德國克魯斯(CLOOS)的高效焊接技術

tags: 焊接技術    時間:2014-03-11 14:13:44
德國克魯斯(CLOOS)的高效焊接技術簡介
    關鍵詞:MIG;MAG;雙絲焊;TANDEM;機器人;激光;等離子;脈衝 WELDING0介紹     ……
德國克魯斯(CLOOS)的高效焊接技術正文
    

關鍵詞:MIG;MAG;雙絲焊;TANDEM;機器人;激光;等離子;脈衝

WELDING0介紹
           

    迫於國際競爭的壓力,生產企業不得不在焊接甚至其它製造方法上來降低成本,應用焊接機器人等先進焊接技術來提高生產效率變得越來越重要。克魯斯公司作為數字化焊接電源、自動化焊接設備及焊接機器人最早的生產廠家,提出應用現代的焊接技術和設備與機器人系統是降低成本的最佳方法。

1 用於MAG焊接的焊絲和氣體
           

    對於低碳鋼的多道焊接而言,如果對焊接的材料質量或者焊接的任務沒有特殊的要求,葯芯焊絲同樣適應用於機器人的應用,但通常情況下,不使用這種類型的焊絲。由於實芯焊絲造價最低,並且最高的焊接速度與最高的熔敷率相結合,幾乎所有的低碳鋼使用的是實心焊絲。
    對於高合金鋼而言,經常使用的是實心焊絲,而葯芯焊絲的使用具有經濟的優點。決定用藥芯焊絲還是實心焊絲 進行MAG 焊接是非常困難的。平均來講,對不同類型的鋼質材料的機器人 MAG 焊接大約有 70%-80% 使用的是實芯焊絲。同樣的,對於應用 MAG 焊接方面的氣體也很難給出一個概論。對於低碳鋼的最普通使用的保護氣體是 Ar/ CO2 混合氣體 ---8%-20%CO2,用於高合金鋼 2%-3%CO2 和相匹配比例的 Ar。一些用戶還額外使用氧氣,所有的氣體都適用於葯芯焊絲或實芯焊絲。
    對於鋁合金的焊接,經常使用的是 Ar氣,對於很厚的鋁合金板或者要求很高的焊接速度,He氣的使用會帶來更好的效果。

2 氣體保護電弧焊接工藝與機器人的組合。
   
    由於焊接材料的送進與電弧感測器的有機結合,所以 MAG焊接工藝與機器人的組合是最佳的焊接工藝。為適應很高的熔敷率及很高的焊接速度的要求,最新開發的高性能 MAG 焊叫做 Tandem(雙絲的高速焊接)焊接工藝。等離子焊接機器人與 TIG 焊接機器人的焊接工藝是相似的,他們主要的缺點是材料不在中心送進。激光及激光混合系統,能夠使焊接結構產生極小的變形,同時具有很高的焊接速度。主要缺點是要求焊縫準備精確,並且激光系統的成本較高。

3 感測技術
             
    當在長焊縫的焊接及要求在編程后的機器人,在線校正的情況下,通常使用感測技術。更常使用的是電弧感測器和用於高速焊接的激光感測器。
    電弧感測器的主要原理,請見圖 1 。

    電弧感測器的原理 感測器沿著焊接方向按照正確的角度擺動,給出一個焊接電流的變化的信號,通過這個電流信號,機器人能正確的跟蹤焊接( V 坡口,角焊縫),電弧感測器主要用於鋼的填充材料,由於鋁合金焊絲的電阻很小,電弧感測器不適用於這種材料,對於 MAG 焊接,使用的是電流信號,而對於 TIG 和等離子焊接工藝獲得電壓信號的偏差更有意義。
    用於高速焊接的激光感測器,是跟蹤焊縫的關鍵儀器,進一步而言激光跟蹤器能測定 V 型坡口焊接的填充量,如果焊接的填充量有變化,則激光跟蹤器的控制器會適配相應的焊接速度及相應的送絲速度,從而強制保證恆定的填充量。

4 高效焊接工藝及機器人的應用

4.1傳統的 MIG 焊接
   與機器人相結合的主要焊接技術是 MAG 焊接工藝,全自動和半自動 MAG 焊接主要採用的是脈衝電弧焊接,這種焊接適用於所有材質,幾乎沒有任何限制。這些材質是低碳鋼和高合金鋼、鋁合金和鋼(鍍鋅鋼板的釺焊)。

    介紹的是脈衝電弧的原理。這種電弧的優點是在金屬傳輸中幾乎無飛濺,與標準的電弧類短弧和噴射弧型相對照,脈衝電弧是一個熔滴一個熔滴的滴到熔池中沒有任何的短路。

    圖 2 電弧脈衝的原理  與標準的電弧類型相對照,要確定脈衝電弧的焊接參數非常困難。脈衝電弧的焊接參數的確定,至少要調整6個焊接參數。因此,開發被稱作單鍵式一元化的焊接電源使得焊接工藝容易控制。

    由克魯斯開發的特別是用於 MIG 鋁合金焊接的 AluPlus (鋁+)工藝,圖3。顯示的是雙脈衝焊接參數,熔深變得更深,接合的焊縫表面看起來象 TIG 焊過的,與傳統的脈衝電弧焊接相比較,這種焊接動態負載變得更高。

    圖 3 雙脈衝的原理圖 4 顯示的是機器人的鋁合金脈衝焊接工藝,用於寶馬 5 系列及賓士( S 級和 E 級)的鋁合金軸的焊接。
    圖 4 材質為鋁合金的后軸結構,傳統的 MIG 焊接工藝採用 AL 脈衝焊及 Tandem 的焊接工藝。 MIG 焊接速度為 60 -80cm /min ; Tandem : 180 -210cm /min
    圖 5 給出的是焊接機器人的低碳鋼 MAG 焊接在船舶工業應用的實例。這條生產線是用於油罐及艙體部分的焊接。 4個龍門式的機器人在一起工作, X 軸在地面移動 72 米 ,每個機器人在( 2.5X16X4 )米 (X,Y,Z 軸 ) 的範圍內操作,機器人的焊接主要是地板與艙板,及艙板與艙板垂直向上的焊接,主要採用的是脈衝弧和短弧焊接,每個龍門上安裝有 2 個攝像頭的電視監視系統。


    下一個例子請見圖 6,展示的是卡車工業的鋁合金燃油箱的焊接,兩個機器人主從配置,每個機器人帶有激光感測器,油箱的焊接採用中速 0.8m /min,焊縫通過氦泄漏試驗是否防漏。

    圖 6a :用於鋁合金油箱的帶有激光感測器的傳統 MIG 焊接,焊接速度為 80cm /min 。

    圖 6b 同樣的焊接任務,如圖 6a ,這裡採用的是 Tandem 焊接,焊接速度為 280cm /min 。 4.2 Tandem (高性能 -- 雙絲)焊接.

           
4.4 TIG 焊接

    TIG 結合機器人的焊接與 MIG 結合機器人的對照比率為(大約 95%MIG , 5%TIG 和等離子)用於 TIG 焊的機器人主要優點是無飛濺。焊接的表面質量非常好。 TIG 焊接機器人主要應用在傢具工業,熱交換器,鍋爐等等。TIG 焊接機器人用於熱交換器的焊接採用的是冷絲送給:見圖 12 ,工件的直徑是 210 -1400mm ,機器人對管子的直徑有一定要求。每個圓形焊縫的焊接時間是 40-50 秒.有些時候,沒有高頻系統是允許的,這樣 TIG 焊接的重新起弧變得很困難。
    由 CLOOS 設計開發的,用於這種 TIG 焊槍的輔助引弧裝置,見圖 13 。

4.5  等離子焊

    像 TIG 焊接工藝一樣, PAW 焊接機器人的應用是很少的。這種生產是用於汽車燃油箱的焊接,使用的是不同的焊接工藝像 TIG- 電阻點焊和等離子焊等,見圖 14,等離子的焊接工藝應用在油箱的兩個半圓邊緣的焊接。許多行業對等離子焊接工藝的進一步發展非常感興趣,具體的開發將會集中在開發很高的等離子密度和用於等離子焊槍的重新設計上。

4.6 等離子焊劑電弧焊接( PPAW )

     PPAW 焊接工藝的基本原理見圖 15。PPAW 焊接工藝具有很低的熔敷率(最多到 100g /min ),適合很少的高質量焊接。在工業的實際應用的實例見 16-17 圖

4.7 激光混合焊接

    激光系統與傳統的氣體保護弧焊接工藝的有機結合,被稱為激光混合焊接工藝。主要的汽車工業,船舶工業和運輸系統的製造業,激光 MIG 焊接工藝非常有創意,見圖 18。焊接的材料是鋼和鋁結構,使用這種焊接工藝的優點是具有很高的焊接速度及很小的結構變形。缺點是激光系統的成本及相應的維修費用比較高,以及對焊縫的準備要求精確。新的發展集中在等離子焊接與激光的有機結合,在最初的實驗中,已經成功實現了鋼焊和釺焊。

    氣體保護焊接工藝開始於1940 年的 TIG 焊接工藝,這兩種焊接工藝配套在機器人和自動焊接上,特別是 Tandem 的焊接工藝為 MIG 焊接開闢了一個新的空間。新的焊接工藝的發展,正處於開發階段,如帶狀熔化極的焊接。

    傳統的 MIG焊接工藝與激光的結合給焊接技術提供了新的機會。激光設備的成本在將來會大幅度降低,所以激光及焊接設備結合的應用將會普及。
    越來越多的焊接工藝的改進,使得不同的焊接工藝出現在市場上,用於解決用戶的需要和特殊焊接問題,使用現代的焊接技術與機器人的有機結合是大勢所趨。

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