教機器人焊接的作業稱為“示教”,是引進機器人時不可或缺的工序。示教方法分為兩種,分別為“在線示教”,即運行機器人,使其記住動作的方法;以及“離線示教”,即將CAD等生成的3D數據或動作編入程序中,使機器人記住數據的方法。
示教是決定機器人動作的重要工序,同時也非常費時。因此,相對而言示教工時較少的在線示教逐漸成為主流。
在線示教時,需要實際運行機器人進行焊接,由傳感器檢測其動作。傳感器檢測到的動作會記錄到程序中。通過播放(示教回放)記錄的動作,實現機器人進行的焊接。
此外,在機器人焊接工序中,可以將非接觸傳感器作為機器人的眼睛,進行“焊接線的模仿控制”或“坡口形狀的測量”,實現更高精度的自動焊接。
用鏡片收集指向性及聚焦性好的波長的光,將能量密度極高的激光作為熱源的焊接方法。可實現相對于深度而言,寬度較窄的融入焊接。這些利用激光指向性及集中性的技術,同樣也被用于“拼焊(TB)”中的焊接、薄板切割及加工。
根據發出作為能量的光源的方法,激光焊接可分為2大類。“氣體激光”利用二氧化碳等氣體發出激光(例:二氧化碳氣體激光焊接)。而“固體激光”則利用釔、鋁及石榴石等礦石發出激光,例如YAG激光焊接。
在“熔接”中,“電弧焊接”也是在各種工業領域被廣泛應用的焊接法。
根據特征、裝置結構、使用的氣體等有更具體的分類,其中“TIG焊接”、“MIG焊接”、“MAG焊接”等可以用保護氣體將焊接部和大氣隔離開來的氣體保護電弧焊,由于非常適合自動化,被廣泛應用。
包括氣體保護電弧焊在內的“電弧焊接”大致可分為焊接棒(或焊絲)熔化的“電極消耗式(溶極式)”和不熔化的“非電極消耗式(非溶極式)”兩種。
根據接合方法不同,焊接大致可分為三類。
將母材和母材熔化或將接合母材所需的焊接棒(焊材)和母材熔化并接合的“熔接”;利用機械摩擦、壓力、電流等使母材熔化并接合的“壓接”;在接合部分使用接合所需的焊材(釬)以進行焊接的“釬焊”。
同時,針對各種接合方法,還有各種各樣的焊接方法,可根據要接合的母材和條件等因素,使用合適的焊接方法。
將金屬連接在一起的主要方法,包括“機械性接合”及“冶金性接合”。機械性接合,包括“螺栓接合”、“鉚接”、“斂縫”、“熱套”、“鑲入”等,這些接合方法均借助了力學領域的能量。
而相對的,冶金性接合則分為“熔接”、“壓接”、“釬焊”等方法,不同的接合方法對應使用不同的能量。
此外還有屬于化學性接合,采用粘合劑的接合方法。
不同的接合方法各有優缺點,要實現有效接合,就必須根據不同的材料及接合條件,選擇恰當的接合方法。
要檢測融入不足或融合不良、內部開裂等缺陷時,使用超聲波。在用超聲波進行的檢測(“超聲波檢測:UT”)中,使用一種名為探頭的物體。探頭內部組裝有振子,用于發出和接收超聲波。將探頭放到焊接部上并發出超聲波,超聲波將傳播到焊接部內部。如果沒有空心或異物等,超聲波將在底面發生反射(回響),返回到探頭。而如果在中途遇到空心或異物等,將在到達底面前從空心或異物處發出回響,并返回到探頭。這種回響將以圖形的形式顯示在探測器上,用于測量缺陷的有無和位置。
焊接大致可分為“熔接”、“壓接”、“釬焊”三種,但它們還有更多的詳細分類。需要根據要焊接的母材材質、焊接后產品需要實現的功能等,選擇最合適的焊接方法。
在理解不同焊接方法的原理和特點的基礎上,正確地進行焊接,可實現品質、可靠性、耐久性均非常出色的焊接。此外,在FA(工廠自動化)的焊接工序自動化及機器人的引進和使用中,各種焊接方法相關的知識也是不可或缺的。
“TIG(Tungsten Inert Gas)焊接”代表“隋性氣體焊接”。這是一種不會飛濺火花,支持不銹鋼、鋁、鐵等各類金屬焊接的電弧焊接。 采用不會作為放電電極消耗的鎢,使用氬氣、氦氣等惰性(Inert)氣體作為保護氣體。在惰性氣體中產生電弧,依靠電弧熱量熔解母材進行焊接。雖然也會使用焊材,但由于焊接部位被惰性氣體包圍,電弧也很穩定,幾乎不會發生濺射。
在ISO9000第一版(1987年版)中,焊接被定義為“特殊工序”。這是因為當時要驗證品質條件非常困難。后來,焊接品質從“所用材料、設備及操作者的資格”、“作業條件、作業步驟及其管理和檢測方法”,以及安全對策等“作業標準”和實現標準所需的焊接條件、測量儀、檢查手冊、記錄等方面進行管理。 焊接品質的檢查非常重要,但要作出準確的判斷也絕非易事。對焊接操作者、設備嚴格規定的各種資格和條件,也證實了這一點。實際上,在船舶、橋梁、基礎設施設備等的重大事故中,經常發現起因是焊接不良,因此必須嚴格地實施品質管理,絲毫不可松懈。 在現代,隨著傳感器、高精度相機、激光位移傳感器等技術的發展,管理和檢測技術越來越發達。焊接的未來除了經驗和知識外,關鍵還在于如何利用科學技術,合理地進行高精度品質管理。
焊接品質的檢查非常重要,因此必須嚴格地實施品質管理,絲毫不可松懈。下面介紹焊接需要實現的品質要求。
對“焊接產品”品質要求的一般條件,如下所示。
按設計尺寸正確完工。
具備要求的功能和強度(或安全性)。
焊接部的外觀符合要求的等級。