Umfassender Leitfaden zur Bedienung von Schweißrobotern
Ein Schweißroboter besteht aus zwei Teilen: dem Roboter selbst und der Schweißausrüstung. Der Einsatz von Schweißrobotern stabilisiert und verbessert nicht nur die Schweißqualität und steigert die Produktionseffizienz, sondern senkt zudem die Anforderungen an die Qualifikation der Schweißer, verkürzt dadurch den Vorbereitungszyklus für Produktaktualisierungen und reduziert die entsprechenden Investitionen in Ausrüstung.
Anforderungen an Schweißroboter für Schweißdraht
Roboter können je nach Bedarf entweder Trommel- oder Haspel-Schweißdraht verwenden. Um die Häufigkeit des Drahtwechsels zu reduzieren, sollte Trommel-Schweißdraht eingesetzt werden. Aufgrund der langen Drahtzuführschlauchlänge ist jedoch der Widerstand hoch, weshalb eine höhere Drahtsteifigkeit und andere Eigenschaften erforderlich sind. Bei Verwendung von Schweißdraht mit einer leicht geringeren Qualität der Kupferbeschichtung kann diese durch Reibung von der Drahtoberfläche abgerieben werden, wodurch das innere Volumen des Führungsschlauchs verringert wird. Dies erhöht den Widerstand bei der Hochgeschwindigkeits-Drahtzufuhr, sodass der Draht nicht mehr gleichmäßig zugeführt wird; es treten Vibrationen, ein instabiler Lichtbogen und eine Beeinträchtigung der Schweißqualität auf. Im Extremfall kann es zu einem Verstopfen kommen, wodurch der Roboter zum Stillstand kommt. Daher muss der Schweißdraht-Führungsschlauch regelmäßig gereinigt werden.
Analyse und Behandlungsmethoden von Schweißfehlern bei Schweißrobotern
Bei der Roboterschweißung wird ein argonreiches Schutzgasgemisch für das Schutzgasschweißen verwendet. Zu den häufigsten Schweißfehlern zählen Nahtversatz, Einbrand und Porenbildung. Die jeweiligen Analysen lauten wie folgt:
(1) Eine Schweißfehlausrichtung kann auf eine falsche Schweißposition oder Probleme mit der Positionierung der Schweißpistole zurückzuführen sein. Überprüfen Sie in diesem Fall die Genauigkeit des TCP (Mittelpunkt der Schweißpistole) und stellen Sie ihn entsprechend ein. Falls dies häufig auftritt, überprüfen Sie die Nullposition jeder Roboterachse und kalibrieren Sie sie neu.
(2) Ein Einschmelzungsfehler (Undercut) zeichnet sich durch rillenförmige Vertiefungen am Schweißnahtrand des Grundwerkstoffs aus, die häufig auf beiden Seiten der Deckschweißnaht auftreten. Die Hauptursachen sind eine zu hohe Schweißgeschwindigkeit, eine zu große Schwingungsamplitude, eine unzureichende Verweilzeit an beiden Seiten oder ein zu hoher Schweißstrom. Zu den Abhilfemaßnahmen zählen eine angemessene Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit, eine Verringerung der Schwingungsamplitude, eine Erhöhung der Verweilzeit an beiden Seiten sowie die Anwendung einer Vorwärtsschweißtechnik mit einem Vorwinkel von 5–10°. Unvollständige Verschmelzung (Lack of fusion) und unvollständige Durchschmelzung (incomplete penetration) sind gravierende innere Fehler, die meist durch zu geringen Schweißstrom, zu hohe Schweißgeschwindigkeit, einen zu großen Fasenwinkel, eine fehlerhafte Zentrierung der Schweißpistole oder eine unvollständige Zwischenschichtreinigung verursacht werden. Zur Behebung dieser Fehler ist eine Erhöhung des Schweißstroms, eine Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit sowie eine Erhöhung der Schwingungsamplitude erforderlich, um eine vollständige Abdeckung beider Seiten der Fase sicherzustellen. Zudem ist die Reinigung zwischen den Schichten zu intensivieren. Bei Mehrschicht- und Mehrpassschweißungen dicker Bleche ist besonders auf die Verschmelzung an beiden Seiten der Fase sowie an den Übergängen zwischen den Schichten zu achten.
(3) Entstehung von Porosität. Porosität hängt hauptsächlich mit dem Schutzgas zusammen, darunter eine unzureichende Gasströmungsrate, unzureichende Gasreinheit, Düsenverstopfung, Leckagen in der Gasleitung sowie Öl- oder Rostreste auf der Werkstückoberfläche oder Feuchtigkeit auf dem Schweißdraht. Zur Behebung dieser Probleme sollten die Gasparameter auf 15–25 L/min optimiert, das Gassystem überprüft, die Düsen gereinigt und die Arbeitsumgebung verbessert werden, um die Windgeschwindigkeit unter 2 m/s zu halten. Die Werkstückoberfläche ist vor dem Schweißen gründlich zu reinigen. Übermäßiger Spritzer entsteht meist durch nicht abgestimmte Schweißparameter, eine zu lange Überstandslänge oder eine schlechte Schweißdrahtqualität. Dies lässt sich durch Anpassung der Spannungs- und Stromabstimmung, Begrenzung der Überstandslänge auf 10–15 mm, Verwendung eines kupferfreien oder hochwertigen kupferbeschichteten Schweißdrahts sowie Einsatz einer Ar+CO₂-Gasmischung verbessern.
(4) Übermäßiges Spritzern kann auf eine falsche Auswahl der Schweißparameter, Probleme mit der Gaszusammensetzung oder eine zu lange Ausladung des Schweißdrahts zurückzuführen sein. Durch Anpassen der Leistungsabgabe können die Schweißparameter geändert werden; durch Anpassen des Gasgemischverhältnisses können die Anteile des Gemischgases korrigiert werden; zudem kann auch eine Anpassung der relativen Position der Schweißpistole zum Werkstück helfen.
(5) Nach dem Abkühlen bildet sich am Ende der Naht ein Lichtbogenkrater. Durch Hinzufügen einer Kraterfüllfunktion während der Programmierung kann dieser Krater ausgefüllt werden.
Häufige Störungen bei Schweißrobotern und deren Lösungen
(1) Kollision der Schweißpistole. Dies kann auf Abweichungen bei der Werkstückmontage oder eine ungenaue TCP-Einstellung (Tool Center Point) der Schweißpistole zurückzuführen sein. Überprüfen Sie die Montage oder korrigieren Sie die TCP-Einstellung der Schweißpistole.
(2) Lichtbogenfehler – der Lichtbogen lässt sich nicht zünden. Dies kann darauf beruhen, dass der Schweißdraht das Werkstück nicht berührt oder dass die Prozessparameter zu niedrig eingestellt sind. Führen Sie den Draht manuell zu, passen Sie den Abstand zwischen Schweißpistole und Schweißnaht an oder stellen Sie die Prozessparameter entsprechend nach.
(3) Alarm für die Überwachung des Schutzgases. Dies weist auf einen Fehler in der Kühlwasserversorgung oder der Schutzgasversorgung hin. Überprüfen Sie die Kühlwasser- oder Schutzgasleitungen.
Wie die Qualität des Werkstücks sichergestellt wird
Als Lehr- und Wiederholungsroboter muss die Montagequalität und -präzision des Werkstücks konsistent sein.
Die Anwendung von Schweißrobotern erfordert eine strenge Kontrolle der Qualität der Teilevorbereitung sowie eine Verbesserung der Montagegenauigkeit. Die Oberflächenqualität der Teile, die Fasenabmessungen und die Montagegenauigkeit beeinflussen die Leistung der Nahtverfolgung. Die folgenden Aspekte können zur Verbesserung der Qualität der Teilevorbereitung und der Genauigkeit der Schweißmontage genutzt werden:
(1) Entwicklung von Schweißverfahren speziell für Schweißroboter mit strengen Prozessvorgaben hinsichtlich Bauteilabmessungen, Fasenformen und Montageabmessungen. Im Allgemeinen sollten die Toleranzen für Bauteil- und Fasengrößen innerhalb von ±0,8 mm und die Montagefehler innerhalb von ±1,5 mm gehalten werden. Dadurch lässt sich die Wahrscheinlichkeit von Schweißfehlern wie Poren und Einbrand deutlich reduzieren.
(2) Einsatz hochpräziser Montagevorrichtungen zur Verbesserung der Montagegenauigkeit der Schweißteile.
(3) Die Schweißnähte müssen gründlich gereinigt sein – frei von Öl, Rost, Schweißschlacke, Schneidschlacke und anderen Verunreinigungen. Eine schweißbare Grundierung ist zulässig. Andernfalls wird die Zündzuverlässigkeit des Lichtbogens beeinträchtigt. Das Anschweißen (Tack-Welding) sollte von Elektrodenschweißen auf Schutzgasschweißen umgestellt werden. Gleichzeitig ist der Bereich der Anschweißstellen zu schleifen, um Restschlacke oder Poren vom Anschweißen zu vermeiden und dadurch Lichtbogeninstabilität sowie sogar Spritzer zu verhindern.
Zusammenfassung der Programmiermethoden
(1) Wählen Sie eine geeignete Schweißreihenfolge. Die Schweißreihenfolge ist so festzulegen, dass die Schweißverformung minimiert und die Länge der Bewegungsstrecke der Schweißpistole möglichst kurz gehalten wird.
(2) Der räumliche Übergang der Schweißpistole erfordert eine kurze, gleichmäßige und sichere Bewegungsbahn.
(3) Optimieren Sie die Schweißparameter. Um die besten Schweißparameter zu ermitteln, bereiten Sie Werkstücke für Schweißversuche und Prozessbewertungen vor.
(4) Angemessene Position des Positionierers, Haltung der Schweißpistole sowie Position der Schweißpistole relativ zur Fuge. Nachdem das Werkstück am Positionierer fixiert ist, muss dieser während der Programmierung kontinuierlich justiert werden, falls die Schweißnaht nicht in der idealen Position und unter dem idealen Winkel liegt, um sicherzustellen, dass die Schweißnaht nacheinander eine horizontale Lage erreicht. Gleichzeitig müssen die Positionen aller Roboterachsen kontinuierlich angepasst werden, um die Position, den Winkel und die Drahtvorlauf-Länge der Schweißpistole relativ zur Fuge angemessen festzulegen. Sobald die Position des Werkstücks bestimmt ist, gestaltet sich die visuelle Bestimmung der Position der Schweißpistole relativ zur Fuge für den Programmierer als schwierig. Dies erfordert, dass Programmierer geschickt darin sind, Erfahrungen zusammenzufassen und anzusammeln.
(5) Führen Sie das Brennerreinigungsprogramm rechtzeitig aus. Nach dem Schreiben eines Schweißprogramms einer bestimmten Länge sollte unverzüglich ein Brennerreinigungsprogramm eingefügt werden. Dadurch wird verhindert, dass Spritzer die Schweißdüse und die Kontaktspitze verstopfen; dies gewährleistet die Sauberkeit des Brenners, verlängert die Lebensdauer der Düse, sichert eine zuverlässige Lichtbogenzündung und reduziert die Schweißspritzerbildung.
(6) Die Programmierung sollte im Allgemeinen nicht in einem einzigen Schritt durchgeführt werden. Sie erfordert während des Roboter-Schweißens kontinuierliche Tests und Anpassungen, z. B. die Feinabstimmung der Schweißparameter und der Brennerposition, um ein optimales Programm zu erstellen.
Betriebskosten und Management-Analyse
Schmierstoffe mit ähnlicher Leistung und Wirksamkeit können zu günstigeren Preisen ausgetauscht werden. Eine verstärkte Wartung während des Schweißprozesses verlängert die Lebensdauer von Verschleißteilen wie Düsen und Kontaktspitzen. Zudem kann eine präventive Wartung des Robotersystems die Lebensdauer der Komponenten wirksam erhöhen.
Hochqualifizierte Führungskräfte, Techniker und Bediener sind entscheidend, damit Roboter eine maximale Effizienz erreichen. Der Erfolg des Schweißrobotereinsatzes eines Unternehmens hängt weitgehend von seiner Belegschaft ab; daher ist eine stabile Belegschaft von zentraler Bedeutung.
