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輸電線路鐵塔的塔腳為整個(gè)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的支撐部件，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接決定了輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命。
為輸電線路鐵塔塔腳為焊接組合件，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于塔腳的生產(chǎn)大多采用手工電弧焊和CO2氣體保護(hù)焊的方式，由于焊接人員的焊接水平、焊接經(jīng)驗(yàn)的影響以及由于采用人工的焊接方法，導(dǎo)致塔腳的產(chǎn)量無法保證。
因此用了鐵塔塔腳焊接生產(chǎn)線提高輸電線路鐵塔的塔腳的生產(chǎn)效率，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員待解決的問題。在鐵塔塔腳焊接中使用焊接機(jī)器人不僅能有效解決上述問題，而且可以提高行業(yè)的自動(dòng)化焊接水平。
焊接機(jī)器人生產(chǎn)線
一、焊接機(jī)器人
1. 焊接機(jī)器人系統(tǒng)的主要組成
焊接機(jī)器人系統(tǒng)就其硬件來說一般包括機(jī)器人機(jī)械手、控制系統(tǒng)、焊接裝置、變位機(jī)、焊件夾持裝置以及其他保護(hù)裝備等幾部分組成。
2. 焊接機(jī)器人的特點(diǎn)
鐵塔塔腳基本是由鋼板焊接而成的結(jié)構(gòu)件，工件在上下料、組對(duì)的時(shí)候難免會(huì)存在一定的誤差，導(dǎo)致焊縫的位置和寬窄的一致性程度不高;且由于在焊接的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的變形，使得先焊接的焊縫產(chǎn)生變形作用在所焊接的工件上，導(dǎo)致后焊的焊縫偏離了原來組對(duì)時(shí)的位置。為了保證焊接的質(zhì)量，要求機(jī)器人能夠在焊接時(shí)能夠自動(dòng)找正焊縫的起始位置與正確方向，焊接塔腳的機(jī)器人系統(tǒng)一般都帶有焊接起始點(diǎn)的尋位以及焊縫的跟蹤等焊接功能。
(1) 焊接起始點(diǎn)的尋位
焊縫起始點(diǎn)尋位方式主要是接觸傳感器尋位，它利用加了低電壓的焊絲接觸工件表面進(jìn)行三方向的傳感。該方法是感知實(shí)際的工件位置，通過程序計(jì)算出實(shí)際位置與示教編程時(shí)工件表面位置的偏差，而后將偏差加入示教時(shí)的焊接位置，來找到并修正正確焊接位置，以糾正裝夾、組對(duì)以及焊接時(shí)所產(chǎn)生的焊接位置的偏差，從而來保證焊接的質(zhì)量。起始點(diǎn)的位置確定了之后，還需要使用電弧跟蹤功能來保證焊接方向的正確性。
(2) 電弧跟蹤
在焊接的過程中，焊接機(jī)器人系統(tǒng)通過應(yīng)用的軟件對(duì)焊接電壓、電流變化來實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)控，分析并計(jì)算出電弧長度變化，再通過軟件來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)糾正焊縫的偏移。
(3) 坡口寬度跟蹤
焊接機(jī)器人在焊接前檢測整條焊縫上多個(gè)點(diǎn)，通過軟件計(jì)算出焊縫坡口的寬度，來得到整條焊縫坡口寬度的變化情況。通過在焊接的過程中調(diào)整機(jī)器人的焊接擺動(dòng)幅度與焊接速度進(jìn)行軌跡的修正，即在焊縫較寬位置增大焊接擺幅，同時(shí)降低焊接速度，在焊縫較窄地方適當(dāng)?shù)販p少擺幅，且相應(yīng)地提高焊接速度，來得到焊高一致的焊縫，保證焊接軌跡始終位于坡口或焊縫的中心，從而達(dá)到提高焊接質(zhì)量目的。
3.塔腳焊接機(jī)器人的優(yōu)勢
(1)提高和穩(wěn)定焊接質(zhì)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。焊接電壓、焊接電流以及焊接速度等對(duì)焊接結(jié)果有很大的影響，而采用焊接機(jī)器人焊接可以實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)的恒定，受人為因素的影響較小，可降低對(duì)操作工人技術(shù)水平的要求，因此可以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。
(2)可實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率。
(3)為柔性生產(chǎn)提供了可能，可實(shí)現(xiàn)多品種小批量的連續(xù)生產(chǎn)，當(dāng)需更換產(chǎn)品類型時(shí)，可以通過更換夾具和調(diào)出相應(yīng)地編程來滿足生產(chǎn)的需要，減少了設(shè)備再投資，節(jié)約了成本。
(4)改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和條件。采用機(jī)器人焊接時(shí)在焊接結(jié)束后只需進(jìn)行工件的裝卸，省去了由于翻轉(zhuǎn)工件所占用的時(shí)間，消除了安全隱患，且避免了焊接弧光、煙霧以及飛濺等對(duì)工人造成的傷害，解放了工人的勞動(dòng)力。
除此之外，通過對(duì)焊接產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，根據(jù)焊接機(jī)器人的焊接工藝特性，得到哪些形狀規(guī)則、批量大的焊接件較適合機(jī)器人焊接，對(duì)于鐵塔產(chǎn)品而言，主要在塔腳、十字焊件、掛線板等結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行焊接，結(jié)合鐵塔焊接產(chǎn)品的分類統(tǒng)計(jì)，得到鐵塔塔腳的焊接約占鐵塔焊接比重的60%且其批量較大、形狀規(guī)則，容易實(shí)現(xiàn)批量化焊接作業(yè)及裝卡定位相對(duì)容易，對(duì)焊接機(jī)器人周邊設(shè)備要求較低，投資較少。
二、焊接機(jī)器人在輸電線路鐵塔塔腳焊接中的應(yīng)用
1. 輸電線路鐵塔塔腳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
在輸電線路鐵塔的焊接中，焊接機(jī)器人主要焊接產(chǎn)品為鐵塔塔腳，其主要由底板、筋板和連接板等通過焊接的形式連接而成，它是鐵塔的基礎(chǔ)，同時(shí)又是整個(gè)鐵塔的支撐部件，承受著來自塔身的重力，塔身由于風(fēng)、雪、地震等載荷對(duì)塔腳所產(chǎn)生的拉(壓)力等，其結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量決定著整基鐵塔質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，連接板上有幾組平行度要求的孔，主要用于與連接角鋼的連接，因此，塔腳焊接具有焊接量大、焊接難度高、易產(chǎn)生焊接變形等諸多特點(diǎn)。
2. 鐵塔塔腳焊接的工作模式
焊接機(jī)器人工作系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需要可采用單機(jī)器人+單/多工位的焊接模式，下面以單機(jī)器人+兩工位來進(jìn)行說明其具體的工作模式。操作人員在A工位的裝卸位置將待焊的塔腳裝在該工位的夾具上后，操作人員退出并按下啟動(dòng)按鈕;當(dāng)焊接機(jī)器人在A工位進(jìn)行焊接時(shí)，操作人員可在B工位裝卸位置同樣可將待焊的塔腳裝于該工位的夾具上，安裝完畢后，操作人員退出并按下啟動(dòng)按鈕進(jìn)行預(yù)約，當(dāng)機(jī)器人完成了A工位上的焊接后，將按照預(yù)約自動(dòng)轉(zhuǎn)到B工位焊接位置進(jìn)行焊接。此時(shí)，操作人員又可以回到A工位進(jìn)行工件的卸裝，并重復(fù)上面的操作，多工位的流程與此類似，這樣可以保證機(jī)器人連續(xù)不斷地進(jìn)行工作，從而達(dá)到高效自動(dòng)化焊接生產(chǎn)的目的。
三、焊接機(jī)器人應(yīng)用中存在的問題及解決方案
1.焊接中存在的缺陷及分析
機(jī)器人焊接采用的是富氬混合氣體保護(hù)焊, 在鐵塔塔腳的焊接過程中易出現(xiàn)的焊接缺陷一般有咬邊、焊偏、氣孔等幾種，具體的原因以及解決的措施分析如下：
(1) 出現(xiàn)咬邊的情況，可能是因?yàn)楹附拥膮?shù)選擇不正確，或者角度、位置不適當(dāng)?shù)膯栴}而造成的。針對(duì)此現(xiàn)象，可以通過改變功率的大小來調(diào)整焊接參數(shù)，調(diào)整一下焊接時(shí)工件的相對(duì)位置。
(2) 如果發(fā)現(xiàn)焊偏，可能是由于焊接位置的不準(zhǔn)確或者焊槍尋找的時(shí)候出現(xiàn)了問題，通過檢查焊槍中心點(diǎn)的位置是否正確，加以調(diào)整即可。若經(jīng)常出現(xiàn)該情況則要檢查機(jī)器人各個(gè)軸的零初始位置，重新進(jìn)行校零并加以修正。
(3) 如果發(fā)現(xiàn)有氣孔，可能是因?yàn)闅怏w保護(hù)差，工件的底漆太過厚，或是保護(hù)氣不夠干燥的原因而引起的，只要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整即可。
(4) 飛濺的太多可能是因?yàn)楹附訁?shù)的選擇不正確、氣體的組成成分的原因，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整功率大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來調(diào)整混合氣體的構(gòu)成比例。
(5) 焊縫結(jié)尾的地方，冷卻之后出現(xiàn)了弧坑，出現(xiàn)這一問題，在編程的時(shí)候，使用填弧坑的功能就可以將所產(chǎn)生的弧坑填滿。
2.焊接中存在的故障問題
(1) 發(fā)生撞槍，可能是由于工件在拼裝時(shí)存在一定的偏差或焊槍的中心位置不準(zhǔn)確，可以檢查工件的裝配情況或者修正焊槍的中心位置來避免該情況的出現(xiàn)。
(2) 出現(xiàn)電弧故障，造成不能引弧 這可能是由于焊槍的焊絲沒有接觸到工件表面或者焊接的工藝參數(shù)太小，可以通過手動(dòng)送絲、調(diào)整焊槍與焊縫的距離或適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)來解決。
(3) 保護(hù)氣監(jiān)控報(bào)警 由于焊接機(jī)器人設(shè)備是靠循環(huán)水來進(jìn)行冷卻，保護(hù)氣的壓力驅(qū)使氣缸的開關(guān)動(dòng)作，而在實(shí)際使用中，冷卻水中存在雜質(zhì)或保護(hù)氣中存在顆粒造成管路的堵塞或腐蝕而發(fā)生報(bào)警，可以通過檢查冷卻水、保護(hù)氣管路或增加過濾裝備來進(jìn)行預(yù)防。
四、綜上所述
焊接機(jī)器人在輸電線路鐵塔塔腳中的應(yīng)用，大大地提高了塔腳結(jié)構(gòu)件焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性與生產(chǎn)效率，有效地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了柔性化生產(chǎn)管理。通過在鐵塔塔腳焊接上焊接機(jī)器人的大量使用，遇到了很多問題，也對(duì)問題進(jìn)行了解決，正是如此，在不斷暴漏問題、改進(jìn)和解決問題過程中，積極地尋求更加有效的方法，使焊接機(jī)器人能夠順利完成對(duì)鐵塔塔腳的焊裝工作，為鐵塔制造行業(yè)的焊接自動(dòng)化積累一定的經(jīng)驗(yàn)。
