焊装车间在生产之中大量运用各类电阻焊设备，主要包括手工气动焊枪和机器人焊枪，此外还有少量落地焊机设备。

手工焊枪和机器人焊枪的机电性能，运行参数均由主机厂在进行白车身车间规划时预先进行详细规定，供货商据此进行产品开发和制造。因此，实际使用的焊枪产品均需符合有关的国家规定和行业标准及规范,方可投入使用。焊枪类型根据枪体结构的不同，分为x型和C型两种。

这里，我们将主要以焊装所使用的法国ARO公司生产的变压器式气动手工焊枪，和德国NIMAK公司生产的机器人焊枪为主，初步介绍焊枪设备的相关内容。

一、ARO手工焊枪

1.1、焊枪结构

如图所示，手工焊枪分为X型焊枪和C型焊枪两种。

X焊枪中，气缸活塞杆与活动枪臂体之间以轴连接，气缸活塞做直线运动，焊枪臂绕转轴摆动，进行焊接。C型焊枪中，气缸活塞杆与活动枪臂联动，进行直线往复运动，进行焊接。焊枪和控制柜连接在一起，所需的电源供应，控制信号，冷却水和压力气体均由控制控提供。

车间使用的x型焊枪分为XMV和XPV两种。XMV指中型焊枪，枪体有三，分别为XMVA20S52，XMVA20S52和XMVA30S52，对它们标识的解释以第一种例，见下表：

XPV指大型焊,枪体主要有四种,分别为XPVA20S52XPVSA25S52,XPVA20S52和XPVA25S52,这些型号的意义与XMV相同。

下面以78-59D(枪体XMVA30S52)为例来说明x型焊枪的基本结构:

详细内容是：动枪臂,固定枪臂

枪臂采用黄铜制成，或由高强度轻质合金铸件制成，外径多为45mm或50mm。枪臂分别与变压器的输出端进行连接，内部或外侧通有循环冷却水进行冷却。理论上，电极臂采用41/mim流量的冷却水进行冷却。枪臂表面涂覆有绝练层，以防止枪臂触及工件导致分流。通常在焊接时采用的是小电压，大电流。理论上，焊接电压一般为7V，而焊接电流不低于1.5kA。实际生产中，为了获得较好的焊接质量及较小的焊接飞溅量，会结合焊接压力。焊接时间等参数值，对焊接电流进行调节。

电极(电极杆，电极响)

电极杆M18×1.5有专门的标准来进行规定，电极帽采用标准的D-16mm。焊接时内部通有循环冷却水，以通免过热。电极杆可以用一个带有0型密封圈的紧因零件或者是带有铜垫片的蝶母安装固定。

气缸理论上，气缸必须具有10Mio次载荷循环。

焊枪在进行焊接时，上下电极相可以根据气缸的话塞运动从小开口位置运行到大开口位置，或者进入焊接位置，之后再回到原始位置。气缸的工作由电磁阅来控制。在气缸中，R是限位位置，图中，焊枪处于小开口状态。当Y1被激发开始工作后，腔2内进气，腔1内排气，整个活塞杆P1右移，带动活动枪臂顺时针摆动，电极闭合进行焊接。如果Y1激发解除，腔1内进气，腔2内排气，由于腔3内亦有压力气体，活塞P1面积小于P2，活塞停在R位，则枪臂就会恢复到图中的状态。如果Y3被激发，则腔3内排气,活塞继续右移，枪臂便到达大开口位置。Y3的激发被解除后，活塞反向运动，枪臂即恢复到小开口位置。

ARO焊枪中的气缸采用较好的密封方式，并对气缸内壁进行了特殊处理，因此，现场所使用的高压空气不必含有润滑油，当然也可以稍微使用一些润滑油，虽然这不是必须的。

变压器

变压器力论上要求初级电压为v，来自电网2/PEAC23050Hz或者1NPEAC/VSOHz，TCIB使用的电网电压为V、50Hz。这也是焊枪变压器初级线圈的输入电源。所有的变压器一般都装有电流测量线圈和温度检测

变压器的初级线图由漆包铜导线绕成，次级线图由宽的、水冷的铜管制成，并且电磁绕组用硅钢片来实现。这些组件安装在尺寸精确的用铝合金制造的保护壳内。

变压器通过其前部气缸盖固定在焊枪的导向部件上。变压器真空填充环氧树脂。在焊枪前部由两个铜制连接块用来连接次级线圈导线。初级线圈的两相以及接地线都连接在M8螺纹柱上。过热保护装置由集成在初级和次级绕组内的两个带无电势常开触点的恒温器构成。在次级电流回路中安装了测量焊接电流强度的测量线图。恒温器以及测量线圈的电缆从初级绕组一侧引出，并连接在接线盒内的接线板上，该接线盒安装在变压器的同侧。冷却水管连接在次级电流回路的接口模块上的两个G14"螺纹孔中。在焊接时，变压器和焊枪臂同时冷却。

操作手柄由两个铝铸件对半件组成,用两个M5螺栓固定连接在一起。为了快速更换把手,电气接头被设计成可以迅速从两个安装在支撑件和把手上的插接对半件上拔下。手柄上采用螺纹连接的适合工业使用的操作键或者开关。

在下述的操作中手柄的设计符合人机工程的要求：

开/关(启动键)

预行程(按键)

两种焊接程序或者两种板厚开关(转换开关)。

把手右边的一半上有大开口打开开关的9针插接件，以及带有断路器的大开口打开开关。左边的一半用子支撑程序选择开关以及保护断路器的护圈，护围由挠性材料并且耐抗的材料制成。两个把手部件上均安装了一个6x20的刻槽销以确定把手在连接支撑上的位置。

把手用四个M5内六角螺栓固定在这个支撑件上。它可以借助可啮合定位的角度调整部件，在有五个啮合位置的支撑件上以垂直和水平的角度进行调整。连接支撑件、可定位的角度调整件以及整个支撑件用M8内六角螺栓固定在一起。

控制电缆通过角铁上的防松套筒联入，并由此连接各个触点。电缆的另一端借助一个8针的M12插头连接在接线盒上。

接线盒、电源电缆、信号电缆、冷却水管、压缩气管

接线盒轻质合金制成，借助中间块以及密封件，安装在变压器初级线圈一侧的气缸盖上。其外壳可防止灰尘和水的进入。在接线盒内部，工作电路的接头通过一个分隔壁与控制电缆接头分开。控制电缆接头汇集在一个接线板上。通过插接头可以将各种监测部件(恒温器、测量线圈)以及控制部件(换向阀)同它们的工作环境(电流供应、电子控制)连接在一起。

焊枪上直接将导管束引出，并且导管束和焊枪是分离的。在焊枪采用机械保护，装置以避免它们发生碰撞。

水和空气的供给装备有快速连接接头；变压器初级连接采用多指接；控制引线可插接在接线盒中；引线束在焊枪上的拉力被尽量减轻了。

导管束的长度为7m.其中包括：

三条冷却水和压缩空气输送管，以及一条电源电缆和一条信号电缆、它们分别标有用不同的标记。

冷却水进水:绿色；

却水回水：红色；

缩空气：(黑色)无彩色；

信号电缆：16x1+2x1屏蔽；

初级导管:3x25

插接接头:双面的

所有的5种连接导管采用一个线束捆在一起。然后将导管束悬挂起来，以使得工作更加轻松，并且焊枪可以轻易到达焊接位置。

1.2、焊枪检验

在焊枪工作之前需要进行几项检验和调整工作。当焊枪要作为备用件储存起来并且为此进行过维护时，也需要进行这些工作，根本的几项检验工作包括对焊枪几可尺寸、机械方面、高压空气、冷却水以及焊枪的电气装备的检验。

焊枪几何尺寸的检验指要对焊枪的开口以及由次级绕组形成的断面进行检查，并将这些值与标注在焊枪的图纸上的值进行比较，如果尺寸存在错误，那么就必须一个个地检查焊枪的零部件。

机械方面的检验主要是对电极力的检验。首先在焊枪图纸上查询最大可用压力。然后将一个测力计放置在电极之间。将焊枪以减小一点的压力闭合，监测完后查明各种记录在测试记录或者焊枪的项目图纸中的压力值，并将测量值与其比较。

高压空气方面的检验目前主要检查电磁阀在控制预行程以及工作行程时的正确工作方式。以及在最大工作压力下检查高压空气管路以及接头，寻找可能存在的泄漏。高压空气管路在焊枪运动时不能彼此或者与其它物体摩擦，并且不能过度辗压，因为这样会导致运动的变慢。

冷却水的检验主要检验冷却水的流量，冷却系统的密封性和冷却水温度。焊枪的电气装备的检验主要检验焊枪设备的绝缘性和短路电流，以及检查电流测量线是否能正常工作等。限于篇幅上述内容不再展开。

二、NIMAK机器人焊枪

2.1、焊枪结构

如图所示，机器人焊枪分为X型枪和C型枪两种

和手工焊枪相比，机器人焊枪的工作原理是相似的，但是结构更加复杂。机器人焊枪增加了平衡缸部件，大部分还安装有吸盘部件，以便于焊枪的快速更换。

下面我们以某机器人使用的x型焊枪为例，简要描述一下焊枪的结构。下图为焊枪的基本示意图。

这是一份焊枪出厂时的尺寸检验报告。在途中我们可以看到，焊枪中安装了两个气缸，小一点的是平衡缸，较大一点的是双行程工作气缸。详见下图。

图中，1是双行程气缸，2是平衡气缸，3是活动枪臂轴承组，4是枪身支撑基体，5是后部型腔，7是气缸行程定位器，8是导电带，9是冷却水接口，10是歧路接口，11是变压器。

在焊枪进入焊接位置的时候，上下电极与钢板之间均留有一定的空间，再没有安装平衡气缸的情况下进行焊接时，钢板会由于枪臂的牵引，而产生拉伸变形，或者出现瘪塘现象。安装了平衡缸以后，两枪臂和枪身机体之间不在刚性连接，由此在焊接的时候，可以根据钢板的实际位置做出适当的位置调节，最大限度的减少工件的变形。下图是焊枪中的气路图：

电极没有闭合的时候，平衡缸的排气被关闭，活塞无法运动，此时枪臂与枪体视为刚性连接，无法晃动。当工作气缸执行工作行程AV时，激发平衡缸电磁阀，平衡缸投入工作，使得枪臂位置可以在小范围内变动，以适应焊接位置。

2.2、焊枪检验

针对机器人焊枪的维修和检测,，车间引进了一套德国NIMAK公司制造的RTS焊枪测试系统。

RTS系统就是RoboticWeldingGunTestingSystem的简称。该系统可以模拟机器人焊枪的实际工作环境，实现相关的测试维修。机器人焊枪是一种工作负荷大，对焊接质量要求较高的电焊设备，技术含量较高，里面集成有水、电、气方面的元件组，此外对机械尺寸的要求也比较高。RTS系统与机器人焊枪之间的硬件接口包括：冷却水管、压缩空气管、V导电电缆以及控制信号电缆等。此外，在测试过程中还可以利用特别的辅助工具测试出焊接电流和电极压力等。如下图所示：

利用RTS系统进行工作时，一共要进行7个步骤的工作，然后可以打印出完整的测试报告。这7个步骤分别对不同的系统参数进行测量，分别是：

第一步：对焊枪加以V的高电压，然后测试枪体对地的绝缘性。此时测出的电流不能大于5mA，然后即认为测试合格。

第二步：测试焊枪中各类电气信号是否正常。这些信号一般包括气缸位置信号，冷却水流量状态信号，变压器输出电流测试线图信号，温控信号等，通过这些信号测试，可以判断出机器人焊枪当前的工作状态是否正常。

第三步：测量焊枪焊接时的气缸行程时间。机器人焊枪在焊接时出于工件位置和焊接时间、焊接压力方面的考虑，焊钳不是一直仅处于打开和关闭两个极端位置，在打开的时候还有一个开口比较小的中间位置，俗称小开档，另外一个较大的打开位置俗称大开档，大小开档到焊接闭合之间的时间对于工作节拍来说相当重要，与焊接时间一起构成了一个焊点的工作时间。RTS系统将每把枪的焊钳运动时间记下，一旦发现异常即会报警。三个位置参见下图：

第四步：测试焊接时的焊接压力。焊接压力与焊接时间、焊接电流一起构成焊接三要素，借助装有力传感器的辅助工具，RTS系统即可将焊接压力测出。

第五步：测量冷却水流量。冷却水进入机器人焊抢中以后，将分成三路，分别对两个焊枪臂和变压器进行冷却，其中任何一个管道堵塞，使冷却水流量减少都会造成枪体温度的迅速升高,严重时会使焊枪烧毁。RTS系统在总入口和三路管道的出口进行测量,以保证获得比较可靠的监测数据。

第六步：测量焊枪的短路焊接电流。现代电焊焊枪是以小电压大电流的方式进行工作的，车身板料本身具有一定电阻，在大电流作用下材料迅速加热融化，结束焊接后发生冷凝然后连接在一起。因此焊接电流在整个焊接过程中起到主导作用，换句话说，在电流不够的情况下，焊钳压的再紧，时间再长也是没有意义的。测试过程中焊钳闭合，焊接控制器在预设程序的控制下分十步将电流加至峰值，根据测试结果来判断出焊枪是否可以完成良好的焊接工作。

第七步：测试焊枪的密封性。进行测试时在焊枪中充满压缩空气和冷却水，然后保持一段时间的压力并进行观察，一旦发现压力泄漏超出可以接受的范围立刻进行报警，否则认为测试通过。

经过连续7轮测试之后，焊枪的性能就可以认为是符合需要的，这时将测试报告打印出来，并由测试人员签上姓名，就可以认为机器人焊枪测试已经完成了。

当然，实际的焊枪检验工作并不仅仅包括上述内容，我们还需要严格控制住焊枪几何尺寸。为了实现这个目标,我们使用美国Faro公司的三坐标测量仪设备。该设备具有良好的精度，测量1米的标准尺，精度在10丝以内，可以为我们提供有信服力的测量数据。

根据图纸，一把焊枪需要满足的尺寸要求主要是：基准点到两个枪臂电极帽的X、Y、Z三个坐标方向的距离，以及大小开档时两个电极帽之间的距离。在本章的焊枪示意图中我们可以看到这些尺寸，它们如果用一般的卷尺和游标卡尺来测量，得到的数据基本没有意义，使用大型的测量设备又不现实。现在的这套设备具有五轴回转功能,基本可以满足需要。

总结：

在本教材中我们以某机器人使用的X型焊枪为例,初步介绍了焊枪的基本结构,工作原理和检验方法。对于C型焊枪,其结构比X型焊枪简单一些,工作原理与检验方法基本是一致的,在此没有涉及。此外,焊枪的电路,气路以及日常的维修保养等知识非常丰富,而本教材的目的只是让新员工对于焊枪有一个初步的了解和认识,所以没有详细深入讲解。目前在某些机器人中还使用了伺服焊枪和落地焊枪等，此处不再涉计。在焊枪的中级培训教材中,我们将会对以上内容进行详细的讲解。限于编者的水平有限,本教材中可能会出现许多错误,希望得到各位的批评指正