探討自動化焊接設備在工程機械制造中的運用

楊鴻強

摘 要：文章首先對自動化焊接技術的應用優(yōu)勢進行簡要分析，然后總結自動化焊接設備在性能方面的主要特點，最后從工程機械制造的角度入手，對自動化焊接設備在結構以及技術方面的基本要點進行歸納總結，望能夠促進工程機械制造中焊接加工質量水平的進一步提升。

關鍵詞：工程機械制造；自動化焊接設備；應用

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0067-02

隨著焊接加工工藝以及自動化控制技術的不斷發(fā)展與完善，工程機械制造領域中原有的工作模式已經無法適應本行業(yè)設備、工件焊接加工的實際需求。嚴重滯后的焊接技術導致工程機械制造效率大打折扣，焊接質量無從得到可靠保障。而將焊接技術與自動化技術相結合的自動化焊接設備自出現(xiàn)以來逐步發(fā)展，近年來被廣泛應用于工程機械制造領域，取得了滿意的效果，在提高生產效率、替代傳統(tǒng)人工焊接模式、提高焊縫質量等方面均有突出意義與價值。本文即重點對自動化焊接設備在工程機械制造領域中的運用問題展開探討與分析。

1 自動化焊接技術優(yōu)勢

自動化焊接技術可以說是近年來工程機械制造領域研究的熱點與主流方向。自動化焊接技術應用于工程機械制造領域中，表現(xiàn)出了以下幾個方面的性能優(yōu)勢。

1.1 質量水平高

機械組是自動焊接中非常重要的構成部分，由數(shù)字電子系統(tǒng)對執(zhí)行程序進行全自動控制。在機械制造中，自動化焊接設備所使用的電流高、熱量集中，對提高電弧穿透性能以及增加焊接點額速度有重要意義，因此與傳統(tǒng)意義上的手動焊接模式相比，自動化焊接設備的應用能夠顯著提高焊接制造的生產效率。同時，由于整個焊接過程以及焊接設備的運行均通過自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)，因此焊接速度、焊接范圍的控制均非常理想，也可根據(jù)工程機械制造加工的實際需求自動調節(jié)焊接參數(shù)，得到質量水平高的焊接成果。

1.2 技術水平高

在現(xiàn)階段的工程機械制造領域中，各類非金屬材料、薄壁材料、精密零部件材料在焊接加工的過程中均廣泛應用自動化焊接設備。自動焊接設備通過應用激光焊接等前沿技術的方式，焊接加工中的接縫寬度小、深度高、加工部件變形可能性低，因此對技術要求較高的焊接加工作業(yè)有良好的適應性。除此以外，在自動化焊接設備加工過程中，電弧大量集中于焊劑層下方，熱量散失風險小，因此還具有節(jié)約加工原料消耗以及節(jié)能環(huán)保的綜合效益。

2 自動化焊接設備性能特點

在當前的工程機械制造領域中，自動化焊接設備最為顯著的特點與優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：

其一，應用自動化焊接設備能夠使工程機械制造企業(yè)的生產效率水平得到顯著提高；

其二，自動化焊接設備支持下整個焊接工藝過程的可操作性以及可控制性得到了顯著提升，從而有助于保障工程機械制造與生產質量的穩(wěn)定、可靠；

第三，通過對自動化焊接設備的應用能夠從根本上替代傳統(tǒng)的人工焊接模式，在降低工作強度的同時能夠有效避免焊接加工工藝過程對工作人員人身安全所造成的不良影響。

自動化焊接設備應用于焊接加工工藝能夠達到真正意義上的焊接無斷弧狀態(tài)（而人工焊接模式下的焊接斷弧達到500.0 mm以上），因此提示在工程機械制造領域中，應用自動化焊接設備能夠對焊接加工中的技術細節(jié)實施更加有效與科學的控制，在提高所焊接加工產品、工件力學性能方面也有非常重要的意義與價值。

3 自動化焊接設備結構及技術要求

在近年來，工程機械制造領域中對自動化焊接設備的應用呈現(xiàn)出了非常高速的發(fā)展趨勢，技術發(fā)展也日趨成熟，促進了自動化焊接工作站的形成與應用推廣。一套完整的自動化焊接工作站主要包括以下幾個關鍵部分。

3.1 主體及控制器

主體以及控制器是自動化焊接工作站的核心部分，其中主體結構多為6軸關節(jié)型，有以下基本條件：①工作壽命≥15 a；②材料無放射性，且具有耐腐蝕性特點；③結構為剛性堅固式。自動化焊接主體驅動動力通過交流伺服電機實現(xiàn)，位置信息搭載路徑測量系統(tǒng)實現(xiàn)，動態(tài)特性良好，能夠確保焊接作業(yè)精度符合設計要求（實測重復定位精度在±0.1 mm范圍內）。整個自動化焊接設備控制系統(tǒng)引入全數(shù)字化技術，以現(xiàn)場總線連接，控制功能通過工業(yè)數(shù)字化控制器實現(xiàn)。由于整個控制系統(tǒng)受配電系統(tǒng)電磁干擾的影響小，因此在設備焊接中具有良好的再現(xiàn)性優(yōu)勢。同時，控制器內其他相關設備（如操作系統(tǒng)、電控柜等）均應當加強防塵措施，確保其運行性能可靠（條件允許時可以增設專門控制室）。

3.2 焊接電源

為確保自動化焊接設備性能的安全可靠，在焊接電源的配置上優(yōu)選選擇具有全數(shù)字式特點的逆變脈沖焊接電源。同時，電源應當與控制系統(tǒng)間具備良好的接口支持，同時具有焊接專家參數(shù)、參數(shù)數(shù)值顯示等相關功能。焊接參數(shù)可經由示教器輸入，并根據(jù)焊接操作的具體要求在線進行參數(shù)修正，以確保焊接質量達到滿意狀態(tài)。同時，結合機械制造領域設備焊接的性能要求來看，與手工焊接工藝相比，在自動化焊接中所選用焊絲以及焊接電流規(guī)格均高出一個等級，因此在選擇焊接電源時還應當滿足電流下暫載率達到100%這一要求。

3.3 外部軸行走機構

在針對大型工件的焊接加工操作中，為擴大自動化焊接設備的工作范圍，多需要在設備外部配備行走機構，即俗稱的龍門架。外部軸行走機構由主體自動化控制系統(tǒng)進行控制，焊接接頭以倒掛方式裝設于行走機構上，顯著提高了焊接槍的覆蓋范圍。同時，通過引入伺服電動機的方式能夠保障焊接槍的性能可靠與理想。

3.4 傳感系統(tǒng)

在自動化焊接設備中，傳感系統(tǒng)的配置應當實現(xiàn)電弧跟蹤、激光跟蹤、以及焊絲接觸尋位這三個基本功能。其中，電弧跟蹤傳感器應當實現(xiàn)的功能是：在焊接期間焊槍于預設范圍內擺動，通過對焊接加工電流、電壓參數(shù)變化的檢測，實現(xiàn)對實際焊縫與編程位置偏差的在線、自動修正；激光跟蹤應當實現(xiàn)的功能是：對自動化焊接設備在運行環(huán)境中可能受到的煙塵、飛濺、高頻電磁、反光等干擾性因素進行有效控制；焊絲接觸尋位傳感器應當實現(xiàn)的功能是：在自動化焊接設備焊接加工過程中尋找各條焊接接縫的起始點位，且應當在尋位過程中剔除工件表面油漆等因素的影響，確保起始點位定位的準確與可靠。

3.5 焊接變位機及夾具

為了最大限度的確保工程機械制造中應用自動化焊接設備可使焊接接縫處于平焊或船形焊位置，在當前的自動化焊接設備中大多帶有焊接變位機裝置，變位機所配置的各個回轉軸作為自動化焊接設備的外部軸系統(tǒng)，能夠在焊接加工的過程中實現(xiàn)與自動化焊接設備的協(xié)調交互式運動，同時所設置變位機的高度也應當綜合考慮工件裝卸是否方便與有效。同時，夾具應當具有充分的剛性水平，建議在自動化焊接中盡量選用具有快速夾緊功能的機構，確保工件在夾持焊接的過程中不出現(xiàn)變形問題，且夾具上的裝卸時間應當盡量短。

3.6 操作軟件及弧焊軟件包

自動化焊接設備中所配備的操作軟件以及弧焊軟件包應當具備以下幾個方面的功能，以確保焊接設備自動化性能的良好實現(xiàn)：

其一，操作軟件及弧焊軟件包外部軸能夠與自動化焊接設備實現(xiàn)聯(lián)動控制；

其二，能夠支持動態(tài)傳感與跟蹤功能的實現(xiàn)；

其三，能夠實現(xiàn)對焊接參數(shù)的動態(tài)實時調整功能；

其四，能夠支持多種焊接工藝技術的實現(xiàn)與靈活切換，包括斷點續(xù)焊工藝、多層焊接工藝、以及多道焊接工藝等在內；

其五，能夠支持整個焊接設備的自診斷與保護功能實現(xiàn)；

其六，配置有充足的多功能接口，能夠實現(xiàn)與相關外部設備的可靠連接。

4 結 語

在機械制造產業(yè)快速發(fā)展與升級的背景下，焊接設備的革新與發(fā)展也取得了非常顯著的成效、進步。通過將自動化技術與焊接設備的結合，能夠使焊接工藝精度更高，焊接過程更加可控，焊接效果更為理想。同時，加大自動化焊接設備的應用與推廣力度還能夠使整個機械制造產業(yè)的發(fā)展更具前景，發(fā)展方向更加明確。本文對工程機械制造領域中自動化焊接設備的運用問題展開探討與研究，對自動化焊接技術的應用價值進行分析，并總結自動化技術發(fā)展背景下自動化焊接設備的性能特點以及結構、技術方面的要求，望能夠更好的發(fā)揮自動化焊接設備的綜合應用優(yōu)勢，以促進工程機械制造自動化水平的發(fā)展與提升。

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