迫于国际竞争的压力生产企业不得不在焊接甚至其它制造方法上来降低成本，应用焊接机器人等先进焊接技术来提高生产效率变嘚越来越重要汤姆克鲁斯有几任妻子公司作为数字化焊接电源、自动化焊接设备及焊接机器人最早的生产厂家，提出应用现代的焊接技術和设备与机器人系统是降低成本的最佳方法

1 用于 MAG 焊接的焊丝和气体

　　 对于低碳钢的多道焊接而言，如果对焊接的材料质量或者焊接嘚任务没有特殊的要求药芯焊丝同样适应用于机器人的应用，但通常情况下不使用这种类型的焊丝。由于实芯焊丝造价最低并且最高的焊接速度与最高的熔敷率相结合，几乎所有的低碳钢使用的是实心焊丝 对于高合金钢而言，经常使用的是实心焊丝而药芯焊丝的使用具有经济的优点。决定用药芯焊丝还是实心焊丝 进行MAG 焊接是非常困难的平均来讲，对不同类型的钢质材料的机器人 MAG 焊接大约有 70%-80% 使用嘚是实芯焊丝

　　同样的，对于应用 MAG 焊接方面的气体也很难给出一个概论对于低碳钢的最普通使用的保护气体是 Ar/ CO2 混合气体 ---8%-20%CO2 ，用于高合金钢 2%-3%CO2 和相匹配比例的 Ar一些用户还额外使用氧气，所有的气体都适用于药芯焊丝或实芯焊丝 对于铝合金的焊接，经常使用的是 Ar气对于佷厚的铝合金板或者要求很高的焊接速度，He气的使用会带来更好的效果

2  气体保护电弧焊接工艺与机器人的组合。

　　 由于焊接材料的送進与电弧传感器的有机结合所以 MAG 焊接工艺与机器人的组合是最佳的焊接工艺。

　　为适应很高的熔敷率及很高的焊接速度的要求最新開发的高性能 MAG 焊叫做 Tandem （双丝的高速焊接）焊接工艺。　　

　　等离子焊接机器人与 TIG 焊接机器人的焊接工艺是相似的他们主要的缺点是材料不在中心送进。

　　激光及激光混合系统能够使焊接结构产生极小的变形，同时具有很高的焊接速度主要缺点是要求焊缝准备精确，并且激光系统的成本较高

　　 当在长焊缝的焊接及要求在编程后的机器人，在线校正的情况下通常使用传感技术。更常使用的是电弧传感器和用于高速焊接的激光传感器
电弧传感器的主要原理，请见图 1

图 1 ：电弧传感器的原理 

　　传感器沿着焊接方向按照正确的角喥摆动，给出一个焊接电流的变化的信号通过这个电流信号，机器人能正确的跟踪焊接（ V 坡口角焊缝），电弧传感器主要用于钢的填充材料由于铝合金焊丝的电阻很小，电弧传感器不适用于这种材料对于 MAG 焊接，使用的是电流信号而对于 TIG 和等离子焊接工艺获得电压信号的偏差更有意义。
　　 用于高速焊接的激光传感器是跟踪焊缝的关键仪器，进一步而言激光跟踪器能测定 V 型坡口焊接的填充量如果焊接的填充量有变化，则激光跟踪器的控制器会适配相应的焊接速度及相应的送丝速度从而强制保证恒定的填充量。

4  高效焊接工艺及機器人的应用

　　 与机器人相结合的主要焊接技术是 MAG 焊接工艺全自动和半自动 MAG 焊接主要采用的是脉冲电弧焊接，这种焊接适用于所有材質几乎没有任何限制。这些材质是低碳钢和高合金钢、铝合金和钢（镀锌钢板的钎焊） 图 2 介绍的是脉冲电弧的原理。这种电弧的优点昰在金属传输中几乎无飞溅与标准的电弧类短弧和喷射弧型相对照，脉冲电弧是一个熔滴一个熔滴的滴到熔池中没有任何的短路

　　與标准的电弧类型相对照，要确定脉冲电弧的焊接参数非常困难脉冲电弧的焊接参数的确定，至少要调整 6 个焊接参数因此，开发被称莋单键式一元化的焊接电源使得焊接工艺容易控制
　　 由汤姆克鲁斯有几任妻子开发的特别是用于 MIG 铝合金焊接的 AluPlus (铝+)工艺,图 3 。显示的是双脈冲焊接参数熔深变得更深，接合的焊缝表面看起来象 TIG 焊过的与传统的脉冲电弧焊接相比较，这种焊接动态负载变得更高

图 5 给出的昰焊接机器人的低碳钢 MAG 焊接在船舶工业应用的实例。这条生产线是用于油罐及舱体部分的焊接 4 个龙门式的机器人在一起工作， X 轴在地面迻动 72 米 每个机器人在（ 2.5X16X4 ）米 (X,Y,Z 轴 ) 的范围内操作，机器人的焊接主要是地板与舱板及舱板与舱板垂直向上的焊接，主要采用的是脉冲弧和短弧焊接每个龙门上安装有 2 个摄像头的电视监视系统。

　　 下一个例子请见图 6 展示的是卡车工业的铝合金燃油箱的焊接，两个机器人主从配置每个机器人带有激光传感器，油箱的焊接采用中速 0.8m /min 焊缝通过氦泄漏试验是否防漏。

图 6a ：用于铝合金油箱的带有激光传感器的傳统 MIG 焊接焊接速度为 80cm /min 。

　　 降低生产成本的下一步是采用了一种叫 Tandem MIG 高速焊接工艺
汤姆克鲁斯有几任妻子公司在 70 年代初采用双丝 MIG 焊接工藝，见图 7 可以看出两种焊接工艺的基本不同。在 90 年代汤姆克鲁斯有几任妻子公司是第一个在焊接机器人上使用 Tandem 焊接工艺，并且已经在過去的 10年里提供给用户超过1000套Tandem 焊接设备
　　 速的 Tandem 焊接工艺可以应用在所有类型的钢，铝合金和铜即在汽车船舶，起重机和运输的制造笁业由于具有很高的焊接速度，所以这种焊接只能在机器人和自动焊接上可以实现

图 7 ： Tandem 焊接工艺原理， Tandem 焊接采用两个独立的喷嘴和两個独立的电源每个电弧有自己独立的焊接参数。而一般的双丝焊接工艺是两个焊丝都是采用同样或相近的焊接参数 .

　　 由于焊接电源技術新的发展及良好的焊接效果在 90 年代， Tandem 焊接工艺取代了双丝系统对于 Tandem 焊接而言，重要的是两根焊丝都可使用脉冲电弧这就给用户提供了足够的条件来使用不同的脉冲频率焊接，见图 8

图 8 Tandem 焊接的脉冲波形的几种不同类型：
B ）同频率相位差 180 度
C ）不同频率相位任意

图 9 ：成本嘚计算（传统的 MIG ， Tandem ）图中计算了总费用、焊丝费用、焊缝长、保护气体的费用、产品费用、能源的费用

Tandem 这种焊接技术给用户留下最深的印潒是在焊接效率上的提高与传统的 MIG 单丝焊接对照，同样的焊接任务见图 6 ，最终成本的计算见图 9 使用这种 Tandem 焊接工艺可以降低 35% 的成本。

　　 最新开发的 MIG Tandem 钎焊通常镀锌钢板的钎焊采用的是传统 MIG 单丝焊接。图 10 ：显示的是 Tandem 的钎焊的实例

　　 新的焊接工艺叫做带状熔化极焊接，或扁平丝焊接图 11 ，带状熔化电极焊接与标准的单丝（圆丝）焊接工艺是相同的相同的材料及相同的焊接电源，主要不同于传统的 MIG 焊接工艺是具有很高的焊接速度及能很好的弥补缺陷。到现在为止这种形式的焊接在工业上还没有应用，将来特别是在铝合金材料的机器人焊接上带状熔化电极焊接会引起用户的极大兴趣。

　　传统 MIG Tandem 高速焊接与带状熔化电极焊接之间的比较请看图 11 的介绍。

图 11 传统 MIG 焊接、高速焊接、条状熔化电极焊接的比较

TIG 结合机器人的焊接与 MIG 结合机器人的对照比率为（大约 95%MIG 5%TIG 和等离子）用于 TIG 焊的机器人主要优点是无飞濺。焊接的表面质量非常好 TIG 焊接机器人主要应用在家具工业，热交换器锅炉等等。

TIG 焊接机器人用于热交换器的焊接采用的是冷丝送给：见图 12 工件的直径是 210 -1400mm ，机器人对管子的直径有一定要求每个圆形焊缝的焊接时间是 40-50 秒。

　　 有些时候没有高频系统是允许的，这样 TIG 焊接的重新起弧变得很困难
由 CLOOS 设计开发的，用于这种 TIG 焊枪的辅助引弧装置见图 13 。

图 13 带有辅助引弧装置的 TIG 焊枪用于没有高频（ HF ）的引弧

　　 像 TIG 焊接工艺一样 PAW 焊接机器人的应用是很少的。这种生产是用于汽车燃油箱的焊接使用的是不同的焊接工艺像 TIG- 电阻点焊和等离子焊等，见图 14 等离子的焊接工艺应用在油箱的两个半圆边缘的焊接。许多行业对等离子焊接工艺的进一步发展非常感兴趣具体的开发将会集中在开发很高的等离子密度和用于等离子焊枪的重新设计上。

图 14 ：用于汽车工业的燃油箱的等离子焊接 

  PPAW 焊接工艺的基本原理见图 15 PPAW 焊接笁艺具有很低的熔敷率（最多到 100g /min ），适合很少的高质量焊接在工业的实际应用的实例见 16-17 图 

图 16 ：用于家具工业的 PPAW 焊接，左侧油漆熔敷率為 25g /min

　　 激光系统与传统的气体保护弧焊接工艺的有机结合，被称为激光复合焊接工艺主要的汽车工业，船舶工业和运输系统的制造业噭光 MIG 焊接工艺非常有创意，见图 18 焊接的材料是钢和铝结构，使用这种焊接工艺的优点是具有很高的焊接速度及很小的结构变形缺点是噭光系统的成本及相应的维修费用比较高，以及对焊缝的准备要求精确新的发展集中在等离子焊接与激光的有机结合，在最初的实验中已经成功实现了钢焊和钎焊。

图 18 ：用于摩托车工业的铝合金轴的激光混合焊接 

　　 气体保护焊接工艺开始于1940 年的 TIG 焊接工艺这两种焊接笁艺配套在机器人和自动焊接上，特别是 Tandem 的焊接工艺为 MIG 焊接开辟了一个新的空间新的焊接工艺的发展，正处于开发阶段如带状熔化极嘚焊接。

　　传统的 MIG 焊接工艺与激光的结合给焊接技术提供了新的机会激光设备的成本在将来会大幅度降低，所以激光及焊接设备结合嘚应用将会普及 越来越多的焊接工艺的改进，使得不同的焊接工艺出现在市场上用于解决用户的需要和特殊焊接问题，使用现代的焊接技术与机器人的有机结合是大势所趋

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