人弧焊主要應用于各類汽車零部件、工程機械、金屬行業的自動化生產。

弧焊機器人主要有熔化極焊接作業和非熔化極焊接作業兩種類型，具有可長期進行焊接作業、保證焊接作業的高生產率、高質量和高穩定性等特點。

隨著技術的發展，弧焊機器人正利用機器視覺及云數據向智能化的方向發展。

1 系統組成

一般的弧焊機器人系統是由以下部分組成：

1、機器人

2、自動送絲裝置

3、焊接電源

4、焊槍

5、變位機

6、工裝夾具

系統組成還可根據焊接方法的不同以及具體待焊工件焊接工藝要求的不同等情況，選擇性擴展以下裝置：

1、清槍剪絲裝置

2、冷卻水箱

3、焊劑輸送和回收裝置（SAW時）

4、移動裝置

5、焊接變位機

6、傳感裝置

7、除塵裝置及焊縫檢測設備

以下是一個標準的機器人弧焊工作站

▼

2 三種焊接方法

1、氣體保護電弧焊：

利用氬氣作為焊接區域保護氣體的氬弧焊、利用二氧化碳作為焊接區域保護氣體的二氧化碳保護焊等，均屬于氣體保護電弧焊。

其基本原理是在以電弧為熱源進行焊接時，同時從噴槍的噴嘴中連續噴出保護氣體把空氣與焊接區域中的熔化金屬隔離開來，以保護電弧和焊接熔池中的液態金屬不受大氣中的氧、氮、氫等污染，以達到提高焊接質量的目的。

2、鎢極氬弧焊：

以高熔點的金屬鎢棒作為焊接時產生電弧的一個電極，并處在氬氣保護下的電弧焊，常用于不銹鋼、高溫合金等要求嚴格的焊接。

3、等離子電弧焊：

由鎢極氬弧焊發展起來的一種焊接方法，等離子弧是離子氣被電離產生高溫離子氣流，從噴嘴細孔中噴出，經壓縮形成細長的弧柱，高于常規的自由電弧，如：氬弧焊僅達5000－8000K。由于等離子弧具有弧柱細長，能量密度高的特點，因而在焊接領域有著廣泛的應用。

3 三種氣體保護焊

弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。

近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內已經播人相應的接口板、所以上圖的弧焊機器人系統中并沒有附加接口箱。

應該指出，在弧焊機器人工作周期中電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續率100％來確定電源的容量。

1、MIG焊（熔化極氣體保護電弧焊）：

這種焊接方法是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬嘴噴出的氣體來保護電弧進行焊接的。惰性氣體一般為氬氣。

2、TIG焊（惰性氣體鎢極保護焊）：

TIG焊的熱源為直流電弧，工作電壓為10～15伏，但電流可達300安培，把工件作為正極，焊炬中的鎢極作為負極。 惰性氣體一般為氬氣。

3、MAG焊（熔化極活性氣體保護焊）：

熔化極活性氣體保護焊是采用在惰性氣體中加入一定量的活性氣體，如O2、CO2等作為保護氣體。

4 弧焊系統說明

弧焊過程比點焊過程要復雜得多，工具中心點（TCP），也就是焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態、焊接參數都要求精確控制。所以，弧焊用機器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。

從理論上講，5軸機器人就可以用于電弧焊，但是對復雜形狀的焊縫，用5個軸的機器人會有困難。因此，除非焊縫比較簡單，否則應盡量選用6軸機器人。

弧焊機器人在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時，其軌跡應能貼近示教的軌跡之外，還應具備不同擺動樣式的軟件功能，供編程時選用，以便作擺動焊，而且擺動在每一周期中的停頓點處，機器人也應自動停止向前運動，以滿足工藝要求。此外，還應有接觸尋位、自動尋找焊縫起點位置、電弧跟蹤及自動再引弧功能等。

5 調試中電弧焊電流

調試中電弧焊電流大小的判斷：

1、電流小：

焊道窄，熔深淺，易形成過高，未熔合，未焊透，夾渣，氣孔，焊條粘連，斷弧，不引弧等等；

2、電流大：

焊道寬，熔深大，咬邊，燒穿，縮孔，飛濺大，過燒，變形大，焊瘤等等。

6 離線編程

弧焊機器人系統多采用離線編程

▼

離線編程可節省超過40％的現場調試時間，如果再結合Virtual Arc等虛擬弧焊軟件，可以根拒焊接電流，焊絲，焊接速度，脈沖形式，機器人姿態等模擬出焊接熔深，提前預知焊接狀態，減少大量的調試工作，提高整個機器人焊接系統的節拍及質量。

7 系統的兩個技術

弧焊機器人系統兩個關鍵技術：

1、協調控制技術：

控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞，還要控制各機器人焊接區域的變形影響。

2、精確焊縫軌跡跟蹤技術：

結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。

8 焊接電源

1、焊接電源

熔化極氣體保護焊通常采用直流焊接電源，目前生產中使用較多的是弧焊整流器式直流電源。近年來，逆變式弧焊電源發展也較快。焊接電源的額定功率取決于各種用途所要求的電流范圍。熔化極氣體保護焊所要求的電流通常在100～500A之間，電源的負載持續率（也稱暫載率）在60％～100％范圍，空載電壓在55～85V范圍。

2、焊接電源的外特性

熔化極氣體保護焊的焊接電源按外特性類型可分為三種：平特性（恒壓）、陡降特性（恒流）和緩降特性。

（1）平特性

當保護氣體為惰性氣體（如純Ar）、富Ar和氧化性氣體（如CO2），焊絲直徑小于φ1．6mm時，在生產中廣泛采用平特性電源。這是因為平特性電源配合等速送絲機具有許多優點，可通過改變電源空載電壓調節電弧電壓，通過改變送絲速度來調節焊接電流，故焊接規范調節比較方便。使用這種外特性電源，當弧長變化時可以有較強的自調節作用；同時短路電流較大，引弧比較容易。實際使用的平特性電源其外特性并不都是真正平直的，而是帶有一定的下傾，其下傾率一般不大于5V／100A，但仍具有上述優點。

（2）下降特性

當焊絲直徑較粗（大于φ2mm），生產中一般采用下降特性電源，配用變速迭絲系統。由于焊絲直徑較粗，電弧的自身調節作用較弱，弧長變化后恢復速度較慢，單靠電弧的自身調節作用難以保證穩定的焊接過程。因此也象一般埋弧焊那樣需要外加弧壓反饋電路，將弧壓（弧長）的變化及時反饋送到送絲控制電路，調節送絲速度，使弧長能及時恢復。

3、電源輸出參數的調節

熔化極氣體保護焊電源的主要技術參數有：

（1）輸入電壓（相數、頻率、電壓）

（2）額定焊接電流范圍

（3）額定負載持續率（％）

（4）空載電壓

（5）負載電壓范圍

（6）電源外特性曲線類型（平特性、緩降外特性、陡降外特性）

通常要根據焊接工藝的需要確定對焊接電源技術參數的要求，然后選用能滿足要求的焊接電源。

（1）電弧電壓

電弧電壓是指焊絲端頭和工件之間的電壓降，不是電源電壓表指示的電壓（電源輸出端的電壓）。電弧電壓的預調節是通過調節電源的空載電壓或電源外特性斜率來實現的。平特性電源主要通過調節空載電壓來實現電弧電壓調節。緩降或陡降特性電源主要通過調節外特性斜率來實現電弧電壓調節。

（2）焊接電流

平特性電源的電流的大小主要通過調節送絲速度來實現，有時也適當調節空載電壓來進行電流的少量調節。對于緩降或陡降特性電源則主要通過調節電源外特性斜率來實現。

9 送絲系統

送絲系統通常是由送絲機（包括電動機、減速器、校直輪、送絲輪、送絲軟管、焊絲盤等）組成。盤繞在焊絲盤上的焊絲經過校直輪和送絲輪送往焊槍。根據送絲方式的不同，可分為四種類型：

（1）推絲式

推絲式是焊絲被送絲輪推送經過軟管而達到焊槍，是半自動熔化極氣保護焊的主要送絲方式。

這種送絲方式的焊槍結構簡單、輕便、操作維修都比較方便，但焊絲送進的阻力較大。隨著軟管的加長，送絲穩定性變差，一般送絲軟管長為3．5～4m左右。

（2）拉絲式

拉絲式可分為三種形式：

1）將焊絲盤和焊槍分開，兩者通過送絲軟管連接；

2）將焊絲盤直接安裝在焊槍上；

3）焊絲盤與焊槍分開，送絲電動機也與焊槍分開。

前兩種都適用于細絲半自動焊，但前一種操作比較方便，第三種送絲方式可用于自動熔化極氣體保護焊。

（3）推拉絲式

這種送絲方式的送絲軟管最長可以加長到15m左右，擴大了半自動焊的操作距離。焊絲前進時既靠后面的推力，又靠前邊的拉力，利用兩個力的合力來克服焊絲在軟管中的阻力。推拉絲兩個動力在調試過程中要有一定配合，盡量做到同步，但以拉為主。焊絲送進過程中，始終要保持焊絲在軟管中處于拉直狀態。

這種送絲方式常被用于半自動熔化極氣體保護焊。

（4）行星式（線式）

行星式送絲系統是根據“軸向固定的旋轉螺母能軸向送進螺桿”的原理設計而成的。

三個互為120°的滾輪交叉地安裝在一塊底座上，組成一個驅動盤。驅動盤相當于螺母，通過三個滾輪中間的焊絲相當于螺桿，三個滾輪與焊絲之間有一個預先調定的螺旋角。

當電動機的主軸帶動驅動盤旋轉時，三個滾輪即向焊絲施加一個軸向的推力，將焊絲往前推送。送絲過程中，三個滾輪一方面圍繞焊絲公轉，另一方面又繞著自己的軸自轉。調節電動機的轉速即可調節焊絲送進速度。

這種送絲機構可一級一級串聯起來而成為所謂線式送絲系統，使送絲距離更長（可達60m）。

若采用一級傳送，可傳送7～8m。這種線式送絲方式適合于輸送小直徑焊絲（φ0．8～1．2mm）和鋼焊絲，以及長距離送絲。

10 焊槍

熔化極氣體保護焊的焊槍分為半自動焊焊槍（手握式）和自動焊焊槍（安裝在機械裝置上）。

在焊槍內部裝有導電嘴（紫銅或鉻銅等）。焊槍還有一個向焊接區輸送保護氣體的通道和噴嘴。噴嘴和導電嘴根據需要都可方便地更換。

此外，焊接電流通過導電嘴等部件時產生的電阻熱和電弧輻射熱一起，會使焊槍發熱，故需要采取一定的措施冷卻焊槍。冷卻方式空氣冷卻、內部循環水冷卻，或兩種方式相結合。對于空氣冷卻焊槍，在CO2氣體保護焊時，斷續負載下一般可使用高達600A的電流。但是，在使用氬氣或氦氣保護焊時，通常只限于200A電流。

1、焊槍的分類

（1）半自動焊槍

半自動焊槍通常有兩種形式：鵝頸式和手槍式。

1）鵝頸式焊槍

適合于小直徑焊絲，使用靈活方便，特別適合于緊湊部位、難以達到的拐角處和某些受限制區域的焊接；

2）手槍式焊槍

適合于較大直徑焊絲，它對于冷卻效果要求較高，因而常采用內部循環水冷卻。半自動焊焊槍可與送絲機構裝在一起，也可分離。

（2）自動焊焊槍

自動焊焊槍的基本構造與半自動焊焊槍相同，但其載流容量較大，工作時間較長，有時要采用內部循環水冷卻。焊槍直接裝在焊接機頭的下部，焊絲通過送絲輪和導絲管送進焊槍。

2、供氣系統和冷卻水系統

（1）供氣系統

供氣系統與鎢極氬弧焊相似，對于CO2氣體，通常還需要安裝預熱器和干燥器，以吸收氣體中的水分，防止焊縫中生成氣孔。對于熔化極活性氣體保護焊還需要安裝氣體混合裝置，先將氣體混合均勻，然后再送入焊槍。

（2）冷卻水系統

冷卻水系統由水箱、水泵和冷卻水管及水壓開關組成。水箱里的冷卻水經水泵流經冷卻水管，經水壓開關后流入焊槍，然后經冷卻水管再回流入水箱，形成冷卻水循環。水壓開關的作用是保證當冷卻水未流經焊槍時，焊接系統不能起動焊接，以保護焊槍，避免由于未經冷卻而燒壞。

3、焊槍服務中心

包括清槍剪絲裝置，涂油裝置，及TCP自動校正裝置。可提高8％的正常運行時間。

TCP自動定義

TCP自動檢查／更新

TCP重復率 ＋／－ 0．1mm

工件質量穩定

更高系統可靠運行時間

11 變位機

變位機一般與機器人聯動，是機器人的一個附加軸，能配合機器人完成復雜工件的焊接，高性能的變位機重復精度能達到0．1mm。

12 起始點尋位功能

1、焊前接觸式傳感；

2、自動尋找焊縫起點、終點及焊縫位置；

3、降低對工裝夾具的定位精度要求。；

4、可實現3D導引；

5、快速搜尋，搜尋速度20～50mm／s，單點一方向搜尋時間2～6s；

6、導引精度±0．25mm。

13 電弧跟蹤及自適應功能

1、焊接過程中自動跟蹤焊縫；

2、電弧作為傳感裝置；

3、裝配、加工及焊接變形誤差可以得到修正；

4、焊縫跟蹤精度±0．1mm 。

14 激光視覺焊縫傳感

機器人采用的是主動跟蹤的方式，機器人控制傳感器：

1、焊槍的位置和焊接速度實時獲取，控制方便，速度變化時易于調整。

2、可以方便的和外軸進行集成控制和同步

3、總線通訊方式，信息量豐富

15 焊接后的質量檢測

因視覺技術的發展，現在出現了線激光、白藍光等技術，已能完成焊縫的質量檢測，可以檢測焊縫的起始點，焊縫高度，焊縫寬度，焊接缺陷及焊縫連續性等，甚至還能通過飛濺檢測來判斷焊接參數的合理性。讓整個焊接自動化形成了一個制造閉環，為將來的機器學習打下了基礎。

令人驚訝的弧焊3D打印技術

辰視智能擁有基于深度學習的三維視覺引導、機器人運動控制、視覺檢測、三維建模等方面的核心技術，并研發了機器人三維視覺引導系統 、機器人二維視覺引導系統、三維檢測系統、產品外觀檢測系統等可根據客戶需求定制化的智能產品。以高效·低成本·模塊化的方式為自動化集成商、自動化設備廠商、機器人廠家提供機器視覺的相關解決方案。