1。3。3  机器人自动控制系统

螺柱焊接机器人系统由自动焊枪和旋弧磁场等组成的自动焊接装置、包含自动装夹装置和装卸系统的柔性化焊接工艺装置以及机器人的整体电气控制系统组成，其中控制系统的动力传递方式是气压传动，较其他的传递方式，具有很大的优势[6]，如工作介质是空气，来源方便且使用后直接排入大气而无污染，降低了成本；空气在管路中流动时的压力损失小，提高了效率；气动元件动作迅速且维护简单，系统故障易排除，还有过载保护的功能，增加了安全性。

本实验中的机器人型号为MOTOMAN-ESl65N，有六个旋转轴而且手腕部的回转动作范围可达±2000，完成难以焊接工件的焊接工作。其配备的NXl00控制柜同时控制多个轴的协调运动，并且执行操作命令的速度快，从而大大提升了机器人的工作效率；而且，NXl00示教编程器的主要作用是通过编程将命令传达给控制柜，再由控制柜将操作指令传递给焊接电源、焊枪和机器人等，通过程序命令实现机器人螺柱焊接过程的位置定位、磁场通断及时间、焊接开始时间和焊枪运动轨迹设定等操作之间的通信与实时调节。所以，自动控制系统是机器人自动焊接的核心，全智能化焊接离不开其进一步的改善与应用。

1。4  本章小结

本章主要介绍了课题的研究背景，同时阐述了螺柱焊的分类及其特点，从而引出对本课题机器人自动螺柱焊工艺的基本简介。

2   机器人螺柱焊成形工艺的优化方案

2。1  大直径螺柱与中碳调质钢板的焊接难点

大直径螺柱焊接时，由于焊接时间短和熔池流动性不够等因素的影响，从而增加了与中厚板中碳调质钢焊接的难度，如拉弧过程中易产生电弧偏焊现象，电弧燃烧不稳定和金属熔化不均匀易造成螺柱倾斜，影响焊接质量；在中碳调质钢的成分等因素的影响下，焊缝容易产生气孔、热裂纹和应力集中等缺陷；电弧热输入能量值不能完全满足接头最高要求的热输入值，使得焊缝飞溅较大[1,7]。另一方面，由于电弧压力的作用，熔融的母材和螺柱混合金属溢出熔池而分布不均，当对螺柱施加顶锻力时，表面熔化不均的螺柱下压使得气体无法溢出而产生气孔和裂纹等缺陷，焊缝强度下降，成形难以控制；中碳调质钢的碳当量在0。75以上，淬硬倾向较大，结合螺柱焊接加热时间短、冷却速度快的特点，焊缝极易产生脆化区域甚至焊接冷裂纹；焊接母材属于厚大构件，散热速度很快，冷却到室温的时间较短，从而易产生螺柱熔化量不足、焊缝未熔合和外观成形差等缺陷。文献综述

因此，在中厚板材及大直径螺柱应用中的机器人螺柱焊焊接工艺需要一些改进措施，例如可使用复合焊接工艺来改善其焊接质量，所以仍需大量的实验研究来确定其最佳工艺及其最优工艺参数。

2。2  螺柱焊成形工艺的优化思路

2。2。1  螺柱焊焊缝的缺陷

电弧螺柱焊常见的缺陷有裂纹、气孔、飞溅、焊缝凸台不均匀且不闭合、焊缝强度低劣、焊缝烧损和电弧偏吹等，其中，磁偏吹现象与焊缝的外观成形密切相关，通常采用小电流短弧焊和平衡螺柱周围磁场的均衡器等措施来减少偏弧现象。如图2。1中列出三种常见的缺陷。而影响螺柱焊缺陷产生的原因主要有材料选择、热输入设置、焊枪参数调节和焊接操作过程，如螺柱的引弧结及表面状态的影响，焊接电流和时间的设置，焊枪提升高度和射钉深度及速度的调节，以及焊接机器人的工作环境和磁偏吹大小的不利影响[8,9]。