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1、松下推出的融合型弧焊专用机器人TAWERS,通过“融合”特性，实 现了高速、高品质和低飞溅的焊接，在汽车制造领域内，具有不可忽 视的竞争实力。目前中国汽车制造业正在飞快发展，厂家为提高生产能力，不断将手 工作业向机器人化推进，同时,为了拉开和其他公司的差距而进行的 投资十分活跃。汽车在不断追求安全、快适、节能的前提下，对焊接 位置的要求越来越高，焊接品质的可靠性也越来越重要，机器人焊接 也在不断追寻高品质化、高效化之路。松下公司在不断追求完美焊接的前提下，不断推陈出新，从最初的机 器人和手工焊接电源通过模拟指令，以“连接”方式构建的焊接机器人 系统，到行业内首先推出机器人和焊接电源之间通过串行
2、接口通信， 以“结合”方式构建的焊接机器人系统，最近又推出了打破焊接电源和 机器人界限的融合型弧焊专用机器人TAWERSo TAWERS的“融合” 特性为其带来了卓越性能，在追求高速、高品质焊接的行业领域内得 到了很高的评价。下面就以汽车行业为主，介绍一 下TAWERS及其 相关应用案例。TAWERS 的基本构成TAWERS 的外观如图1 所示。机器人本体部分采用高速、高刚性的 TA系列本体；控制装置和普通电源分离型不同，在机器人控制器下 部内置了焊接电源单元，进行波形控制的“大脑”安装在上面的机器人 控制器中。从机器人角度来看，该电源单元相当于外部轴伺服放大器 操作和送丝机放大器、关节轴、外
3、部轴的操作相同。在电源单元中搭载了该级别的世界上速度最快的100kHz超高速逆变 单元，即便在脉冲模式下，它的功率也能达到350A、60%的负载率， 而电源单元的尺寸却比以往的全数字电源缩小了1/3。另外，电源单 元位置首次采用了防尘结构，大大提高了环境适应性及可靠性。图 1 TAWERS 的外观图 2 硬件配置TAWERS 控制部分的硬件构成如图2所示：焊接控制板对焊接波形进行实际控制，由机器人的主CPU板通过总线直接控制。该焊接控 制板上装载有数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)， 用软件来控制焊接波形。各个CPU之间总线相连，直接访问内存进 行通
4、信，如果现行的全数字电源和机器人之间通信速度为1 的话，则 该速度将达到 250，也就是说，相同数据量情况下，它的通信速度能 快250倍，或者相同时间内能够传送250倍量的数据，从而，其具有 了各种全数字焊机所不具备的优点。TAWERS的主要特征TAWERS 是电源融合型机器人，机器人直接控制焊接波形，实现“全 软件控制”。从而带来了非常的优良的焊接性能。1. 新型短路波形控制 SP-MAGSP-MAG 是基于在较低电流域实现高速、低飞溅焊接理想上开发出来的波形控制方法。图3所示为SP-MAG焊接法的原理。“SP-MAG” 是指短路结束后焊接电流迅速重叠（图中阴影部分）。使用该重叠的 电流提高
5、焊丝头部的熔融速度，再次引弧后能量重叠，使得焊丝头部 形成熔滴。焊丝头部提前形成充分熔滴后可以顺利过渡到下一个短 路，同时也缩短了短路周期。n匚沪短晤給朿石瞇建号KX*。 ip匚匚三Lt io監）常螺珂金棋代 图 3 SP-MAG 原理另外，同时进行的还有二次开关控制。该控制是指机器人检测短路的发生和结束，在短路发生和结束的瞬间迅速降低电流，这样就减少了微小短路的发生以及保险丝的崩断效果。这种新型短路波形控制法SP-MAG具备以下优点：（1）通过和二次开关控制的抑制飞溅效果相乘，可实现飞溅的极小化； （2）实现了稳定的短路周期及短周期化，能够创造出适合高速焊接的电弧； （3）由于可以将电压捆绑
6、使用，容易控制对母材的入热。由以上优点可看出，SP-MAG是最适合薄板焊接的波形控制法。2. 新型脉冲控制 HD-Pulse 图4是原来的脉冲焊接和曰D-Pulse焊接”电流波形的一个模式对比。图 4 HD-Pulse 的电流波形以往的脉冲焊接，当弧长变短后发生短路的时机就会变得不稳定，因 而不仅在波谷期间，在波峰期间也会发生短路。由于在波峰期间电流 较大，会产生保险丝崩断效果而引发大颗粒飞溅。“HD-Pulse”是在波 峰期间向波谷期间过渡的时机内控制发生短路，同时通过独有的颈部 检测计算可以正确检测、计算出短路结束前的“时机”。在该“时机”内 再通过二次开关控制，降低短路结束时的电流，从而
7、降低保险丝崩断 效果来实现降低飞溅。这种新型HD-Pulse焊接具备SP-MAG的优点，同时还可以抑制咬边 情况的发生。3. 提升起弧和提升收弧功能这两种功能是“融合”带来的新功能。提升起弧是指焊丝在带电状态下 先低速向母材移动，当接触到母材的一瞬间机器人迅速提起焊枪，在 焊丝端部和母材之间形成一个小间隙，从而引弧成功。由于提升起弧 功能不靠焊丝尖端和母材接触产生飞溅（保险丝崩断效果）来保证起 弧，因而可以大大减少起弧时飞溅的发生，另外对于以往难于起弧的 材质，其起弧效果也非常理想。图 5 座椅骨架焊接应用案例提升收弧功能是指焊接结束时的处理功能。它通过机器人提升焊枪可 以防止焊丝粘连。焊接输
8、出停止后，机器人迅速提升焊枪，这对缩短 节拍非常有效。4. 自动调整焊丝干伸长功能利用和电弧传感相类似的高度跟踪，通过焊接电流和电压计算出干伸长，机器人始终保持该干仲长一致的运行动作。由于TAWERS的所 有焊接信息都保存在机器人内部，因此无需添加其它硬件设施，只需 添加该软件即可实现该功能。5. 焊接品质管理功能TAWERS 还准备有能够记录监视焊接结果的高级选配软件焊接 品质管理工具。（1）焊接监视功能该功能不仅能够监视焊接电流和焊接电压，还能够监视短路频率、脉 冲频率、送丝速度以及送丝电机的电流值（送丝阻力）等。（2）表格显示功能该功能是指将焊接电流、焊接电压等各种焊接信息在示教器上用波
9、形 来显示的功能，可以实现和简易示波器相媲美的波形观测。（3）焊接记录功能该功能可以记录焊接相关信息，如日期、时间、程序名和示教点名， 另外还有平均电流、平均电压、送丝速度以及脱离设定范围的情况等 信息，可以作为生产管理以及品质管理的数据库加以使用。图 6 液压变矩器上盖焊接案例TAWERS在汽车零部件中的应用实例 如果能够灵活使用TAWERS的焊接性能的话，便可适用于多种汽车零部件的焊接。下面介绍一下几个案例。1. 汽车门框加强板焊接应用案例 管、板相连的裙边部分，焊接时容易发生焊穿，另外用户对飞溅的要求也比较苛刻。对于这部分的焊接，采用SP-MAGII焊接法，可大幅减少飞溅，杜绝焊穿，另外
10、焊接速度也提高到原来的1.5 倍。2. 座椅骨架焊接应用案例 如图 5所示，汽车座椅骨架的焊缝短而且多，用户要求起弧性能可靠， 且飞溅少的高品质焊接。以前在焊接后道工序需设专人去除飞溅，而 使用TAWERS的SP-MAGII后，实现了高速低飞溅焊接。3. 液压变矩器上盖焊接应用案例图 6 是液压变矩器上盖和安装件的焊接案例。由于该件是驱动部分的 重要零部件，因此焊接时要求可靠的熔深及低飞溅。对该零件，采用 TAWERS的HD-Pulse焊接法，实现了足够的熔深，飞溅很低。4. 汽车低位手臂焊接应用案例图 7 是汽车悬挂装置的低位手臂焊接案例。对悬挂系统部件的焊接要 求无咬边、无焊穿、焊接稳定和
11、飞溅较低。采用TAWERS脉冲MAG 焊接后，速度可达lm/min,焊缝外观良好，飞溅较低。图 7 低位手臂焊接案例TAWERS的扩展TAWERS 不仅具备适用于汽车零部件焊接的各种功能、特长以及新焊接法，此外，通过增加、变更软件，逐步推出各种革命性波形控制法，实现用户需求，成就了不断进化的TAWRES。图 8 TAWERS-TIG 焊枪原理1. TAWERS-TIGTAWERS-TIG是在标准TAWERS机器人上配备专用填丝焊枪，再添 加新软件，即可实现各种改变以往焊接常识的功能。新开发的TIG 填丝焊枪利用电弧分流作用可将焊丝预热，大幅提高熔敷效率，可将 焊速提高1倍左右，是一款适合高生产
12、性要求的汽车零部件行业。图 8是专用TIG焊枪原理图。2. TAWERS-MIG标准TAWERS上配备MIG专用单元及MIG软件即可实现高品位铝MIG焊接，具有以下特点：1.使用3个送丝电机，实现高精度、稳定的送丝。 2.采用提升起弧，实现稳定的起弧效果。 3.具备低脉冲焊接功能，还可进行摆动同步低脉冲焊接。焊接板厚不一样的工件时控制 焊接规范和摆动相同步，既能实现充分熔深，又不至于焊穿，实现漂亮的焊道外观。TAWERS-HEAT 工法“HEAT”是英文 “High Efficiency Advanced Tip，的缩写，含义是“高效 率革新性导电嘴”。HEAT工法是指在导电嘴尖端加上绝缘陶瓷
13、嘴， 再加上新开发的夹套式导电嘴，来人为增加焊丝干伸长，从而提高熔 敷效率的功能。1. HEAT工法的原理当加长焊丝干仲长后，仲出的焊丝电阻值R增大，通过电流I后，12R变大。焊丝被加热，其效果是在同等电流情况下提高了熔敷量。如果要求的熔敷量相同的话，可以降低电流值，减少对母材入热，防止 产生咬边。在焊接有间隙焊缝或焊接裙边焊缝时效果很好。另外，确 保同等焊道宽度时，可以提高焊接速度。该到点嘴具有降低电流、减 少能耗的优点。在使用以往的导电嘴时，如果单纯增加焊丝干伸长的 话，会引起焊丝指偏，对焊丝供电不稳定，另外还需根据干伸长设定 不同的焊接规范。因此，Panasonic开发出这种具备新型导电
14、结构的导电嘴（夹套式导电嘴），使得这种工法得以顺利实现。2. 新开发的夹套式导电嘴图 9 是夹套式导电嘴的结构示意图。臾寰3血图 9 夹套式导电嘴的结构夹套式导电嘴由导电嘴本体和插入本体中的用于供电的夹套构成。强行供电结构是指从后部压紧夹套，通过导电嘴端部的斜面使夹套收紧，从而强行供电的结构。采用该结构，使得供电位置固定在夹套端部，夹套虽然不断磨损，电 流变化却极小，另外，夹套将焊丝抱紧，抑制了焊丝的指偏，从而大 幅度提高焊接品质。另外，由于夹套端部一直和焊丝接触，在导电嘴内部就不会产生调电火花，这样就延长了导电嘴的寿命（约延长35倍），减少了更换 导电嘴的时间，另外也节省了资源。3.HEAT
15、工法的施工案例图10是提高熔敷量的施工案例330A、1.2m/min的焊接条件下,HEAT工法能比原来工法提高约33%的熔敷量。图 10 HEAT 工法熔敷量对比使用原来工法焊接板厚1.2mm管件相贯线时，由于工件的不稳定性， 焊丝指向偏向哪块板，哪块板就会产生焊穿。而使用HEAT-SPMAG 工法时，由于提高了焊丝的熔敷量，即便焊丝有一定偏差，但熔融金 属在两个管件之间架起“桥梁”，防止了焊穿的发生。由此可见，SP-MAG的HEAT工法是适用于薄板焊接的优良工法，非常适用于座椅骨架、仪表盘支架的焊接。图11是薄板相贯线的无焊穿、低飞溅稳定焊接案例。图 11 薄板相贯线焊接应用案例由于HEAT工法能够增加30%40%的熔敷量，因此可以抑制咬边的 发生，并且可以提高焊接速度。再配上高电流域具备优良焊接性能的 HD-Pulse的进化版焊接法，特别适用于减震器、车架等较厚板的焊 接。图12是HEAT-HD-Pulse工法的对比案例。（职冲）hf百t新规髓* 285A 26,8V （脉冲） 遽度* L Omykin给果丄无咬边=:范度道果ffi速焊tt一2S5A 23. 4V1. Oee rin:i邮发生咬边图 12 HE
