工业机器人焊接保护气浪费问题及焊接节气装置技术方案解析

克鲁斯机器人碳钢焊接气体消耗优化：基于动态电流监测的智能节气装置原理与应用

在自动化焊接产线中，克鲁斯（CLOOS）机器人凭借其高精度轨迹控制和稳定的电弧特性，在碳钢中厚板焊接领域应用广泛。然而，在实际生产过程中，保护气体的消耗成本往往被忽视。传统的气体供给方式采用恒定流量控制，导致起弧、收弧及小电流过渡阶段的保护气体大量浪费。本文将解析一种基于焊接电流实时监测的智能节气装置的技术原理，并分享实际应用数据。

一、传统供气方式的局限性

克鲁斯机器人在碳钢焊接中多采用混合气（Ar+CO₂）或纯CO₂作为保护介质。常规供气方案中，技术人员根据最大焊接电流设定一个固定的气体流量值（例如18-20L/min）。但机器人实际焊接过程包含引弧、稳定燃烧、收弧等多个阶段，电流在60A到350A之间动态变化。

• 大电流段（>250A）：需要较大气流量以保证熔池保护，防止气孔。

• 小电流段（<150A）：所需气流量可降低30%-50%，恒定流量下存在过量供给。

• 起弧/收弧段：起弧瞬间气体冲击过大，收弧时气体后吹时间固定，均存在优化空间。

数据显示，恒定流量供气模式下，保护气体的有效利用率仅为60%-70%，其余部分属于无效消耗。

二、智能节气装置的工作原理

蓝天智能针对克鲁斯机器人开发的WGFACS系列节气装置，其核心逻辑为“动态跟随，按需供气”。

硬件构成：

• 高精度霍尔电流传感器（串联于焊接回路）

• 32位工业级MCU控制单元

• 比例电磁阀（响应时间<20ms）

• 液晶显示模块（实时显示瞬时流量与节气量）

控制策略：
装置通过电流传感器实时采集焊接电流值，MCU内置的算法模型根据预设的电流-流量对应曲线（可自定义设置），计算出当前所需的最佳气体流量，并驱动比例电磁阀快速调整开度。

例如：

• 当电流为300A时，目标流量设定为18L/min

• 当电流降至120A时，目标流量自动降至10L/min

• 起弧瞬间，电磁阀缓开，避免气体冲击

• 收弧时，根据电流下降斜率动态缩短/延长后吹时间

整个闭环控制周期在50ms以内，完全跟随机器人焊接的电流变化节奏。

三、与克鲁斯机器人系统的集成方案

该装置的安装无需改动克鲁斯机器人原有的控制系统或焊接程序。

接线逻辑：

1. 将电流传感器的穿心线穿过焊机输出电缆（正极或负极）。

2. 将比例电磁阀串联接入气源与送丝机之间的气管。

3. 接入24V供电电源，完成自检。

装置兼容克鲁斯全系列机器人型号（包括QRC控制器及新型控制系统），对原有的焊接工艺参数无任何干扰。操作人员只需在装置面板上设定好“基础流量”和“最小流量”两个参数，即可自动运行。

四、实测数据与经济性分析

在某工程机械制造企业的克鲁斯机器人焊接工作站进行实测：

• 工件材料：Q355B碳钢，板厚6mm-20mm

• 焊接工艺：MAG焊，混合气（80%Ar+20%CO₂）

• 原设定流量：18L/min（恒定）

• 安装节气装置后：平均流量降至9.8L/min

节气率计算：

• 原单班次（8小时）耗气量：约8.64m³

• 优化后单班次耗气量：约4.70m³

• 实测节气率：45.6%

此外，由于供气与电流匹配度提升，飞溅率降低约15%-20%，减少了后续打磨工作量，焊缝表面成型质量亦有提升。

五、技术总结

基于动态电流监测的智能节气装置，本质上是将焊接过程中的“经验型”气体调节转变为“数据型”精准控制。对于使用克鲁斯机器人进行碳钢焊接的企业而言，这是一种低成本、高回报的技术改造方向。它不改变原有工艺，不影响生产效率，却能实实在在地降低辅料消耗成本。

在实际选型时，建议根据焊接电流范围选择合适的传感器量程，并根据具体板材厚度对电流-流量曲线进行微调，以达到最佳的节气与焊接质量平衡点。

欢迎在评论区交流实际应用中的经验与问题。