自动焊接范文

导语：如何才能写好一篇自动焊接，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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受大学招生“3＋X”制度的影响，对于一些学生来说，中学物理课程逐渐被边缘化．由于十多年来的大学扩招，地方大学大量增加“机械设计制造”、“电气工程及其自动化”等工程类应用专业，中学物理的许多概念又需要这些工程专业学生掌握，这两者成为大学物理教学中的一对矛盾．把工程实例引入大学物理的教学中，可以促使学生爱学物理、会做物理、善用物理，帮助学生理解物理概念，提高物理教学的有效性［1］．胡海云等人提出在大学工科物理教学过程中结合工程实例的教学改革方案［1］，他们通过巧克力仓爆炸事故的实例帮助学生理解静电场，通过旋转实验发生爆炸的实例帮助学生理解刚体旋转势能等案例教学方案对我们很有启发．胡海云等认为：高质量的实例是教学成功的关键，这些例子最好是“真实”，而不是“假象”的或人为“设计”的，否则容易与实际脱节，达不到预想的效果．速度或速率是物理教学中非常重要且最基本的概念之一［3］．作者结合自己科研工作中遇到的自动焊接过程中焊丝的表达方程问题，建立了焊丝一边以机械方式送进燃弧区一边在电弧区燃烧的运动方程的实例，希望该实例可以加深对速度或速率问题的进一步理解．

2工程模型

按电弧电极是否燃烧，电弧焊可以简单分为燃烧极电弧焊和非燃烧极电弧焊两种．用于不锈钢焊接的钨极氩弧焊属于非燃烧极电弧焊，最常见的用于钢铁工件的手工电弧焊接工艺属于燃烧极电弧焊．在手工电弧焊工艺中，一个电极加在工件上，另一个电极加在焊枪上，焊枪再通过导电良好夹具连接焊条．焊接过程中，焊条既是电极，同时又被燃烧填充在焊缝中．自动埋弧焊工艺与手工电弧焊工艺的原理基本相同，主要的特点是用导电嘴取代焊枪；用很长（成卷安装使用）的焊丝取代焊条．两个电极一个加在工件上，另一个加在导电嘴上，见图1．这样就可以避免经常更换焊条带来的麻烦，形成连续不断的焊接，其焊接质量和焊接速度得到大大提高．焊丝一边通过导电嘴被送丝机送到燃弧区，一边在燃弧区不断燃烧，两者只有达到动态平衡，才能形成良好焊缝．如果焊丝送进过快，后果就是焊丝插入熔池，形成短路；如果焊丝送进过慢，电弧拉得过长而灭弧，正常焊接过程两者都是不允许出现的．焊接控制器的作用主要是完成焊丝运动的动态控制，而建立正确的焊丝运动方程是实现良好控制的前提．

3焊丝运动速度的表达式

3．1以导电嘴为参照系的焊丝速度表达式从导电嘴测量焊丝的速度其表达式是最简单的，假设在Δt时间内通过导电嘴的焊丝长度是Δl，则焊丝的平均速度S1可以表示为S1＝ΔlΔt焊丝的瞬时速度为S1＝limΔt0ΔlΔt＝dldt（1）.

3．2以弧长表达焊丝速度从工件角度观察，焊丝的运动有两个：一个是焊丝从导电嘴送出的速度S1，另一个是焊丝跟随导电嘴沿焊缝行走的速度S2，S2实际上就是焊接速度．大部分情况下焊丝的上述两个运动在方向上是垂直的关系，两者的矢量和才是焊丝相对于工件的总速度，但这并不是本文要讨论的重点，如果对工科学生深入讨论是用速度还是用速率容易把问题复杂化．本文主要讨论焊丝沿垂直于工件方向的运动．由于控制器是通过采集电弧电压来控制电弧的稳定性，而电弧电压又与弧长成正比关系．因此，了解弧长与焊丝运动的关系是后续建立控制方程的关键．电弧的弧长是焊丝头部与工件之间的距离，与S2基本没有关系．图2是近弧区的示意图，其中L代表导电嘴头部与工件表面之间的距离，l1代表弧长，l2代表焊丝从导电嘴的伸出长度．保持L固定，则存在下面的关系：L＝l2＋l1或l2＝L－l1dl1dt＝－dl2dt（2）（1）首先进行静态分析，即焊丝不燃烧情况下焊丝的运动与l1之间的关系．注意，这时l1还不图2近弧区各种关系示意图能说成是弧长．假设在Δt时间内由导电嘴送出的焊丝长度是Δl，在这种情况下，l1将缩短Δl，从0时刻的l1变为Δt时刻的l1＋Δl1＝l1－Δl．则焊丝的瞬时速度可以表达为S2＝－dl1dt＝dldt＝S1（3）上式说明，在电弧不燃烧情况下，从工件处测量的焊丝速度和从导电嘴处测量的焊丝速度相同．（2）现在分析动态情况下，即焊丝一边在电弧中燃烧一边从导电嘴送进燃弧区的情况下，弧长的变化关系．设Δt时间内焊丝被燃烧掉的长度是Δl2，由导电嘴送出的焊丝长度依然是Δl．在这种情况下，弧长从0时刻的l1变为Δt时刻的l1－Δl＋Δl2．在Δt时间内弧长的变化Δl1为－Δl1＝Δl－Δl2（4）可以这样理解式（4）：假定在一定时间内（Δt），送丝机送入10mm焊丝，而电弧只燃烧掉9mm焊丝，则电弧（Δl1）会缩短（上式Δl1为负系数）1mm．式（4）还可以表达为Δl＝Δl2－Δl1（4’）这种情况下焊丝速度的表达式为S1＝dldt＝dl2dt－dl1dt＝S0－dl1dt（5）.

3．3表达式的物理意义由于Δl2代表Δt时间内焊丝被燃烧掉的长度，公式（5）中的S0＝dl2dt表示焊丝在电弧中燃烧的速度．公式（5）的物理意义很明确：（1）当电弧长度恒定，即dl1dt＝0时，这时S1＝S0，表明送丝机送到燃弧区的焊丝速度恰好等于电弧燃烧焊丝的速度．正常焊接时属于这种情况．（2）当电弧长度变短，即dl1dt≤0时，说明送丝速度过快，或焊丝燃烧速度过慢．（3）当电弧长度拉长，即dl1dt≥0时，表明送丝速度过慢，或焊丝燃烧速度过快．

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关键词：自动焊接；加工业；运用

中图分类号：TU85 文献标识码：A

一、自动焊接的工作原理

自动焊接指的是把焊接工作的整个过程加以机械化和自动化。之前手动焊接的过程中主要焊接方法是引燃电弧，通过送进来的焊条来维持足够的电弧长度，电弧前后左右移动都是靠手动进行的，操作时需要进行焊接的机加工部分，接着就是息弧动作。自动焊接机指的是由导轨床体、转动机构、转动转台、气动尾顶滑台机构来进行前后左右、转动等移动方法，所需机加工工件的安放与固定由工件夹紧机构和托料机构来完成，焊接装置由焊枪气动调节机构和焊枪夹持机构等于焊枪相关的技术机构来为按成，之后就是通过气动尾顶与专机电控系统来完成动作指令的发送输出。

目前，机械加工中多用的自动焊接机不仅仅具有机械化和电子化技术的支

持，同时还加入了数字化技术的运用，把焊接的加工技术指令向技术精度指令延伸，把焊接的动作指令向动作轨迹指令延伸，使得自动焊接技逐渐走向了一个更高的技术平台。自动焊接机上常用的焊接工艺方法有：埋弧焊、MIG/MAG焊、TIG焊、等离子弧焊、激光焊和激光复合焊等。

二、自动焊接的优势

2.1 生产效率高

因为自动焊接设备是由整个机械组组成的，而执行程序是由数字电子系统控

制的，所以自动焊接设备的使用电流比较大，而大电流所产生的电弧热量很集中，穿透能力非常强，这就就可以使焊接速度加快很多。与普通手动的焊接加工相比，自动焊接设备的加工效率要增高大概10倍。

2.2 技术水平高，加工难度大

自动焊接设备还能够对精密零部件、薄壁材料以及非金属材料进行焊接加工。因为这种方法不是人手持的焊接，所以在选择焊源介质时不会有局限，这就使得自动焊接技术水平能够得到进一步的发展和飞跃，比如，激光焊接在运用时，产生的焊缝宽度很小，热影响小，加工部件的变形小，但由于激光焊接的深度比高，电流超大，焊接速度十分快，所以焊缝也就更加平整美观，同时还能够对激光焊接的聚光焦点进行调控，这样加工的难度就会有所提高。

2.3 质量高且相对质量水准稳定

鉴于自动焊接设备的焊接指令是由数字中心统一发出的，焊接的速度和范围都能够进行控制，这就可以保持相对的一致性，恒定所加工工件的焊接质量水平，如果加工过程中出现问题或者产生了变化，都能够进行自动调节，并且保持相对的稳定性。自动焊接设备的焊剂保护效果相当好，一般情况下，熔池金属很少会受到空气的污染和腐蚀，再加上电流比较大，这种条件下的熔池金属也就能够充分的与渣进行反应，均匀的生成的焊液成分，这样加工出的焊缝金属性能稳定、质量较高，同时还具有美观性。

2.4 改善加工工作环境，同时降低加工者的劳动强度

自动焊接在焊接的过程中产生的焊接烟雾会被自动焊接设备的隔离罩阻挡住，有的自动焊接设备在焊接时不会产生很强烈的焊光，焊接时所产生的烟雾也很少，这样就会在一定程度上改善焊接加工人员在进行焊接作业时的工作环境；使用自动焊接设备进行焊接加工，不需要焊接作业人员长时间保持一个焊接动作，这样就减轻了焊接机加工人员的体力损耗，降低了焊接作业人员的劳动强度。

2.5 能源消耗低并节省原材料

部分自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧，这样所产生的热量就不容易散失掉，所消耗的电能相对也比较少，在这种自动焊接中，进行薄板焊接加工可以不用开坡口，这样一来焊条在加工时就不会金属飞溅，也没有焊头，从而也就节省了焊条或者是焊丝金属的消耗，进而节约了加工原材料。

三、我国自动焊接在机械焊接中的应用现状

这部分所提及的自动机械焊接指的是焊接机械手和焊接机械人。这种将自动焊接运用于机械手臂和机械人中的工作方法就如同机械加工中的加工中心，能够对输入加工程序进行加工，等同于多个自动焊接设备在同一个加工部件上进行不同的焊接工作。

一般情况下，这种自动化焊接机械手臂和机器人在流水线的生产加工中比较常用。这种加工方式运用了自动化原理，将多个机械手臂或机器人分布在同一条串联的流动工作线中，每一个动作组执行相同的动作指令，完成本工作线动作后再进行下一个工作线的加工，这些动作指令，对机械手臂或者机器人的控制以及流程安排也全部是运用了自动焊接的工作原理，有简单的单一的自动焊接组成整体的自动焊接组，由主数字控制系统统一进行指令，完成焊接加工程序。

山推机械工程股份有限公司是国内大型工程机械生产和加工行业的龙头企业，其自动焊接的应用方面在国内同行中处于领先地位，早在20世纪90年代，就已经开始应用焊接机器人和自动化焊接专机。山推机械工程股份有限公司对自动焊接技术的应用实例，证明自动焊接有效地改善了企业的生产效率，也转变了机械焊接行业的一些传统观念。最初在设计和制造焊接专机时，往往都是由机械加工企业自行完成，焊机的结构简单，功能单一，无法很好地满足机械加工多样化的需求。在应用焊接机器人的初期，也出现了一些错误，例如没有充分利用焊接机器人的灵活性。此外，最早的一批原装进口焊接机器人不但价格高昂，配件的兼容性也较差，使用成本高。随着国内焊接机器技术的发展，机器人系统的性价比得到了提高。自动焊接技术通常应用在焊缝开放性好，并且对焊缝要求十分严格的产品上，例如车架后段自动焊接时，工作体系由双机器人同时进行，双机器人一个对工件焊接加工，另一个进行上料或补焊的工序，这种模式有效提升了生产效率。目前应用的焊接机器供应商主要有IGM、昆山华恒、唐山开元等。

四、工程机械加工制造中自动焊接技术的发展趋势

对于推土机、挖掘机等工程机械制造生产而言，结构件是最为主要的部件，结构件的制造对工程机械生产十分重要，自动焊接在工程机械生产的应用前景十分广阔。笔者认为，自动焊接在工程机械加工制造行业的发展趋势主要有下列几个方面：

（1）焊接技术在工程机械加工制造、汽车船舶制造、电力设备加工、建筑等行业都有着广泛的应用。自动焊接技术正向着更高质量的方面发展。焊缝自动跟踪技术成为了其发展的热点。焊缝跟踪涵盖了多学科的技术，包括电子计算机、结构、材料、焊接、流体等多个领域，焊缝跟踪推动了自动焊接技术的发展，不仅提升了产品的加工精度，更显著减少了自动焊接工作的前期准备工作。

（2）随着工程机械制造行业的发展，客户对焊接质量的要求更为注重，生产企业对自动化焊接加工需求量也更大，以期让焊缝质量更为稳定，因此，对自动焊接设备数量的需求也更大。此外，由于焊接自动化机器设备在工程机械焊接加工中广泛的应用，必然需要让焊接结构设计和制造标准更为统一，以方便焊接机器进行自动焊接。

（3）工程机械加工中，自动焊接向着智能化发展方向不断前进，自动焊接机器人和焊接专机等其他硬件设备的不断发展，使得工程机械焊接加工更为智能。智能自动焊接系统的发展使得我们实时控制和监管自动焊接产品质量成为了可能。

五、结语

自动焊接在机械焊接中得到了有效的组合与联结，在机械焊接领域的应用也会被越来越多的机械生产加工企业所重视。利用自动焊接设备的工作动作组合原理，将多个自动焊接设备进行组合，再有一个自动化的数字系统统一管理，自动化焊接的运用使得自动焊接机械设备将焊接技术水平与焊接工艺推向了一个高峰，使得所能够应用到焊接技术的加工行业也得到了发展与扩大。然而我们也应该正视我国自动焊接技术应用中的一些问题，积极学习和引入国外自动焊接的先进技术，并结合自身的实际发展情况，有针对性地应用，以期更好地推动我国机械焊接水平的提升。

参考文献：

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1焊接小车

焊接小车是实现自动焊接过程的驱动机构，它安装在焊接轨道上，带着焊枪沿管壁作圆周运动，是实现管口自动焊接的重要环节之一。焊接小车应具有外形美观、体积小、重量轻、操作方便等特点。它的核心部分是行走机构、送丝机构和焊枪摆动调节机构。行走机构由电机和齿轮传动机构组成，为使行走电机执行计算机控制单元发出的位置和速度指令，电机应带有测速反馈机构，以保证电机在管道环缝的各个位置准确对位，而且具有较好的速度跟踪功能。送丝机构必须确保送丝速度准确稳定，具有较小的转动惯量，动态性能较好，同时应具有足够的驱动转矩。而焊枪摆动调节机构应具有焊枪相对焊缝左右摆动、左右端停留、上下左右姿态可控、焊枪角度可以调节的功能。焊接小车的上述各个部分，均由计算机实现可编程的自动控制，程序启动后，焊接小车各个部分按照程序的逻辑顺序协调动作。在需要时也可由人工干预焊接过程，而此时程序可根据干预量自动调整焊接参数并执行。

2焊接轨道

轨道是装卡在管子上供焊接小车行走和定位的专用机构，其的结构直接影响到焊接小车行走的平稳度和位置度，也就影响到焊接质量。轨道应满足下列条件：装拆方便、易于定位；结构合理、重量较轻；有一定的强度和硬度，耐磨、耐腐蚀。轨道分为柔性轨道和刚性轨道两种。所谓刚性轨道就是指轨道的本体刚度较大、不易变形，而柔性轨道则是相对刚性轨道而言。两种类型的轨道各自有各自的特点。刚性轨道定位准确、装卡后变形小，可以确保焊接小车行走平稳，焊接时焊枪径向调整较小，但重量较大、装拆不方便。而柔性轨道装拆方便、重量较轻，精度没有刚性轨道高。

3送丝方式

送丝的平稳程度直接影响焊接质量。送丝方式可以简单分为拉丝和推丝两种方式。拉丝时焊枪离送丝机的安装位置较近，焊接过程中焊丝离开送丝机后受到的阻力较小，因此可以保证送丝过程平稳，但送丝机和焊丝盘均须安装在焊接小车之上，增加了焊接小车的重量，给人工装拆增加了困难，重量增加还容易造成焊接小车行走不平稳。使用直径为0.8mm或1.0mm的小盘焊丝（重量约为5kg）减轻了焊接小车的重量和负载，又使得焊接过程容易控制，但对焊接效率有一定的影响。采用推丝方式时，将送丝机构安装于焊接小车之外，减小了焊接小车的体积和重量，可以使用大功率的送丝机和直径为1.2mm的大盘焊丝（重量约为20kg），从而提高焊接效率。然而，由于推丝时送丝机离焊枪较远，两者之间须有送丝软管相连，当焊丝被连续推送到焊枪嘴处时，焊丝受到的摩擦阻力较大，而且，焊接过程中送丝软管的弯曲度对送丝的平稳程度有一定的影响，严重时造成送丝不畅，因此使用推丝时须充分考虑述因素。

4焊接工艺的选择

目前，除采用手工焊接外，管道焊接较多的是采用埋弧自动焊接工艺和气体保护焊工艺。

埋弧自动焊有焊缝成型好、焊接效率高、焊接成本低等特点，对于管道施工而言，埋弧自动焊可用于双管联焊，简称“二接一”，即焊枪固定在某一位置，管子转动。显然长距离管道焊接时不可能让管子转动，因而“二接一”只能用于管子的预制。如果管道全位置自动焊采用埋弧焊工艺，那么焊接装置上必须配加焊剂的投放、承托与回收机构，使得焊接装置的结构变得较为复杂，给操作与装拆带来不便，而且增加了行走小车的负载，影响小车行走的平稳性。埋弧焊一般采用粗焊丝、大电流的焊接方式，用于全位置自动焊可能会由于熔敷率较高出现熔滴下垂、流动等焊接缺陷，影响焊缝的成型与质量，因此将埋弧焊应用于管道全位置自动焊接实现起来困难较大。

采用药芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则每次焊缝表面清渣费工费时；若是强迫成型，则须配加一个与焊枪一起运动的成型铜滑块，并通入循环冷却水，可以大大提高焊接效率，这样一来不仅焊接装置的结构复杂，而且重量增加。因为药芯焊丝的价格较高，同时还要解决保护气体的气源，所以焊接成本较高。单一使用自保护焊丝，虽然节省了保护气体，但存在清渣困难问题。

采用实芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则焊接过程可简单分为打底、填充、盖面三个阶段，无须对焊缝表面进行清理而直接进行下一道工序，但焊接速度相对强迫成型而言慢一些。保护气体一般为纯二氧化碳气体、二氧化碳和氩气或二氧化碳和氧气的混合气体。二氧化碳和氩气的混合气体可以使得焊接时的电弧燃烧稳定、飞溅较小，但在野外施工时氩气气源难寻、价格较高，从经济方面考虑，在焊接输油管道时，最好尽量使用纯二氧化碳作为保护气体。在有条件的地区施工，使用二氧化碳和氩气作为保护气体较为理想。

5控制方式

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关键词：定子铁心 自动焊接 PLC 传感器 伺服电机 气动装置

中图分类号：TM38 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0008-01

1 前言

电机定子铁心的焊接方式通常采用手工电弧焊，即沿定子铁心外圆上一条条纵向的焊道依次焊接。这种人工操作的工艺方法，生产效率低，生产周期长，工人操作时要保持高度集中的注意力，劳动强度大；而产品质量受焊工持枪移动速度的快慢、是否稳定、均匀所影响，会产生较大的差异。焊接时因局部热变形产生应力（热量输入大），焊后工件会因应力不均变形，质量不稳定， 焊缝在定子片毛刺的回弹力作用下易开裂，须采用严格的焊接工艺和焊后矫正变形的措施，要花费较多的工时。

为克服现有工艺的不足，特设计了一种定子铁心立式自动焊接装置，具有自动化程度高，生产效率高，焊后工件质量好的优点。

2 思路与设计方案

本装置的基本构成单元是：机械装置、执行装置、能源、传感器、控制器和焊接系统。

（1）机械装置：实现焊接运动的机构，配合焊接系统进行动作。

（2）执行装置：驱动机械装置运动的电动机、液压及气动装置等。

（3）能源：驱动电动机的电源等。

（4）传感器：检测机械运动、焊接参数、焊接质量。

（5）控制器：用于工件、焊枪动作控制的可编程控制器以及电子控制系统。

（6）焊接系统：包括焊接电源、气体保护焊焊机、焊枪等。

由伺服电机驱动工件回转台，以实现定子铁心的分度旋转，使定子铁心的焊道逐个与焊枪对应，进行焊接；焊枪可实现水平前进、后退，以及沿焊道的纵向升降移动。

采用对称的一对/多对焊枪同时自动焊接，可进一步提高生产效率，节省较多的工时；另一方面，采用对称焊接，焊接时产生的热变形是对称的，因而产生的应力也是对称的，所以焊后工件变形更小，能有效避免焊缝开裂的情况发生。

由x，y方向的两个交流伺服电机来驱动丝杠，限位气缸对焊枪进行精确定位，等x，y平面内定位完毕，z轴方向的交流伺服电机开始工作，焊枪运动到焊接位置，焊接完成后，x，y，z轴方向的交流伺服电机反转，并回到起始位置，准备下一加工。另外，加上光电传感器用于精确定位，若焊枪未到达指定位置，可强制整个系统急停，并报警。

装置中有工作模式设置，伺服系统的开启、停止、重启，继续和回零等信号输入到控制端口，通过这些控制端口，PLC可对焊接机进行上述控制。同时，也具有焊枪处于运行模式时伺服系统的开、停、就绪、报警和急停等状态的输出端口，通过读取这些端口的状态，PLC就能获知焊枪的焊接基本状态，带动焊枪以定速移动，且能自动调整电弧的电压电流，即实现全自动焊接。

电气控制柜采用PLC控制方式，配备有自动控制系统和A/D转换器，在焊接过程中系统将来自装置的各种指令信号送到模拟量输入模块，通过信号处理，再将此模拟数据转换成数字量后，启动模拟输入模块与PLC之间的数据交换程序。PLC读入该数字信号，并将此数据与设定数据相比较，转换后的数字量传到PLC控制器中，经过运算，PLC控制器发出输出指令，输出指令由继电器 、接触器等执行器件执行，推动伺服电机的运转、及各个气缸器件的动作。

定子铁心焊缝是利用铁心外圆的U 型工艺槽，由于高温液态熔池重力和电弧力的作用，下行焊接相对于上行焊接，焊接电流和速度均大一些，进而要求氩气流量也适当加大，故以采用上行焊接方式，以保证焊接引弧可靠， 电弧稳定。

下面详述本装置，如图1所示：1-压紧模具、2-定子铁心、3-焊枪、4-焊枪升降架、5-回转台、6-焊枪水平移动架、7-支撑柜、8-电气控制柜、9-伺服电机、10-主动齿轮、11-从动齿套、12-链条导轨机构。

在支撑柜上安装回转台5，该回转台由伺服电机驱动，伺服电机的输出轴安装主动齿轮10，该主动齿轮与回转台外周所固装的从动齿套11相啮合。

在回转台外侧的支撑柜7上安装焊枪水平移动架6，在其上安装焊枪升降架4，在该升降架上安装焊枪3。水平移动架为水平导向安装在支撑柜上的电磁移动小车。焊枪通过链条导轨机构12安装在焊枪升降架上。 焊枪水平移动架为对称的一对或多对焊枪水平移动架，在该对称的焊枪水平移动架上均安装焊枪升降架，在该对称的焊枪升降架上相向安装焊枪。伺服电机9、电磁移动小车以及链条导轨机构12均与电气控制柜8连接。

工作原理：将压紧后的定子铁心2连同压紧模具1一同装卡定位于回转台上，开启控制柜，回转台带动压紧模具，使定子铁心旋转一定角度，焊接水平移动架平移靠近定子铁心，焊枪升降移动同时完成焊接。焊接完成后，再旋转一定角度，使下一条焊道与焊枪对准，再进行焊接。焊枪的前进、后退，提升、下降，左、右移动，起弧、收弧（同电源联机），采用PLC控制器进行控制。

3 结语

（1）采用自动焊接技术，能有效降低劳动强度，提高生产效率，同时解决了加工过程中焊工持枪移动速度快慢不同、不稳定、不均匀的问题，从而有效保证焊接质量、增强产品性能。

（2）采用自动焊接技术，能提高目前工艺水平、改善劳动者工作条件、减少烟尘、噪音和辐射、降低材料与能源消耗、降低成本、扩大市场占有率。

参考文献

[1]刘岳臣.定子铁心外圆结构及焊接设备的改进.中小型电机，1988（2）.

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[关键词]AZ31镁合金；机器人焊接；自动及半自动焊接，焊接工艺

中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0343-02

1.AZ31镁合金的性质及特点

室温状态下金属镁的密度是1.74g/cm3，在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。镁金属的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。工业用镁的纯度最高可以达到99.99%，但是纯镁不能用作结构材料，一般情况下需在纯镁金属中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素，从而形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料而广泛应用。

镁合金材料具有以下优点：

（1）重量轻。可以制作3C产品的外壳、内部构件，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。

（2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的8-12倍。

（3）耐振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，是钛合金的300-500倍。

（4）散热性好。一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。

（5）稳定的资源。提供镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。

AZ31镁合金是目前应用最广泛的变形镁合金，其主要化学成分见表1。

2.设备与焊接材料的选择

（1）焊接设备

选用通用6kg焊接机器人进行自动焊接，电源电压220V，机械手臂最大幅度半径1.5m，采用示教盒的示教/执行操作系统。

焊接过程中机器人行走路径采用MOVL直线行走，行走速度为5-15v/ mm・s-1。

（2）焊机

采用钨极惰性气体保护焊进行焊接，采用钨极喷嘴，氩气作为保护气体。

（3）焊接材料

AZ31镁合金试板300*100mm，3mm厚度薄板。

3.焊接工艺参数选择

在机器人自动焊接AZ31镁合金薄板之前，设计五组焊接工艺参数，具体工艺参数见表2-表6。

4.工艺参数分析

通过5组不同的焊接工艺参数，观察焊缝并比较焊缝质量得出结论，选择第3组焊接工艺参数所得到的焊缝质量最为优秀，焊缝外观美观。

第一组焊接工艺参数，选择较小的焊接电流，较细的焊丝，采用这样的焊接工艺，对于薄板镁合金工件来说，产生较大的焊脚角度，极容易产生未焊透的焊接缺陷。采用第二组焊接工艺参数，增大了焊接电流，虽然降低了焊缝的焊脚角度，但是仍然采用直径为1.0mm的焊丝进行自动化焊接，焊后达不到所要求的焊缝熔宽，不能形成良好的焊缝成形系数。

第三组焊接工艺参数相对来说是比较完整的一套工艺，无论从焊接电流的选择，还是焊丝直径的选择，都恰到好处，能够形成良好的焊缝成形系数，焊缝外观美观，不容易出现未焊透以及塌陷等焊接缺陷。

第四组焊接工艺是在第三组焊接工艺的基础上，增大了焊接电流以及焊接速度，通过实践结果显示，这显然不符合镁合金薄板的焊接工艺，一方面焊接电流的增大，容易使镁合金薄板产生焊穿的焊接缺陷，另一方面焊接速度的增大极容易对焊接工件造成损害，因此不建议增大焊接电流以及焊接速度。通过实验，第五组的工艺参数数据更不符合AZ31镁合金薄板的焊接。

5.镁合金的应用前景

全球镁合金的需求年均增长达到12%左右，西方镁合金的市场需求增长率达到了18%？以上，未来镁合金的市场需求将呈现快速增长的趋势。镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域，其中应用于汽车产业（74%）、3C行业（22%）、军事和航空航天（14%）。

目前，镁合金主要作为以下汽车零件使用：仪表盘和托架、座椅框架、转向柱部件、手动变速箱壳体、发动机进气管、气缸盖等。其它的如需要安全及高断裂韧性的零部件，也将是镁合金正在并将继续深入拓展应用的领域，如座椅框架、车身保护板、发动机前的散热格栅加强板及一些车身结构支撑件。

随着镁合金结构件在汽车上的广泛使用，镁合金结构件的焊接也日益得到了重视。从焊接工艺来看，主要集中在氩弧焊、激光焊、非真空电子束焊、摩擦焊等方面。尤其以氩弧焊、激光焊居多，但由于镁合金的性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数和线膨胀系数大等特点，氩弧焊时易造成镁合金的热影响区宽、晶粒粗大、焊件变形严重等缺陷，激光焊时易造成气孔、裂纹等焊接缺陷。

6.总结

（1）镁合金材料具重量轻；比强度、比刚度高；耐振动性好；散热性好；稳定的资源等优点，这就足以使镁合金在日后的工业生产中优广泛的应用。

（2）焊接机器人的出现，增加了焊接生产率，大大提高了焊接的效率，降低了人工的成本，降低了对焊工的技术水平的要求，很大程度上保证了焊缝的质量。

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船舶的结构比较复杂，技术要求比较苛刻，是全焊接结构，高效焊接对建造质量过硬的船舶具有至关重要的作用和意义。船体建造中有70%的工作量为焊接，焊接成本在船体建造成本中占有30%-50%的比例。所以，在建造船舶时要运用高效自动焊接技术来满足降低制造成本、减少制造工期等要求，同时也要确保焊接的高质量。运用高效自动焊接技术还可以提高企业竞争力，使其在激烈的市场竞争中取得胜利，为企业提供发展契机和经济效益。

2高效自动焊接技术在船舶企业的应用现状

第一、焊接工艺方面的现状。我国船舶焊接工艺发展得很缓慢，以气体保护焊、埋弧焊、普通焊条电焊等为主，其中焊条电焊占据的比例较大，焊接效率比较慢。现在一般使用垂直气电焊接、船用自动化机械化平角焊接技术和逆变焊机、交流焊机、整流弧焊机等设备。在推广应用新技术和新设备方面，我国很小一部分造船厂能够引进分段装焊流水线，采取拼板工位高效自动焊接的新设备和新工艺，它能对船舶上的板材进行拼板和对接，对船体进行平面分段焊接。同时也运用自动或者半自动气体保护焊等工艺，提高焊接效率。

第二、焊接材料方面，现在大部分使用药芯焊丝，其具有焊接飞溅少、焊缝质量高、熔敷效率强等特点，便于自动化、机械化焊接。现在船舶企业通常运用药芯焊丝和CO2焊接技术结合在一起，因为广泛应用CO2保护焊，对焊接材料的使用量也大幅度增加。这也促进了焊接工艺质量的提升、工期缩短以及成本的降低。

3 高效自动焊接技术在船舶企业应用中存在的问题

第一、在焊接工艺上我国存在的问题表现在两个方面：首先的焊接工艺的高效化率、自动化率、机械化率都比较低。很多企业以焊条电弧焊或者半自动焊为主要工艺，而自动化和机械化焊接工艺的应用范围较小，应用水平较差。另外，气保焊和埋弧焊等高效率的工艺在研发以及应用等方面投入的精力较小。其次先进焊接工艺在我国船舶企业还没有得到应用，国外重视对焊接工艺的研究，已经研发出机器人焊接、电弧-激光复合焊接等工艺，而国内才刚刚研究这个领域。科研投入不足是焊接工艺方面的另一个问题。

第二、焊接材料方面我国船舶企业出现的问题有：首先焊接材料普遍存在品种单一的现象。通常以焊条为主，其中高效焊条和专用焊条应用较少，高端焊接材料基本依赖合资企业生产或者直接进口。其次焊接材料的性能急需提高。国内焊接材料特别是高端产品在抗吸潮性、工艺性能以及质量稳定性等方面都有很大的提升空间。

4 解决高效自动焊接技术在船舶企业问题的对策

4.1焊接工艺方面

现在船舶焊接工艺得到快速的发展，机械化、高效化、专用化、自动化、机器人化是解决焊接技术在船舶企业出现问题的最佳对策。

高效化的具体表现为：逐渐降低焊条电弧焊的应用，增加对气体保护焊工艺的使用，并推动高效焊接工艺的研究和开发。例如MAG/MIG双丝焊接工艺、TIME焊接工艺（也叫做大电流高熔覆率MAG法）、带活性焊剂气体保护焊、多丝埋弧焊、变极性离弧焊、埋弧自动焊等工艺。

自动化、机械化就是要推广普及自动化焊接工艺，运用智能型焊接装置、实时监控装置、机器人技术以及激光焊接技术等，提高焊接质量和焊接效率，降低焊接成本。专业化就是在船舶特殊构建和部位，要选择专门的装备和焊接工艺来完成，以达到符合设计要求的目的。

随着平面分段装焊流水线的不断投入使用，机器人焊接技术体现出其他焊接技术难以比拟的、独具特色的优势，为船舶高效自动焊接技术的发展提供更加广阔的空间。

4.2焊接材料方面

首先要调整焊接材料的结构。随着工业化程度的加深，船舶用材的结构在不断调整，传统焊材的使用在逐渐下降中，而药芯焊材和气体保护焊的应用量大幅度增加，埋弧用焊材的用量维持在一定水平，变化不大。

其次增加高效自动焊接材料的研究和开发力度。世界各国越来越重视增强船舶焊接效率，减少建造成本，研发出高效焊材，并推广专用焊条、高效焊条、药芯焊条等焊材。另外铁粉型焊剂、活性焊剂、高速焊剂以及单面焊材等等对埋弧焊材的研究，会促进焊接质量的提高。

最后对焊接材料的发展予以高度重视。现在要求船舶焊接具有高质量，就需要制造出具有良好工艺性能、优异力学性能的焊接材料。美国研发的酸性渣、高韧性、低氢型的药芯焊材系列，在冲击韧性和低氢等方面的工艺性能优越，进而在船舶企业具有广泛的应用。

另外焊接材料还要具有高性能、高稳定性、低飞溅、低烟尘、低故障率以及污染小等特性。

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关键词：焊接自动化 自动化焊接设备的特点 提高生产效率 改进和提高

中图分类号：TN830文献标识码： A

一、前言：

焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，由于现代科学技术的飞速发展和诸多因素的推动，焊接制造工艺正经历着从手工焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为焊接行业发展的必然趋势。

所谓焊接自动化是指在没有人直接参与的情况下，采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行，通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。

提高自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向，实现自动化焊接也是是我们的理想和目标。国外先进工业国家在焊接新技术的具体应用上已有许多成功的业绩；中国的自动化焊接技术、装备的研究制造企业也已有了长足的进步，积累了一定技术、人才、制造经验，一部分自动焊技术和装备的水平已经达到国际先进水平，个别产品也在销往海外；现代新技术迅速发展对其的不断完善；国家对装备制造业产业发展的鼓励政策；这些条件的具备，将加速推动中国焊接产业的技术、装备升级。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如专用焊接夹具、焊接电源等；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机。

二、典型自动化焊接设备的构成

由于当前的自动焊接设备主要为以电机控制为主的“控制性自动化焊接设备”，所以应用效果最好的主要是环缝、直缝等规律焊缝，以及批量较大的专用焊机，如各类电阻焊机、焊接机械手等。以环缝焊机为例，其主要构成有以下几类结构：

1、焊接电源，其输出功率和焊接特性应与拟用的焊接工艺方法相匹配，并装有与主控制器相连接的接口。

2、送丝机及其控制与调速系统，送丝速度控制系统要符合精度要求，一般要求其控制电路应加测速反馈。

3、焊接机头及其移动（也有的为摆动）机构，其由焊接机头，焊接机头支承架，悬挂式拖板等组成。对于重要或者精密性要求较高的精密型焊头机构，其驱动系统应采用装有编码器的伺服电动机。

4、焊件移动或变位机构，如焊接滚轮架，头尾架翻转机，回转平台和变位机等通用夹具或为专机配套的专用夹紧机构等。精密型的移动变位机构应配伺服电动机驱动。

5、焊头导向或跟踪机构，弧压自动控制器，焊枪横摆器和监控系统

6、导电机构：导电块靠压缩弹簧压缩接触在适当位置，以保证工件焊接时接地良好。

7、辅助装置，如支撑结构（多为床身），循环水冷系统、焊剂回收输送装置、焊丝支架、电缆软管及拖链机构结构设计等部分。

8、主控制器，亦称系统控制器，以可编程序控制器（PLC ）为核心组成自动焊接控制系统，通过对各控制按钮和焊接状态的现场输入，按照预定的逻辑程序进行运算，输出完成对执行元件，如电磁铁、接触器等的控制。主要电气元件要求使用寿命长，可靠性高。必要时可扩展故障诊断和人机对话等控制功能。

三、自动化焊接设备的特点及其分类：

a、自动化焊接设备得以迅速普及，主要是因为它具有一些手工焊接所无法具有的优势。

1、满足了对焊接生产过程高节拍、高效率的要求。随着气体保护焊接设备的日益普及，自动化焊接的高效率日益为广大使用者所接受，成为它得到普及的主要原因之一。

2、满足了焊接的高性能要求。尤其在焊接量大的时候，自动焊接设备克服了手工焊接因受限于人的体质和工作环境，难以保证焊接接头静态和动态的力学性能指标的缺陷。

3、满足了对焊接件高的尺寸精度要求。自动焊接设备具有焊接过程均匀一致，稳定性好的优势，这一特点对于克服因热输入的不均匀（包括时间和空间上）而导致的变形意义重大。从而保证了产品的装配精度和尺寸稳定性，尤其对一些薄板件，因为要尽可能减少在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形，自动焊接设备几乎是不可取代的。

4、对高端、精密设备“零缺陷”的质量要求，自动化焊接易于实现焊接过程的监测与信息化管理，为实现“零缺陷”的质量要求提供了控制与保证。

5、保护操作人员健康。设备的焊接可以实现焊接电弧与操作人员保持一定的安全距离，从而减少弧光、辐射、烟尘等对操作者的伤害。

当然，自动化焊接也存在着一些难以克服的缺陷：

首先，自动化焊接设备的柔性适应能力较差，只能适合焊接一些特定的接头。

其次，个别要求非常严格的地方，其焊接效果不佳。比如，一些行业需要探伤的“单面焊双面成型”操作中，自动化焊接就不及人工焊接，尤其是点焊部位的二次融化效果不理想。

再有，成本较高。

b、根据自动化程度，自动化焊接设备可分为以下三类：

1、刚性自动化焊接设备

刚性自动化焊接设备是初级自动化焊接设备，其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。

2、自适应控制自动化焊接设备

自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，对焊缝轨迹自动导向和跟踪，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成

3、智能化自动焊接设备

它利用各种高级的传感元件，如视觉传感器，触觉传感器，听觉传感器和激光扫描器等，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。

当前，受技术条件和应用成本限制，市场上的自动焊接设备主要为前两类，只有少数的焊接机械手具有智能反馈系统。

四、结束语

我国改革开放30年经济建设取得了巨大的进步，与焊接行业相关的各个领域这些年来进步非常快。但是，尽管焊接生产的自动化是产业进步的一个重要标志，但受限于设备的智能化水平，在可预见的一个时期内，手工电弧焊仍然会占有一席之地，尤其在压力容器、野外施工的领域内，自动化焊接生产仍然难以实现。

提高焊接生产的生产率，保证产品质量，实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。中国的经济条件、工业基础、产业工人的技能和素质、企业的理念和管理水平也达到了较高的水平，所以中国焊接产业已经初步实现了向自动化、已具备了向智能化发展的前提条件。自动化技术涉及到多个交叉学科，因此，焊接的自动化的发展必然带来整个制造业生产效率的提高。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准:《钢结构工程施工质量验收规范》, (GB50205-2001) ,中国计划出版社,北京, 2002

[2]中国机械工程学会焊接学会：《焊接手册》,机械工业出版社,北京, 2001

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[关键词]自动化焊接 新型管路 对接焊 工装 氩气保护；

中图分类号：TU522 文献标识码：TU 文章编号：1009914X（2013）34001901

一、异性管路焊接性能分析

1、自动旋弧焊机结构分析

图示结构由2个半环状的管料和零件C相互对接焊接而成，手工氩弧焊接时首先定位焊接第一、第二道焊缝，剩余最后一道焊缝，在腔体内通入氩气后，氩气无法流出导致焊接后焊道出现气孔、无法焊透等现象，焊缝质量差。设想如果将该管路采用自动旋弧焊机焊接，利用旋弧焊机的氩气保护机构得到良好的氩气保护氛围，既可以提高焊接效率也可提高焊接稳定性。

3、问题以及解决方案

异性管路采用自动旋弧焊机焊接时遇到的主要问题有2点：

1、零件在自动旋弧焊机的装夹问题，现有夹瓣只能焊接直管，无法夹持异型管路。

2、该管路为弯管形状，管路在焊接过程中钨极位置离焊缝的距离不一，导致自动旋弧焊机无法工作。

3.1夹瓣夹持的解决方案：如图三示，由于管路的批量少，复杂工装成本高，将夹瓣的结构简单的重新进行设计，原本直线的夹持面按管路的形状设计呈圆形，由此即可解决了管路的夹持问题。

3.2 钨极距离的解决方案：如图三示，为了保证钨极到管路的距离A一致，夹瓣的中心线需要根据管路的形状进行调整，从而保证距离A的一致性，中心线的下降距离根据管路的直径、保护装置的宽度、以及管路形成的半径R有关。

在重新设计夹瓣后，团队调整了自动焊接的参数，圆满的解决了该新型管路的焊接难题。

4、结束语

此次用自动焊对总管进行焊接是事先工艺没有想到的，但是在生产中却产生了很好效果。此次攻关加深的团队对自动焊的掌握，对以后自动焊的推广和应用启示良多。

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一、厚壁压力容器对接接头的全自动焊接装备

德国Babcock-Borsig公司与瑞典ESAB公司合作于1997年开发了一台大型龙门式全自动自适应控制埋弧装备。专用于厚壁容器筒体纵缝和环缝的焊接。自1998年正式投运至今使用状况良好,为大型厚壁容器对接缝的自动埋弧焊开创了成功的先例。该装备配置了串列电弧双丝埋弧焊焊头,由计算机软件控制的ABW系统(AdaptiveBattWelding)和激光图像传感器。在焊接过程中激光图像传感器连续测定接头的外形尺寸,测量数据通过计算机由智能软件快速处理,并确定所要求的焊接参数和焊头位置。系统软件可调整每一填充焊道的4个焊接参数:焊接速度,焊接电流,焊道的排列和各填充层和盖面层的焊道数。该系统可使实时焊接参数自动适应接头整个长度上横截面和几何尺寸的偏差。焊接速度是控制不同区域内的熔敷金属量,焊接电流是控制焊道的高度和熔敷金属量,焊道的排列是决定每层焊道间的搭接量,每层的焊道数则取决于每层的坡口宽度。该设备的主控制器和监视器以PC机为基础。多年的使用经验表明:该装备不仅大大提高厚壁容器的焊接生产率,确保形成无缺陷的厚壁焊缝,显著降低了焊工劳动强度,改善了工作环境。

二、厚壁管件全自动多站焊接装置

火力和核电站的主蒸汽管道,其壁厚已超过100mm,焊接工作量相当大,迫切需要实现焊接生产的全自动化,以提高生产率。每个焊接工作站由焊接操作机,翻转机构,滚轮架,夹紧装置和焊接机头及焊接电源等组成。所有的焊接工作站由中央控制器集成控制。适用的管径范围为139～558mm,壁厚18～100mm。管件长度大于1800mm。可全自动焊接直管对接,直管与弯管接头,直管与法兰以及直管与端盖对接接头。焊接方法采用窄坡口热丝TIG焊。在该自适应控制系统中,采用黑白摄像机检测坡口边缘的位置。采用彩色摄像机监控电弧和填充丝的位置。通过检则焊丝加热电流控制填充丝的垂直方向的位置。这种控制方法是利用黑白摄像机的图像,经过计算机图像处理,确定内外边缘的照度差。当焊接条件变化时,系统将自动调整摄相机快门的曝光时间。壁厚管件全自动多站焊接装置基本上实现了焊接作业无人操作,只需要一名操作人员在主控制室内设置管件的原始条件并在焊接过程中进行监控,这种全自动焊接装置已在日本三菱重工公司投入生产试用。

三、大直径管对接全位置自TIG焊机

大直径管对接的全位置TIG焊是一项难度很大的焊接作业,为了克服对焊工技能的依赖性,消除人为因素对产品焊接质量的不利影响,产生了开发模拟高级熟练焊工的智能和操作要领的全自动焊管机的想法。该自动焊管机可用于直径165～1000mm,壁厚7.0～35.0mm的不锈钢管环缝的全位置焊,并采用窄间隙填丝TIG焊(单层单道焊工艺)。焊机的自动控制系统采用了视觉和听觉传感器,由计算机程序控制执行机构,模仿熟练焊工的反应和动作。

在自适应控制系统中,安装在焊枪前侧的视觉传感器(摄像机)起主要作用,将所摄取的对接区图像输入到计算机,根据计算机软件图像处理结果,可以定量检测钨极相对于坡口边缘的位置,填充焊丝相对于钨极的横向位移,以及焊接熔池的尺寸及钨极的损耗。激光视频传感器是由摄像机和激光聚光灯组成,安装在焊枪的后侧。所形成的图像可用来测定焊道边缘的润温角,即焊道表面与坡口侧壁之间的角度。控制系统根据这些信息,对焊接参数进行自适应控制。自适应计算方法的工原理如下。焊接过程中,为调整钨极的位置,引用了模糊逻辑理论,即所谓奇数理论。当前节距内钨极位置的修正速度是按所测定的钨极位移量和前一节距内的修正速度计算的,以此来保证修正精度。上述大直径管全自动全位置焊管机已在电站锅炉安装工程中得到实际的应用,取得了令人满意的效果。

四、结论

1.我国电站锅炉、压力容器和管道已进入高参数和超高参数的发展阶段,必须选用各种新型的耐热钢,耐蚀钢,抗氢钢和高强度钢。期望我国钢铁工业和焊材制造行业能在短期内满足锅炉、压力容器和管道制造行业发展的需要。

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【关 键 词】焊接自动化；大型船舶；机器人焊接

【中图分类号】 TG409【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0244-01

船舶制造，尤其是大型船舶制造在海防军事、货运旅游、海洋工程等领域的都有着战略性的意义。焊接技术在船舶制造中是较为核心的工艺技术。焊接自动化的应用对于提高船舶制造效率、可靠性、先进性等都有着重要的意义。对于提高焊接自动化的工艺技术水平，同时加强其在大型船舶上的应用都是意义重大的课题。

一、我国船舶焊接自动化的应用现状和发展前景

我国的船舶制造，尤其是大型船舶的制造与国外造船厂的主要生产指标都有着4倍左右的差距，包括生产效率、造船吨位、产值等。采用计算机技术的焊接自动化生产工艺在国外使用较为广泛，使用的形式涵盖整条的生产线、焊接设备的群控等，同时还可以实现焊接过程中的自动适应、智能化。可以自动选择焊接材料厚度，进行预置焊接等。截至2012年，我国虽然在近几年自己生产了部分焊接生产线和焊接设备，同时也从国外有过部分设备的引进，但面对国内大型船舶的制造与生产，以及高效率高精度的要求，这些还远不能满足需求。

目前，我国大型船舶的焊接技术还处于自动化技术应用的初期，水平较低。我国船舶焊接设备正在向更近一步的自动化阶段发展，传统的旋转式直流电弧焊现在完全被淘汰，主流为整流电弧焊机、自动化平角焊机、垂直气电焊机等。但是在焊接工艺的效率和焊接自动化方面与国外还存有较大的差距。目前我国整体的自动化设备的应用比例不高，工艺仍以半自动化和焊条电弧方式为主，自动化程度也有待提升。对于先进的自动化焊接工艺的开发力度不够，比如机器人焊接工艺、复合焊接工艺等这方面都仅仅处于起步阶段。

近年来，大型船舶的焊接越来越急迫的朝着自动化、智能化方向发展。自动化流水线的应用、焊接质量的自动监控、智能化的焊接装置以及焊接机器人技术的开发与应用，都将成为自动化焊接的发展方向。

二、船舶焊接自动化的特点及应用的重要意义

焊接工艺的先进性对于船舶制造的质量的高低有着直接的影响。船体制造中，焊接部分要占到整体工时的约三分之一。传统的焊接方式以及焊接质量已经不能满足现代化大型船舶的制造生产。焊接自动化以其优良的特性成为大型船舶制造的发展趋势。

1、船舶焊接自动化特点

（1）质量好、精度高、可靠性好。自动化的控制使得焊接朝着更为精密的方向发展。目前，焊机机器人和精密焊接等自动焊接都在精度和质量方面有着良好的表现，无论是定位还是移动都能控制在0.1以内。

（2）焊接设备系列化标准化。对于通常生产的大型船舶中的部件，如板材、管材、圆筒等，都已经开发出系列的、对应的焊接设备，针对性的焊接具有很高的焊接效率和焊接质量。目前，针对大型船舶的构件，其针对性的焊接设备处于进一步的研究生产中。

（3）智能化。在大型船舶的焊接中，焊接过程中需要根据部件的实际情况考虑诸多问题，譬如装配间隙误差、几何形状的偏差以及焊接过程中的热变形等。自动化焊机技术采用了自适应的控制系统以及传感技术，实现了实际应用过程中的智能化及自动调整的焊接。

2、焊机自动化应用的重要意义

（1）提高焊接效率，保证焊接质量。传统的焊接都采用人工焊接，对于操作人员的要求较高，若要得到均匀稳定的焊接效果就需要保证焊接参数的稳定，和以及焊接速度和伸长量的稳定，这些对于人工操作都是很难达到的。焊机自动化保证了电压、电流、速度等一系列焊接参数的稳定，从而保证了焊接质量的稳定，提高了焊接效率。

（2）生产效率和劳动条件的改善。焊接自动化技术的应用，可以实现全天不间歇生产，操作人员只需对焊接对象进行搬运，从而改变了传统的繁重体力劳动，也从焊接的烟雾、强光中解脱出来。

（3）更容易控制产品生产。焊接自动化对于焊接时间的控制更明确，对于生产效率生产周期变动因素较少，可以按计划来安排生产。同时可以通过修改程序来实现各种焊接，大大扩充了焊接的范围，所以能对产品的生产换代有很好的适应性。

三、焊接自动化设备船舶应用的先进技术研究

焊接自动化是传统的焊接各部分有机高效的结合，其中包括焊接夹持装置、智能化的控制系统、运动系统等。其主要形式包括自动化的焊接专用设备和焊接机器人。其中焊接机器人是近几年的研究热点，其典型的技术问题是自动化焊接的核心，也是亟待深入研究的发展方向。

第一、焊缝跟踪技术。焊接过程往往伴随着各种强光、烟尘、加工误差、焊接精度等问题，这些问题尝尝造成焊缝焊接的偏差。现代焊接机器人可以采取传感器技术，采集电弧和光学参数，自动调整焊炬和焊缝之间的距离。具体的以焊炬和焊接对象的空间参数，同时结合焊接参数的变化来调整，从而实时监测偏差的出现，保证焊接效率及质量。

第二、自动编程焊接技术。其研究的目标在于只要根据船舶焊接部件的信息，就可以自动生成焊接程序，并自动完成焊接过程。程序生成内容包括焊接任务、焊接轨迹、焊接路径、焊接各参数等。目前自动编程技术可以实现采集工件信息，辅助编程者完成编程的能力，实现了半自动的编程。

第三、多设备协调焊接技术。大型船舶的制造任务繁多复杂，如何实现多设备协同合作完成一个既定的任务，是当前的先进技术的研究热点。其研究的目标在于实现多设备的能够在整体的任务中既能与其他设备有合作关系，又能形成自己的独立的系统。目前多智能体系的技术在这方面研究中得到了应用和体现。

第四、机器人仿真技术。仿真技术研究难点较多，通常需要对其焊接轨迹进行运动学、动力学、自由度等分析，计算分析复杂。这方面目前正在运用机器人学理论、模拟仿真技术、动画显示等相结合进行研究。

船舶制造，尤其是大型船舶制造在海防军事、货运旅游、海洋工程等领域的都有着战略性的意义。焊接技术在船舶制造中是较为核心的工艺技术。焊接自动化的应用对于提高船舶制造效率、可靠性、先进性等都有着重要的意义。对于提高焊接自动化的工艺技术水平，同时加强其在大型船舶上的应用都是意义重大的课题。

总之，新时代的来临给我国大型船舶的制造带来了机遇的同时也带来了更大的调整。对于我国焊接自动化的发展和在大型船舶方面的应用，都要清醒的认识到与国外的巨大差距。船舶制造先进化、精密化对于焊机技术和设备有着越来越高的要求，焊接的自动化、智能化成为焊接技术发展的必然趋势。加大自动化设备的研究开发和投入使用成为亟待解决的课题。同时，高新自动化焊接技术，尤其是机器人焊接技术的发展对于未来大型船舶的建造有着战略性的意义。

参考文献

[1] 方臣富；李晓泉；陶永宏；船舶焊接设备的应用现状及发展[A]；江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室；焊接设备与材料；Vol.35 No. 6 Dec. 2006. 1002-025X（2006）06-0043-04 34-35

[2] 王寅冬；焊接行业发展特点及趋势[A]；中国石油大庆炼化公司检维修厂.科技向导；2012年第24卷第2期 123-125