机器人焊接钨极氩弧焊

钨极氩弧焊(TIG焊)是一种使用钨极作为非消耗性电极，通过氩气保护电弧和熔融金属的高精度焊接方法。随着工业自动化发展，机器人钨极氩弧焊技术因其高精度、高质量的特点，在多个工业领域得到广泛应用。下面将从原理、优势、应用和关键技术参数等方面详细介绍这一技术。

钨极氩弧焊基本原理与特点

钨极氩弧焊是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的氧化，从而获得优质的焊缝。焊接过程中根据工件的具体要求可以加或者不加填充焊丝。

这种焊接方法由于电弧是在氩气中进行燃烧，因此具有以下显著特点：

高质量焊缝：氩气具有极好的保护作用，能有效隔绝周围空气；它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，为获得高质量焊缝提供良好条件。

电弧稳定性：钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下([5][5][5][7[[2023050[3][[25[5<10A)仍可稳定燃烧，特别适合于薄板材料的焊接。

精确控制：热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调整，这种焊接方法可进行全方位焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。

无飞溅美观焊缝：由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，焊缝成型美观。

材料适应性广：几乎能焊接所有金属，特别是一些难熔金属、易氧化金属，如镁、钛、钼、锆、铝等及其合金]。

机器人钨极氩弧焊系统组成

机器人钨极氩弧焊系统主要由以下几部分组成：

1. 焊接机器人本体：通常采用6轴关节型机器人，包括基座旋转轴(S轴)、大臂俯仰轴(L轴)、小臂俯仰轴(U轴)、腕部旋转轴(R轴)、腕部摆动轴(B轴)和腕部回转轴(T轴)。这些轴关节通过电机、减速机、传动装置等部件协同工作，实现焊枪在空间中的精确定位9]。

2. TIG焊枪系统：包含钨极夹持装置、气体喷嘴、冷却系统等。焊枪的作用是夹持钨极，传导焊接电流。机器人使用的焊枪多为气冷式焊枪，用于小电流焊接，由枪嘴、枪身、枪尾组成2]。

3. 电源与控制系统：提供稳定的焊接电流，通常具备脉冲功能，可精确控制热输入。5年推出的WGFACS焊接气体自适应调节系统通过实时监测焊接电流动态调整氩气流量，使气体消耗降低%-%7]。

4. 保护气体供应系统：提供高纯度氩气，配备流量计和减压阀。右侧为减压阀，左侧为流量调节阀，用于精确控制保护气体流量]。

. 送丝系统：在需要填充金属时，提供连续的焊丝输送，送丝速度与焊接速度精确匹配]。

机器人钨极氩弧焊的优势

相比传统手工TIG焊，机器人钨极氩弧焊具有以下显著优势：

1. 焊接质量稳定可靠：机器人重复定位精度高(可达±0.08mm)，能精确控制焊接参数和轨迹，避免了人工操作的不稳定性，确保每一道焊缝质量一致。

2. 生产效率大幅提升：机器人可实现长时间不间断焊接工作，搭配焊缝自动跟踪系统，可以自动追踪焊缝位置，焊接速度比人工提高5倍以上。

3. 适应复杂焊接任务：6轴机器人配合激光视觉传感器，可完成复杂空间轨迹的焊接，如汽车车身的多层多道焊，焊缝强度提升30%以上。

4. 降低生产成本：虽然初期投资较高，但长期来看，通过WGFACS节气装置可降低氩气消耗30%-60%，同时减少返工率和废品率。

5. 改善工作环境：将工人从有害的焊接烟尘和强光中解放出来，解决了企业招工难的问题。

关键工艺参数与控制

机器人钨极氩弧焊的质量很大程度上取决于工艺参数的合理设置，以下是关键参数及其影响：

1. 电特性参数

焊接电流：主要受工件材质、厚度以及接头空间位置影响。随着焊接电流增加，熔深相应增大，但电流过大会导致钨极烧损。直流TIG焊通常用于钢、不锈钢等材料，交流TIG焊则适用于铝、镁及其合金。

电弧电压：主要由弧长决定。弧长增加时，电弧电压提高，焊缝宽度增加但熔深减小。通常建议将弧长控制在近似于钨极直径的范围内。

焊接速度：影响熔深和熔宽，需根据熔池情况适当调节。速度过快可能导致未熔合，过慢则会产生宽大焊缝甚至烧穿。

2. 钨极相关参数

钨极类型：常用钍钨棒或铈钨棒作为电极。红尾钨极用来焊不锈钢，不同类型钨极的电流承载能力不同。

钨极直径：与焊接电流密切相关，选择不当会导致电弧不稳定、钨极过度烧损。钨极直径通常根据焊接电流种类和极性选择。

钨极修磨：钨极修磨时应沿轴线一个方向打磨，保证钨极端部与枪嘴平齐。尖端角度也有讲究：小电流时20-30度，大电流时要60-90度。

3. 保护气体参数

氩气流量：通常控制在3-20L/min，根据钨极直径和喷嘴直径调整。流量过低保护不足，过高则造成浪费。

喷嘴直径：建议范围8-20mm。直径增大需调高气体流量以保证保护效果，但过大会影响观察。

喷嘴位置：喷嘴与焊件距离宜在7-15mm，钨极伸出长度需调整以防止烧坏喷嘴。

典型应用领域

机器人钨极氩弧焊凭借其高精度、高质量的特点，在以下行业得到广泛应用：

1. 汽车制造：用于车身薄板焊接，特别是对表面质量要求高的可见焊缝。六轴机器人配合激光视觉传感器，可完成车身底板、侧围、车顶等部位的多层多道焊。

2. 航空航天：焊接飞机机身、翼梁、发动机部件等，要求微米级精度。激光焊接机器人集成激光摆动焊接头、振镜系统，可实现焊缝热影响区减少50%。

3. 精密仪器与电子：适用于微小精密部件的焊接，满足电子工业对高精度焊接的要求。

4. 石油化工：焊接管道和压力容器，要求单面焊双面成型，焊缝质量可靠。

5. 食品医药设备：不锈钢焊接可避免焊缝处腐蚀和污染，保证医药设备的卫生和安全。

常见问题与解决方案

在机器人钨极氩弧焊应用中，可能会遇到以下典型问题：

1. 焊接缺陷：如气孔、未熔合等。这通常与保护气体不足或工件表面清洁度有关。焊接前需用角磨机打磨金属表面至光亮，去除氧化物。

2. 钨极污染：钨极烧损或夹钨。需定期修磨钨极，沿轴线一个方向打磨，并确保焊接电流与钨极直径匹配。

3. 气体浪费：传统氩弧焊气体消耗量大。可采用WGFACS节气装置，通过实时监测焊接电流动态调整氩气流量，节省30%-50%气体消耗。

4. 厚薄板焊接差异：厚板需要更大电流和氩气流量，而薄板则需要精细控制热输入。机器人通过程序可自动调整参数适应不同板厚。

5. 特殊材料焊接：如铝、镁等易氧化金属，需采用交流TIG焊，利用阴极清理作用去除氧化膜。

未来发展趋势

随着技术进步，机器人钨极氩弧焊呈现以下发展趋势：

1. 智能化升级：2025年推出的WGFACS焊接气体自适应调节系统代表了智能化方向，通过实时监测焊接电流动态调整工艺参数。

2. 人机协作：协作机器人的引入，优化了复杂工件的焊接路径规划，减少人工干预，确保焊接一致性。

3. 工艺数据库：建立非标准弧焊机器人工艺参数数据库，解决特殊构件焊接难题。

4. 绿色制造：通过节气技术、高效电源等降低能耗和气体消耗，减少碳排放。

5. 远程监控与诊断：结合物联网技术，实现焊接过程远程监控和质量追溯。

机器人钨极氩弧焊技术将继续在高端制造领域发挥关键作用，通过不断技术创新，为各行业提供更加精密、高效、环保的焊接解决方案。