机器人最新焊接技术及应用

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四、机器人LASER焊接系统
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．雷射焊接特性
．雷射是一种将电能转换为光能的振荡放大装置。由于具 有同相位，单一频率以及高强度等特性，雷射经过光学 系统聚进后，便成为一狭窄且能量密度相当高之光束， 可应用于各项材料之精密加工制程，其中包括焊接、切 割、钻孔等。
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6~9
70~115 80~150 6~10
90~150 120~200 7~12
140~210 180~300 7~13
180~280 280~380 8~15
230~330 360~600 8~18
300~450 580~750 10~20
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5.钨电极棒突出磁焊嘴之长度产生之影响如图
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5
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1.TIG焊接电源之选择
．任何溶接材料以TIG焊接方式施工，其正确
的选择使用直流或交流电源是重要的，如
果选择错误，则难以得到良好焊接结果。
銲接法之選定
交流氬銲 直流氬銲
交流氬銲 直流氬銲
碳 鋼
○
鈦
○
不銹鋼
○
銅
○
鎔鉏鋼
○
青 銅
△
鋁
○
黃 銅
△
△
鋁鑄物
○
註：1. ○最適合，△適合。 2. 直流氬銲為直流正極位(DCSP)，即母材接正極。
6.4 ( 1/4 )
325~475 500~700 800~1100 80~125
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3.TIG焊接钨电极棒先端之形状影响
．钨电极棒先端之形状，对于焊接作业性是有影响，而其 形状是配合焊接极性来使用，如图(C)为使有用直流正 极性(CDSP)，通常先端研磨约45°～60°,如图(B)因 使用直流反极性(DCRP)，其电弧热量占三分之一集中 在钨电极，使用电极径稍大为宜，且不宜研磨太尖。 图C是使用交流焊接。
(mm) 0.5 1.0
正极性 5~20 15~80
逆极性 － －
1.6
70~150
10~20
2.4
150~250
15~30
3.2
250~400
25~40
4.0
400~500
40~55
4.8
500~800
55~80
6.4
800~1100
80~125
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．PLASMA焊接水冷喷嘴孔径与容许电流之关系。
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．ＰLASMA电弧柱与TIG电弧柱比较如图，弧径较细、 弧宽较窄，因此热集中度高，熔渗深度深，而且不 管是焊接或切割，加热宽度(焊接宽度)与热影响区 的宽度均较窄，母材变形也极小。
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．TIG焊接之实用最小电流为10A，即使使用短电弧焊接 可也无法以１Ａ以下电流来焊接，然而PLASMA电弧电流
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6.钨电极棒与母材之距离影响如图
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7.焊枪角度与焊接效果关系如图
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8.焊接条件之设定
低脉波TIG焊接，除在外观呈现鳞片且完整的焊导，对于
全姿势焊接及板厚度都可完成完义焊导，其基本四组焊接
要件如表所示
低脉波条件之设定基准:
Low-pulse
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．工业上常用的雷射有两种，其一是以二氧化碳分子为媒 介的气体雷射(CO2雷射，波长10.6μm)，另一种是铷 (Nd)离子为媒介的固体雷射(YAG雷射，波长1.06μm)。
其整体而言)CO2雷射之应用范围,仍较YAG雷射广泛，因 提供较佳之功率与速度选择性，但YAG雷射之重要性已 有渐逐驾攻势，YAG雷射功率发展已有提升(目前已有 3KW商用机型),而且可用光纤传递能量，配合机械手臂 进行三度空间焊接作业。
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PLASMA焊接
PLASMA焊接与TIG焊接相同，都是使用钨棒作 电极，且保护气体也是使用氩气，与TIG焊接不 同处(如图所示)，在于钨电极与遮护罩之间设有 铜制的水冷喷嘴(也称为INSERT TIP)，喷嘴与电 极间产生电弧(称为先导电弧)，氩气流动于此电 弧中(此时氩气称为作动气体或先导气体）而产生 电浆气，电浆气通过水冷喷嘴的尖端小孔(口径 0.8～5.0mm，依电流值而异），由于热数束效 果而形成高能量密度的电弧并达到母材。
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低至20mA，因此对于箔类等薄板的焊板也是可能。
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．PLASMA焊接钨电极棒之选择与钨电极棒之尖端削法与 电流关系，如表所示。
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钨电极棒之尖端削法 形状、削成角度
焊接电流 50A 以下 100A 以下
100A 以下
钨电极棒径与对应之焊接电流
电极棒经
焊接电流
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4.保护气体流量与焊接电流关系
．保护气体之流量将直接影响焊接质量好坏，过量的流量
造成浪费，并增加焊接成本，不足流量将导致焊接不良，
其关系如图。
焊接电流与氩气流量之关系
AC
DCSP 气体流量
(A)
(A)
图示
5~15Байду номын сангаас
4~15
3~7
10~55 10~60
4~8
45~95 50~110
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．铝合金TIG焊接，采用交流电源之原因。
項目
交流
直流正極性
直流反極性
極性及滲透性
清潔作用 電弧長度 電極直徑
電弧熱量
母材 電極
良好 適正 普通
50% 50%
沒有 短
細徑為佳
70% 30%
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非常良好 長
較粗必要 30% 70%
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2.TIG焊接钨电极之选择
．T(Tungsten)钨电极，即非消耗性之电极。
10~15
~500A* 15~20 15~20 20~25
15~20
氩、氦及空气之物理性质
被焊材材质
热传导率 (Cal/cm, sec, ℃) 0.0040
密度 (g/cm3)
1.7834
Ar 对 He 倍率
0.11 对空气倍率
1.4
0.0347 0.7785
He 对 Ar 倍率
0.11 对空气倍率
一般较脉波电流小，特别对薄板施工 时，应保持有电弧来使用。
(Ib)
约为脉波 20%之电流
Base 时间 [基 础]
促使溶融池十分冷却之时间，一般均 比脉派时间为长。 如果基准时间较短时，而使热度延
约脉波时间 1~3 倍程度
( t b ) 续，导致联脉波盟失并去效立果。共同成长
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三、机器人PLASMA焊接系统
(1)纯钨电极棒
(2)含１％钍(Thorium)钨棒
(3)含２％钍钨
．通常在直流TIG焊接方式中，以含有２％钍成份之
钨棒易于起弧，于焊接过程中电弧较为稳定，亦
不易耗损。
．在铝或铝合金材料之交流TIG焊接时，则以纯钨电
极棒为佳，因焊接中钨棒之前端将形成适当之圆滑，
TIG焊接电弧较稳定，如含有钍元素棒则先端易形
特
征
一般设定
pulse 电波 [脉 波]
(IP)
渗透性较深之必要电流，但须配合各 焊接物材质有所不同。
SUS：100 以上 铝：150A 以上 铜：150A 以上
Pulse 时间 [脉 波]
要求渗透性辔束之时间，但亦须配合 各焊接物之板厚度有所不同。
0.03～1 秒之间
(tP)
Base 电流 [基 础]
0.13
空气 0.0062 1.2928
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．电浆焊接與TIG,MIG焊接之成本比较：
电浆(穿孔)焊接法的成本比较
项目
电浆
TIG
电
180A
200A
焊接速度
焊 接 条
焊口处理 焊口形状
件 材料(焊接)
层数
280mm/min
150mm/min
无 1 pass
300g/m 3 passes
¥800
¥1,000
合
计
¥224/m
¥1,643/m
计算条件：SUS(AISI) 304：6 mm 板焊接 1m 长度
MIG 250A 400mm/min
350g/m 2 passes
5 min －
¥24 (14.4 KW) ¥53 (151/min)
－
¥350
¥250 ¥677 / m
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．PLASMA焊接时作动气体流量与被焊材板原之关系如图； 作动气体是由水冷喷嘴中(亦即焊枪的中心)喷出所以也 称为中心气體。一般都使用氩气；且与被焊材质无关， 作动气体流量与被焊材板厚有关。
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．PLASMA焊接遮蔽气体种类及组成与被焊材质关系如图，
PLASMA焊接的遮蔽气体种类及组成对电弧的形状，入 热
成粗糙，产生偏弧现象。
．电极与焊接电流之关系，如表所示。
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焊接电流(A)
钨电极棒直径
AG(交流)
直流正极性 直流反极性
W
ThW
W‧ThW W‧ThW
0.5
5~15
5~20
5~20
－
1.0
10~60
15~80
15~80
－
1.6 ( 1/16 )
50~100
70~150
70~150
10~20
2.4 ( 3/32 )
100~160 140~235 150~250 15~30
3.2 ( 1/8 )
150~210 225~325 250~400 25~40
4.0 ( 5/32 )
200~275 300~425 400~500 40~55
4.8 ( 3/16 )
250~350 400~525 500~800 55~80
水冷喷嘴孔径(mm)
最大焊接电流(A)
0.8
1~45
1.2
~75
1.6
~100
2.0
~125
2.6
~230
3.2
~300
4.0 (注)：作动气体流量：1.5 l pm
~500
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．PLASMA焊接喷射距离与焊接电流关系如圖。图中上侧 的线是代表穿孔焊接的适当距离界限，大侧的线则代 表舐焊的遉当距离。若使用焊线填料填料时则采用较 长距离。
所要时间
3.6 min
20 min
焊口加工费
－
¥150
施 工 成 本
电费¥20/KWh 氩气¥0.70/1 氦气¥0.30/1 材料费
¥1,000/kg
¥17(13.8 KW) ¥25(101/min)
¥2(21 min)
－
¥53 (8 KW) ¥140(101/min)
－
¥300
工费¥50/min
机器人 最新焊接技术及应用
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一、前言 二、机器人TIG焊接系统 三、机器人PLASMA焊接系统 四、机器人LASER焊接系统
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一、前言
随着薄板及非铁金属材料之使用量日渐增 加，且对于焊接质量要求提高，而MIG焊接已 无法满足，故有新焊接技术之研发，而机器人 搭配这些新焊接技术，更能发挥其长处而达成： (1)工件焊接后变形少 (2)无焊渣熔接 (3)无填料熔接，减少后工程加工 (4)焊接速度增加，效率提高
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二、TIG机器人焊接系统
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TIG焊接
TIG焊接為Tungsten Inert GasArc之简称，俗 称“氩焊”。基本上以氩气(argon gas)或氦气 (helium gas)本身之惰性气體(又称不活性气体） 作为保护焊接施工中之钨电极棒兴母材之间所 产生之电弧，使母材受高热而溶融达到接合的 目的。
被焊接材材质与其适合的遮蔽气体种类、组成及流量
被焊材材质
遮蔽气体种类、组成
不锈钢、镍基合金 Ar+0~10%H2
钛、钽、铜、锆、钼
Ar He 或 Ar+He
软钢 * 焊接电流
Ar 或 Ar+5~10%H2 Ar+10~50%CO2
~100A* 5~7 5~7
10~15
5~7
流量(1min) ~300A* 10~15 10~15 15~20
及熔融金属性有很大影，为使热收束效果增强，可添加
氢气。对于不适合添加氢气的被焊材则可以氦气代替。
但若以氦气作为遮蔽气体则遮蔽气体总流量必需增加。
焊接软钼时可添加适当的CO2气，可使熔融金属流动性
增加，焊道更美观，特别是对于经过渗碳处理材料之焊
接，添加CO2也有防止焊接龟裂的效果。
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