創新智造開創焊接新時代
——記第二十三屆北京·埃森焊接與切割展覽會

2018-07-25 08:18:14張維官王穎

金屬加工(熱加工) 2018年7期

■ 本刊記者張維官，王穎

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焊接作為工業制造的縫紉，在各行各業中起到舉足輕重的作用，但是，焊接又作為一種特殊工藝存在，焊接效率、焊工環保等一直是國內外焊接供應商就發的方向，因此，創新、智造成為焊接企業新技術、新工藝、新產品的突破點。焊接新技術的應用推廣，需要一個技術交流的平臺，而作為全球第二大的焊接與切割展覽會——北京·埃森焊接展覽會為國內外供應商提供了一個很好的展示企業新產品、新技術、新工藝的交流平臺，因此，每年的展會，都會有國內外的專業觀眾通過多渠道進行關注和了解，那么，2018年的第二十三屆北京·埃森焊接與切割展覽會（以下簡稱北京·埃森焊接展）有何技術新動向、發生了哪些重大事件值得我們關注和了解？《金屬加工》雜志記者將向廣大焊接同仁提供最全面周到的報道（見圖1），以饗讀者。

圖1 展會直播

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2018年5月8～11日，北京·埃森焊接展在東莞厚街鎮廣東現代國際展覽中心成功舉辦，這是北京·埃森焊接展首次移師珠三角。來自世界各國的993家展商在1、3、4、5、6、7館6個展館向來自國內外的專業觀眾展示了他們在機械制造、壓力容器、汽車制造、軌道交通、石油管道、船舶與海洋工程、航空航天等諸多制造業領域的先進焊接與切割設備及技術，突出了本屆展會“創新、智造”的主題。三天半的時間，吸引了來自國內外63個國家和地區將近20 000位專業觀眾參加。

工業機器人智能化水平不斷提升

智能化、自動化、無人化一直是工業機器人企業研發的重點，體現的是一種智能化的無人操作生產線或者系統，幫助企業最大程度的降低人工成本，提升生產效率。因此，智能化的控制高效生產線是本屆展會的一大亮點，各個工業機器人企業都展示了企業在各個行業的應用案例模擬生產線，如首鋼安川、ABB等。

（1）智能化生產線亮點多 ABB汽車支架切割、焊接、檢測生產線：基于ABB機器人卓越的軟件和硬件技術，工程師可短時間內方便、快捷的搭建功能強大的自動化生產線。ABB機器人運行速度快，路徑精度高，支持多樣化的通信接口，基于簡單而又強大的編程框架，可自定義的示教器用戶界面，程序結構清晰，功能強大。可大幅增加汽車零部件廠的生產效率，并保證質量品質，如圖2所示。

首鋼安川玩具迷宮生成線定制化機器人自動生產線：該系統包含VR定制、機器人自動配料、視覺定位、激光焊接、自動拋光、擰螺釘裝配、自動物流線、協作機器人等技術，實現迷宮定制化生產需求，彰顯了YSR的技術集成能力和產品智能化。其中增設的VR技術體驗，增加了項目的新穎性與娛樂性。此外，機器人柔性焊接生產線也是一大亮點，該項目是汽車零部件焊接的智能化柔性制造系統，機器人自動上下料、自動夾具更換、變位機搭載焊接機器人等技術的應用，充分體現了YSR的高水平系統集成能力，也代表了我國的汽車零部件機器人制造技術的領先水平（見圖3）。

（2）智能化工作站還是主旋律對于智能化工作站，除了首鋼安川和A B B之外，FANUC、唐山松下、OTC、KUKA、CLOOS等都展示了它們的獨特解決方案。

圖2 ABB汽車支架生產線

FANUC機器人在展會現場5套工作站中配備的M-10i就是一款公司最新研發的弧焊機器人。該機器人可搬運質量12kg，可達半徑1441mm，重復定位精度±0.02mm。機器人采用整體式管線，所有管線全內置，并且與同類型機器人相比，M-10i運動速度更快，精度更高。此外，還有首發的CR-15iA協作機器人，該機器人是無需安全柵欄，可搬運質量為15kg，人與機器人可以相互協作，從事零件裝配、搬運等各種作業。CR-15iA具有完善的安全功能，當機器人接觸到人時，機器人會安全地停止。此外，iRVision（內置視覺）及力覺傳感器等各種高智能化功能均可使用，能夠搭檔弧焊機器人完成基礎零部件的高效焊接，如圖4所示。

圖3 首鋼安川直播視頻

圖 4

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唐山松下智能融合型弧焊機器人，該機器人與焊接電源智能融合，采用全新伺服軸拉絲焊槍，達到業界最快的每秒180次，配合全新焊接工藝HBC（Heat Balance Control）工法，最大減低飛濺達到99%，適合各種薄板以及高速焊接，如圖5所示。

KUKA則展示了各種全方位的解決方案工作站系統，如適合FSW焊接的多功能重載機器人、“即插即用”電弧焊解決方案ready2_arc、KUKA點焊專利技術RoboSpin，以及KUKA C O2激光應用機器人等。其中， RoboSpin 點焊專利技術通過控制機器人在焊接過程中圍繞焊點進行旋轉，來提高焊接質量以及延長電極的壽命。特別是在焊接鋁合金材料時，常見的電極和母材之間的粘著效應被消除，有效地減少電極磨損，提高焊接質量，縮短焊接時間，如圖6所示。

CLOOS推出新款QIROX機器人QRC-290，該款機器人為六軸關節型機器人，既可選擇直立式也可采用倒掛式安裝。機器人采用經典型實心手腕，最大可承載重4kg的MIG/MAG焊槍（見圖7）。而OTC則展示了“D—Arc”焊接系統，該系統是世界首創的焊接產業界革命性厚板高效焊接系統，使厚板焊接時間、氣體使用量最大可降低80%，大幅度提高焊接效率；使坡口加工面積，焊絲使用量最大降低70%，工件變形量最大可降低85%，如圖8所示。

圖5 智能融合型弧焊機器人

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圖6 RoboSpin 點焊專利技術

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圖7 QIROX機器人QRC-290

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圖8 “D—Arc”焊接系統

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近年來，隨著我國工業機器人應用的快速發展，我國自主研發生產的工業機器人也開始得到快速的發展，在本屆展會上，國內機器人方面，北京時代、杭州凱爾達、深圳鴻柏科技、廣州數控、上海通用、上海滬工及錢江機器人等企業都展示了最新自主研發或者集成的自動化解決方案，如讀者想深入了解，可以掃描圖1二維碼，觀看本刊記者的現場直播視頻。

焊接電源的智能化、數字化更加全面

焊接過程中，焊接電源幾乎是各種焊接中必備的硬件之一，因此，焊機的數字化、智能化水平，對高效焊接、焊接飛濺、焊接能耗等具有重要的作用，另外，焊接電源能否與各大工業機器人品牌相匹配也是重點，因此，國內外的廠商都在智能化、配套機器人方面展示了企業的最新產品，如肯倍、福尼斯、麥格米特、伊達、奧太等，下面介紹三款典型的產品供大家了解。

福尼斯展示了全新研發的氬弧焊工藝ArcTIG，它通過壓縮電弧達到等離子效果，因此焊接時電弧能量非常集中，與傳統的等離子和TIG相比，它的焊接速度更快，可無需開坡口一次焊透10mm的鋼板，單面焊接雙面成形，非常適合PA位置的對接焊縫，對工件接頭錯邊的容忍度也大幅度提高，焊縫外觀平滑整潔，適用于自動化焊接（見圖9）。此外，公司還展示了主力產品TPS/i產品，該產品配備了JOBMASTER焊槍（見圖10），在焊槍上有相同的控制功能顯示屏，非常適用于距離電源較遠工作的情況。

肯倍X8 MIG焊機與2017年正式推出，已經在國內外重點領域得到大批量應用。X8 MIG 焊機引入了數字化WPS（dWPS），可以通過電腦的WeldEye界面編輯WPS文件，通過Wi-Fi發送到焊機，預先對焊機參數進行設定。在焊接過程中，電流、電壓、焊絲消耗、氣體流量、熱輸入等參數被真實完整記錄，實現焊接數據的檢測。焊接結束后，所有參數存放在服務器中以便可追溯及數據深度分析。此外，A7 MIG 系列焊機是行業領先的機器人弧焊電源，適合與任何機器人品牌集成。它可以提供全面的豐富的配置，包含焊槍、送絲機、電源和水冷單元。Kemppi Wise 軟件可顯著提高生產效率和焊接質量，可焊接多種材質的金屬。標配智能化的用戶界面，能夠通過瀏覽器從電腦端輕松設置各項焊機參數。這將顯著減少設置時間，并有助于有質量把控，如圖11所示。

圖9 ArcTIG工藝

圖10 JOBMASTER焊槍

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圖 11

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麥格米特全數字IGBT逆變CO2/MGA/MIG多功能焊接電源——Artsen Plus，提升了控制頻率，在送絲控制上，實現了精確可控的送絲速度，在焊槍及母材上加入檢測電路，同時引入了超高速電流阻斷開關，實現了精確控制熔滴過渡的過程（見圖12）。山東奧太公司的WSM—400（HW）熱絲氬弧焊電源比人工填絲效率提高兩倍以上，適用于長焊縫焊接。對于短焊和點焊可以關掉送絲模式，采用普通氬弧焊手工填絲模式，一鍵控制，通過焊槍開關就可控制焊機、送絲機和熱絲電源工作，可配備專機，如圖13所示。

激光加工發展迅速

激光的寶貴特性決定了激光在加工領域的絕對優勢：由于激光是無接觸加工，并且激光束的能量及其速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。同時它可以對多種金屬、非金屬進行加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。最重要的是激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區小，工件熱變形小，后續加工量小。因此在切割和焊接領域，激光的應用越來越廣泛。

本屆展會參展的激光企業與往屆相比相對較少，但是激光器、激光切割與焊接工作站仍然是參展觀眾關注的焦點之一。為了更全面直觀地展示產品，參展商大多在一天的不同時間段安排多次激光切割演示，以實際效果展示設備的性能特點與優勢。大族、IPG、邦德等國內外的激光企業均展出了各自的特色產品。

激光器作為激光加工設備的關鍵部件備受關注，IPG、通快等國際知名廠商仍然占據市場的主導地位。IPG展出了YLS—10000/20000摻鐿連續光纖激光器（見圖14）、YLS—6000—ECO摻鐿連續激光器及YLS—5000—BR 三光點光纖釬焊激光器等產品。YLS—5000—BR具有三束光纖輸出，兩束低功率，一束高功率光，預熱作用，解決焊接車門車身上鍍鋅板時產生的飛濺導致焊接不良的問題，無飛濺，外觀均勻美觀，提高加工速度、最7大限度減小對部件的熱影響，并降低對部件手動清潔的依賴程度，大量使用在汽車行李箱蓋、車頂、側圍、后擋板焊接工藝上。大族展出的機器人三維激光焊接系統、HFW30激光焊接工作站吸引了不少觀眾駐足觀看（見圖15）。激光焊接工作站工作過程高效、穩定，自動化程度高、兼容性好單件加工成本低，適用于各種批量生產。還可選配旋轉臺、變位機等，實現不同工件加工切換。

激光切割以其在薄板切割中高速、高質、高精度以及熱影響區小的優勢，受到眾多關注，但激光切割設備較高的價格和使用成本，在一定程度上限制了它的使用范圍。在本屆展會上，推出的產品集中體現出激光切割向厚板、高效、低成本方向發展，這也順應了市場發展對切割設備的要求。金鳳焊割、上海滬工（見圖16）、奧凌激光紛紛展出了激光切割設備。

智能、精細等離子切割迅速占領市場

圖12 Artsen Plus電源

圖13 WSM—400

圖14 IPG YLS—20000

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精細等離子系統目前已經成為金屬切割領域可以與激光相競爭的先進等離子產品。該設備可廣泛應用于汽車、工程機械、軌道交通等行業，零件切割后幾乎不需要后續加工，大幅度縮短了加工周期，提高了生產效率，與激光切割相比，具有更強的切割能力，并且購置成本低。目前國外各等離子電源生產廠商都已具有成熟穩定的精細等離子切割系統。本屆展會上，國外企業依然引領等離子切割技術的發展，智能化、精細化的等離子切割切割技術正在迅速占領市場。

飛馬特推出的機器人自動化切割3DPro技術，引領精密切割智能變革。該技術具有以下優點：可以與ULTRA—CUT高精度等離子切割系統無縫集成；DRAGSTER機用高度控制器配有專利的牽引易損件；采用市面上最短的割炬燒噴嘴（僅長236mm）；易損件帶斜面，易于觸及；專用于自動化的輕質、柔性引線；割炬安裝指示器確保定位連續一致；精確定位編程工具，如圖17所示。

德國凱爾貝則推出了一款附加的坡口切割數據庫，可以用于眾多工業領域中5~30mm的板材準備，便于下一步工序的進行，凱爾貝百維坡口切割數據庫可以根據用戶的需求輕松擴展，包含有全面的測試和培訓課程包，使數據庫變得簡單易懂，從而確保工作的高效率。百維坡口切割數據庫中的推薦值來源于凱爾貝類激光等離子切割系統HiFocus及SmartFocus的PerCut 451與PerCut 4000等離子割炬（見圖18）。該數據庫優點包括：適用于碳鋼、不銹鋼和鋁合金坡口輪廓的精密切割；高精度和可再現，低易損件消耗；適用于各種坡口切割設備，如切割專機和切割機器人；安裝時間減少、生產效率提高；交互與重復性工作最小化，容易實施。

Hypertherm海寶在本屆展會上展出了XPR300機用切割系統、EDGE Connect 控制器及SureCut全數字化智能切割解決方案、易損件等一系列先進的技術與產品。EDGE Connect 作為海寶最新的計算機數控系統，可靠性極高，可提供強大的內嵌功能以及充足的定制空間。這些系統基于業界領先的 Phoenix CNC控制器平臺，該系統提供先進的新軟件功能以及增強的硬件，如圖19所示。

與國外相比，我國等離子技術還存在一定差距。等離子切割電源首先要提高產品穩定性，并加強產學研用之間的結合，同時還需要加大力度增強軟件系統的開拓與研發。

提高焊接工效的輔機具受寵

焊接輔機具雖然沒有機器人、激光技術那樣受關注，但它們的作用不可小覷。例如：焊接工裝的設計直接決定了焊接效率的高低，坡口的質量、精度和效率成為影響焊接質量和成本的關鍵要素之一。目前在我國制造業結構調整、轉型升級的攻堅階段，高效輔機具的成功應用將成為眾多企業降本增效的利器。

現在很多生產企業為了滿足焊接精度的要求，制作了很多專用的夾具。盡管專用工裝在某種程度上提高了焊接精度，卻也造成了生產成本高、生產效率低等多種問題。而柔性焊接工裝的重復利用性，工廠只需要一套或者幾套柔性焊接平臺就可以滿足多種產品的焊接要求。焊工只需要重新調整夾具的位置便可拼裝一套新的焊接工裝，不僅降低了生產成本，也大大提高了生產效率。本屆展會上，很多焊接工裝夾具企業都推出了他們的柔性焊接工裝平臺。美國強手的柔性焊接固持工具（見圖20）、鼎盛天三維柔性焊接工裝（見圖21）都吸引了眾多觀眾。

圖15 大族HFW30激光焊接工作站

圖16 上海滬工激光切割機

圖17 飛馬特3DPro技術應用

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圖18 凱爾貝SmartFocus

未來切割產業和產品的發展方向不僅是機器換人，更重要的是“軟件替人”。即將焊接工藝寫入切割的編程套料軟件，采用自動化的切割設備，一次完成焊接坡口、相貫線，圓孔等切割，從而免去手工或者機械打磨等二次加工，為焊接機器人或者自動化焊接設備的應用奠定基礎。本屆展會上自動、半自動的坡口切割機不在少數。除了坡口切割機，華威、博大展出的數控相貫線切割機無論從自動化程度還是坡口質量，都可以滿足工程上的需求，如圖22、圖23所示。