自动化焊接设备在机械制造中的应用

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摘要：近年来，工程机械焊接自动化已经不是一个新鲜的词汇，中国的工程机械制造行业迎来了历史的转型期，自动化焊接设备的接入决定了企业的生产能力及核心竞争力。文章针对自动化焊接设备在工程机械制造中的应用进行了研究。

关键词：自动化焊接设备；工程机械制造；自动化焊接专机；焊接机器人；焊接电源

工程机械制造业是推动经济社会发展的重要一环，无论是从国家战略角度，还是市场经济角度，加速工程机械制造企业的发展都是重要的战略目标。在这种环境下，要想成为行业的领军人物和领跑者，如何应对自动化焊接设备这项机遇和挑战成为企业成败的关键。本文将就自动化焊接专机和焊接机器人作为切入点，进行结构及特点上的比较分析，并对自动化焊接设备的应用现状和发展趋势进行简单讨论。

1自动化焊接设备

1.1自动化焊接设备概述

焊接自动化是指将自动化、智能化的控制系统和焊接工具有机结合，如焊接胎夹具、装夹定位和运动系统等，实现效率、质量的大浮动提升和人工等成本的降低，主要应用于大规模的批量生产。自动化焊接设备主要常用设备包括自动化焊接专机和焊接机器人等。自动化焊接专机和机器人的使用大大提高了生产效率，提升了制造质量，同时也减轻了工人的工作量和工作强度，最为重要的是自动化设备的应用实现了二十四小时的连续稳定工作，极大程度地代替了人工劳动。在工程机械、矿山机械和船舶制造等需要广泛应用焊接技术的行业，自动化焊接设备的应用是一项重大的科技改革，起到了提高企业生产能力的决定作用。

1.2自动化焊接设备的主要特点

自动化焊接设备主要具备以下四个特点：

1.2.1大型化、组合化。目前已研制成功多种大型的自动化焊接设备，用于大型或中型的焊接结构生产中，如中重型厚壁容器焊接中心、箱型梁焊接生产线、集装箱外壳整体组装焊接中心等。有些大型的焊接中心占地面积可达整个车间。

1.2.2数字化、智能化。焊接过程中的数字化、智能化的实现要复杂得多。数字化、智能化控制不仅需要考虑到焊件接缝装配间隙的误差，还要考虑到焊件的形状和焊接过程发生的热变形等，因此对传感技术的要求特别高，同时还需要先进的自适应控制系统作为技术支持。针对复杂程度较高的焊接工作，甚至还需要计算机软件的辅助。

1.2.3高精度、高质量。一般来说，焊接机器人和焊接操作机行走机构的定位精度在0.1毫米之内，与焊接机器人配套的焊接变位机的定位精度在0.05毫米以内，因此自动化焊接设备一直受到大型工程机械制造企业的青睐。

1.2.4管控一体化。利用多种计算机软件，通过局域网将生产、制造的管理系统实现自动化控制，实现脱机工作和远程监控等，在出现故障时，也可以通过自动化的管控实现诊断和维修。

2自动化焊接专机与焊接机器人的比较分析

2.1自动化焊接专机的结构及应用

2.1.1自动化焊接专机结构。自动化焊接专机主要由焊接系统、机械系统和电气控制系统组成。需要人工或机械手来上下工件，通过焊接夹具完成工件的固定和定位，并自动启动电源的电弧，自动送丝、自动移动、自动退回，人工或机械手再取下工件。焊接系统包括焊接电源和焊枪，机械系统主要由床身机构、工装夹具、工件辅助支撑机构、焊枪微调机构、焊接工件和焊枪移动机构组成。电气系统主要控制夹具的装夹和定位，焊机的启动和停止，焊枪或工件的运动，输送装置等。

2.1.2自动化焊接专机的应用。自动化焊接专机主要采用双丝焊接，如在推土机的生产中，可以应用于主臂焊接、车架的主焊缝等。焊接专机的使用大大提高了生产效率，一般为人工单丝焊接的2倍，此外同人工焊接相比，焊接专机焊接的焊缝没有断弧，且双丝焊接的熔深比较深，因此提高了焊缝的力学性能。自动化焊接专机自适应控制类专机，是一种自动化程度较高的焊接设备，通过配备的传感器和电子检测线路，对焊缝的轨迹自动跟踪导向，有的甚至可以完成对参数的设置和调试。此外还有智能化的焊接专机，能够利用高等级的传感器，如视觉传感器、触角传感器和光敏传感器，配合计算机系统、软件、数据库，实现智能化的参数调试，人工操作简便，但是由于很多条件限制，实际生产工作中还很少被应用。与焊接机器人相比，自动化焊接专机具有更高的性价比。焊接自动化专机对焊件的直线和曲线焊缝的焊接具有一定优势，适合大批量的生产。不但焊接效率高，焊接过程中焊件变形小，焊接产品质量稳定，同时操作简便、成本低廉、工作安全可靠，因此在实际工程机械制造中得到广泛的应用。

2.2焊接机器人的结构及应用

2.2.1焊接机器人的结构。焊接机器人结构主要有机器人本体和控制器、焊接电源、机器人外部轴行走机构、焊接变位机和夹具、操作软件和弧焊软件包、传感系统、工作站辅助及除尘系统等。机器人本体和控制器是焊接机器人工作站的重中之重，一般为六轴关节型，具有较强的负载能力和坚固的刚性结构，使用寿命较长，一般可使用十五年以上。机器人系统采用数字化控制技术，通过数字总线连接系统的各个部分，保证其不受周围的磁场干扰。机器人控制系统采用多处理器的中央处理系统，具有充分的扩展空间和稳定性，保证焊接的高精度和高质量。在焊接电源的选择方面，由于焊接机器人需要较大规格的焊丝和电流，因此应保证在该电流下暂载率达到100%。建议选择国际一流品牌的全数字的逆变脉冲焊接电源或机器人公司自有品牌，以保证良好的接口。机器人的外部轴行走机构是为了应对大型焊件，用来扩大机器人的工作范围使用。机器人外部轴行走机构由机器人控制系统统一控制，外部轴与本体轴运动协调一致进行运动。在选择方面，同样建议选择国际一流品牌以确保高精度焊接，具有良好的稳定性和灵活性，避免发生较大摇晃和抖动情况发生。焊接变位机和夹具是为了保证焊接时焊缝的位置，一般将变位机的回转轴作为机器人外部轴，在焊接时与机器人相互协调。优质的夹具有足够的刚性，能够夹紧焊件而不变形。操作软件和弧焊软件包应具备基本的常用功能，如外部轴与机器人控制功能、传感跟踪功能、协调参数功能、自我诊断功能、数据库及编程功能等。此外还需要足够的功能接口，如打印机、传感器和局域网连接接口等。一般来说，传感系统要包括焊丝接触寻位、电弧跟踪和激光跟踪等。焊丝的接触寻位主要用于寻找焊缝的起始点。电弧跟踪主要起到修正焊缝偏差的功能，焊枪在摆动中，通过检测电压和电流，进行位置的调整。激光跟踪功能具有较强的抗干扰能力，兼具寻位和电弧跟踪动能，一般在打开激光跟踪时会自动关闭电弧跟踪和接触寻位，精度较高，并且速度快，因此价格也很高。最后一部分即工作站辅助装置和除尘系统，如保障工作人员安全和保养设备、增加使用寿命的作用。在有人进入机器人工作的封闭环境时，系统会自动启动安全模式，停止工作。

2.2.2焊接机器人的应用。目前知名的焊接机器人仍占主导地位，焊接机器人具有柔性化和数字化程度高、焊接质量稳定、焊接精度高等特点，在改善焊接产品质量、提高机械制造企业生产能力和竞争力方面起到了重要作用。焊接机器人能自动进行调试以适应不同的焊件，特别适合工程机械制造中品种多、批量小、更新速度快的特点。在复杂的焊件中，焊接机器人的表现也更好，能够适应复杂的焊缝。但同样，焊接机器人也具有成本高、操作难度较大的缺点，如弧焊机器人，系统结构复杂且涉及到机器人运动的控制系统、焊接系统、变位系统等多个系统的运作，对进口产品依赖较大，暂时还不具备生产水平，价格较高，因此主要应用于大型机械制造企业。除了成本高和操作难度大等问题，在零件的制作和组装的精度上还需要进一步提高，尤其体现在工程机械制造行业：一方面经常会出现焊缝无法跟踪的情况，采用接触寻位的效率也不尽如人意；另一方面，在焊缝间隙过大时，需要手工打底，要提高零件的精度不但成本过高，而且也无法保证位置精度。此外，在焊接机器人焊接完成后，往往还需要人工补焊，如焊枪无法进入的较小的缝隙和位置偏离。显然，人工智能还远远不如人类智能，因此还需要不断改进和研究。

3自动化焊接设备的应用现状及发展趋势

3.1自动化焊接设备应用现状

由于工程机械制造企业之间生产水平和综合能力相差较大，在自动化焊接设备的使用上也存在较大差距。通过对工程机械制造企业的调查比较，如三一重工、山推、太原重工等国内知名企业和部分中小型企业，比较发现，我国自动化装备在工程机械制造行业应用率还比较低。随着工业水平的进一步发展，自动化焊接设备所占比重也逐年增加，尤其是大型工程机械制造企业，是焊接机器人的主要使用群体，而中小型的机械制造企业还相对落后，急需提高自动化焊接设备的使用率。

3.2自动化焊接设备的发展趋势

近十年来，自动化焊接设备的类型和种类都有很大的发展，自动化焊接技术也有了长足进步。从传统的焊接操作机、座式变位机、滚轮架和翻转机等，到如今系统化、智能化的焊接专机、焊机生产线和机器人设备。就焊接操作机而言，从传统的立柱横梁式操作机，到现在多种结构形式的龙门式、门框式、台式、侧梁式等，可以发现，焊接操作机的种类越来越多，规格越来越大型化，如10m×10m的重型载人立柱横梁式操作机，自动化焊接设备不断满足人们的生产需求，在探索、实践中不断完善和进步。自动化焊接设备不但具有高效率、低成本的优势，还能够有效地减少传统手工焊接作业对工人的身体健康造成的危害。传统手动焊接作业很容易受到弧光和高温的辐射，同时劳动强度较大，不适合于长时间连续操作。另外，自动化焊接设备能够满足现代生产工艺对品质的更高要求，对提升企业形象和核心竞争力具有关键作用。可以预计，随着世界制造产业重心的转移和我国制造业的快速发展，高度自动化的焊接设备应用已成为必然的发展趋势。

4结语

随着工程机械行业的不断发展，对质量和产能的要求也越来越高，自动化水平较高的自动化焊接专机和焊接机器人由于其高质量、高效率等优势，越来越受到众多工程机械制造企业的青睐和推崇，因此，自动化焊接设备的推广和普及是工业社会发展的必然趋势。

作者:田鹏 廖秋琴 单位:长江师范学院机械与电气工程学院

参考文献:

[1]宋大春．自动化焊接设备在工程机械制造中的应用[J]．金属加工（热加工），2013，（12）．

[2]耿长轩．自动化焊接设备在工程机械制造中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2015，（19）．

[3]安海江，杨静漪，罗富强，等．自动化焊接设备的应用与分析[J]．城市建设理论研究，2014，（14）．