自动化焊接机器人
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2023年2月22日发(作者：23联防)基于PLC控制的焊接机器人环焊缝自动化焊接系统
沈正彪;李龙兵;苑振涛;刘进辉;钱广;王春生
【摘要】针对某品牌无外部轴不带变位机的国产焊接机器人,为了实现该焊接机器
人焊接环焊缝时自动寻找焊缝起始点、环焊缝圆周焊接死角的问题,研究了一种环
形焊缝自动化焊接系统.实验结果表明,焊接过程稳定,环焊缝一次焊接完成,焊缝成型
好,焊接质量高.
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】2页(P50-51)
【关键词】焊接机器人;环焊缝;可编程控制器;变位机
【作者】沈正彪;李龙兵;苑振涛;刘进辉;钱广;王春生
【作者单位】昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云
南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,
云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学
院,云南昆明650051
【正文语种】中文
【中图分类】TG441.4
现在市场上的滚轮架组合设备可以进行环缝的焊接，可以解决一部分环缝的焊接问
题，但是当被焊接的工件不能作圆周运动时，环缝的焊接就只能采用分段焊接的方
法来完成，增加焊接的工作量和焊接成本，还会引起环缝密封性不好的问题[1]。
1.1要解决的技术问题
一是焊接前焊枪跟踪焊缝的问题。示教机器人的工作原理决定了焊枪只会沿示教时
的路线轨迹进行行走，如果安装的工件位置有变化，焊枪不会做出相应的调整，可
能导致焊枪与焊缝的相对位置不正确，焊接失败，所以，焊接引弧前一定要保证焊
枪与焊缝的对位准确。
二是连续焊接前的点固焊问题。为了防止焊接过程中工件变形，先进行点固焊，并
确定点固焊的位置。
三是连续焊接过程中的死角问题。当焊接的工件放置在水平的位置时，由于机器人
手臂运动的限制，机器人操作焊枪不能实现一次把整条的焊缝焊完。
1.2技术方案
首先焊接前焊枪跟踪焊缝的问题。本研究用接近式开关作为传感器来定位机器人的
焊枪与焊缝起始点的方法，将被焊工件夹持在变位机的两端，接近式开关安装在机
器人操作的焊枪上，当焊枪接近焊缝的位置时，接近开关就发出信号给PLC，这
时PLC控制焊接机器人开始焊接固焊点。
其次是连续焊接前的点固焊问题和整条焊缝的焊接。焊接完成第一个焊点后，机器
人沿管壁顺时移动240°，进行点固焊接，再逆时针移动120度进行点固焊接，紧
接着进行连续的焊接，直到管子整条焊缝的焊接完成。
最后是连续焊接过程中的死角问题。国产机器人移动使焊枪靠近焊缝，当焊枪和焊
缝在某个距离L时，焊枪上的传感装置将信号输送到PLC装置上，PLC得到启动
信号，使焊机与变位机协调工作，变位机开始带动工件作圆周运动，实现整条焊缝
一次焊接完成。
系统有一个焊接工装，由变位机控制,工位有两个转动装置,即主动装置和从动装置，
由PLC编程实现，如图1,在焊接时,夹具上安装PLC控制系统,作为整个控制系统
的一个独立环节。这样一来,厂家只需要更换与工装相匹配的焊接夹具,就能够焊接
多种不同的零件,使得整个焊接系统高度的柔性化[2]。
PLC控制的机器人环形焊缝自动化系统的构成包括[3]:机器人、弧焊装置、变位机、
传感器和PLC等。生产调试阶段,系统进行手动操作,机器人接近工件，传感器将控
制信号给PLC，由PLC控制外部轴变位机,使工件旋转,然后弧焊电源接通，开始焊
接。
自动运行阶段,通过外部信号控制机器人的焊接。当夹具控制系统将工件加紧后,外
部信号通过给PLC一个信号,PLC将各种控制指令送到弧焊电源和变位机,由PLC
控制外部轴变位机,使工件旋转,然后弧焊电源接通，开始焊接。
4.1PLC
本系统采用三菱FX1s-14MR型PLC。FX1s-14MR是功能很强大的微PLC,并且
能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得Fx1s-14MR在体
积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。定位和脉冲输出功能,一个
PLC单元能同时输出2点100kHz脉冲,PLC配备有7条特殊的定位指令。
4.2S60自动环缝焊机
环缝自动焊机是一种能完成各种圆形、环形焊缝焊接的通用自动焊接设备。可用于
碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及其合金等材料的优质焊接，并可选择氩弧焊（填丝
或不填丝）、熔化极气体保护焊（CO2/MIG/MAG）、等离子焊等焊接电源组成
一套环缝自动焊接系统。
本设计是一种PLC控制的机器人环形焊缝自动化系统，如图1所示，包括国产机
器人（1）、CO2气体保护焊设备（2）、传感装置（3）、焊接台（4）、XY二
维调节支架（5）、前后移动手柄（6）、三抓卡盘（7）、移动导轨（8）变位机
（9）、线路盒（10）、PLC控制器（11）。工作过程：做好准备工作，主电源接
通，接通焊接开关，PLC给出运行信号，机器人焊接手臂开始接近工件，当距离
达到焊缝位置时，传感器对工件寻找焊缝位置，当焊缝位置确定之后，将传感器信
号反馈给机器人，机器人将位置信号转换为电信号，PLC控制弧焊电源进行第一
个点点焊，控制点焊时间为1s，点焊结束后，机器人沿管壁顺时移动240°，移动
到②点进行点固焊接，控制点焊时间为1s，②点焊结束后，再逆时针移动120度，
在③点进行点固焊接，控制点焊时间为1s，③点点固焊完成后，从③点开始紧接
着进行连续的焊接，焊接过程是这样：焊接机器人手臂不动，变位机带动工件旋转
360°直到管子整条环焊缝的焊接完成。完成环焊过程后，机器人复位。如果同样
规格的工件再次焊接，只需运行机器人（1）和PLC
（11）的上一次程序即可。
机器人焊接系统集自动化生产和灵活性生产特点于一身,在汽车、摩托车及工程机
械制造业中得到了越来越广泛的应用，本课题的研究表明，可编程控制器、焊接机
器人、变位机及与之配套的夹具通过一定的组合，可以实现不同的用途，达到某些
特定的焊接要求。
2.4温度对不锈钢腐蚀磨损性能的影响
改变5#浆料温度对两种钢材耐温腐蚀磨损性能进行研究，如图4所示，可以看出
不同浆料温度下，2057双相不锈钢的耐蚀性能优于904L型。
综上所述，2507双相不锈钢的力学性能高于904L型奥氏体不锈钢；在高温、高
酸及含Cl-、F-等离子的湿法炼锌浆料中，前者的耐磨损耐腐蚀性能明显优于后者；
2507双相不锈钢因其优异的力学性能和抗磨损腐蚀性能，可以应用于湿法炼锌的
搅拌器设备当中。
参考文献
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状[J].湿法冶金,2015,(04):264-269.
[4]俞娟,杨洪英,李林波,崔雅茹,朱军.全湿法炼锌系统中氟氯的影响及脱除方法[J].有
色金属(冶炼部分),2014,(06):17-21.
[5]苏莎,陈海清.湿法炼锌中氟氯去除方法的研究[J].湖南有色金属,2013,(01):40-43.
【相关文献】
[1]杨增.吴林,徐漢士,朱胜.弧焊机器人乗性再制造系细J1.焊接学报.2016.
[2]FX1S-14MR使用手册.
[3]郭标等.用PLC控制外部轴的机器人自动化焊接系统J-14.现代焊接.2015.