淺析自動焊接在機(jī)械焊接中的應(yīng)用

顧建文

摘要：近年來在科技經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的推動下，我國焊接工藝取得了很大發(fā)展。自動焊接作為時(shí)代發(fā)展的新興技術(shù)，在整個焊接行業(yè)具有重要地位。本文圍繞自動焊接技術(shù)優(yōu)勢，分析了自動焊接的關(guān)鍵技術(shù)，并從自動焊接專機(jī)和焊接機(jī)器人兩方面闡述了自動焊接的應(yīng)用，最后展望了自動焊接的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：自動焊接;機(jī)械焊接;自動化技術(shù)

機(jī)械制造業(yè)中離不開焊接技術(shù)，焊接技術(shù)好壞會影響到設(shè)備產(chǎn)品的使用質(zhì)量、效率和生產(chǎn)成本，而隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)也逐漸向智能化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型，自動焊接就是指通過設(shè)備根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序和工藝參數(shù)進(jìn)行自動焊接操作，同時(shí)借助傳感器、電子設(shè)備等對焊接軌跡進(jìn)行自動檢測。自動焊接并不僅局限于機(jī)械制造，還可以應(yīng)用于石油管道、軌道建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)确矫妗Ｔ摷夹g(shù)突破了傳統(tǒng)焊接技術(shù)所存在的各種弊端，能降低生產(chǎn)成本、提高安全效率、改善工作環(huán)境，有助于企業(yè)提高行業(yè)競爭實(shí)力。

1自動焊接技術(shù)的優(yōu)勢分析

1.1減少能源消耗

使用自動焊接，能快速聚集施工過程中產(chǎn)生的熱量，而所聚集起的熱量會通過持續(xù)作用從而減少電能消耗。不僅如此，在焊接薄鐵板時(shí)，可以不開坡口就直接開展縫隙焊接操作，與傳統(tǒng)機(jī)械焊接相比，能夠有效控制電弧將鐵水或熔渣吹起，進(jìn)而避免出現(xiàn)火花。同時(shí)，在焊劑層下方進(jìn)行燃燒使資源使用更為合理。

1.2加工難度減小

自動焊接顧名思義即自動化操作，焊接過程基本由機(jī)器自動完成，幾乎不需要人為操作，而焊接機(jī)械組件的大小，也不再受到局限，無論是大組件亦或是更小的組件，只需要事先設(shè)定好程序和參數(shù)，就可以進(jìn)行焊接，即便是一些極小的材料或是復(fù)合材料都可以實(shí)現(xiàn)自動焊接。而且，自動焊接范圍、精度和速度都得到了極大提升，降低了人為焊接的誤差，使產(chǎn)品外觀更加穩(wěn)定，使用性更強(qiáng)。

1.3改善加工環(huán)境

自動焊接減少了人為操作，因此人為因素對焊接加工環(huán)境基本不存在影響，也更容易處理和控制焊接過程中所產(chǎn)生的各種污染。比如，通過隔離罩可有效隔離焊接所產(chǎn)生的煙霧，同時(shí)也不會再出現(xiàn)強(qiáng)烈焊光，工人作業(yè)環(huán)境得到優(yōu)化，與傳統(tǒng)焊接相比，其勞動強(qiáng)度降低，能有效激發(fā)工人的工作積極性。

1.4具有良好的經(jīng)濟(jì)效益

一方面，以往傳統(tǒng)焊接每條線平均需要3人，改善后只需1人進(jìn)行程序設(shè)定即可，能至少節(jié)約人力2人，且1人可同時(shí)操作多臺設(shè)備，人力成本得到有效控制。且自動焊接品質(zhì)更高，減少了腳空焊、漏焊、連焊等發(fā)生。同時(shí)，還能有效減少公司焊接人力培訓(xùn)周期，降低培訓(xùn)費(fèi)用。此外，隨著焊接自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，各種需要手工焊接的加工部件，如變頻器高壓二極管等，均可采用該技術(shù)，工藝成本得到控制，可見自動焊接具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2自動焊接在機(jī)械焊接中的應(yīng)用

2.1自動化焊接關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合當(dāng)前我國自動焊接工藝發(fā)展現(xiàn)狀，對自動化焊接關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析：

①傳感技術(shù)。傳感器通常是由敏感組件、轉(zhuǎn)換組件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，是一種建立于一定精確度基礎(chǔ)上，將被測量轉(zhuǎn)化為與之相對應(yīng)，且易于處理的物理量的儀器。通過傳感技術(shù)可以檢測到焊接工件是否準(zhǔn)備到位，在自動焊接中最常用的傳感器是接近開關(guān)，可用有效控制焊接位置、焊縫尺寸、焊接工位轉(zhuǎn)換等。

②自動控制技術(shù)。所謂自動控制就是在沒有人參與的情況下，通過外加的控制裝置，讓機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)過程按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)、規(guī)律進(jìn)行運(yùn)行。在自動焊接中常用的控制方式有：位置控制、位移控制、速度控制、過程控制等。其中位置控制主要用于點(diǎn)到點(diǎn)的控制，比如焊槍定位、工位轉(zhuǎn)換;位移控制則主要用于連續(xù)焊縫控制，屬于連續(xù)軌跡控制;速度控制主要用于焊槍、工件等運(yùn)動速度控制;軌跡控制則主要用于復(fù)雜空間曲線焊縫的運(yùn)動軌跡控制;過程控制則主要用于確定焊接過程中的被控對象，如弧焊電源、送絲機(jī)、操作機(jī)、變位機(jī)等是否處于正確的工作狀態(tài)。

③夾具的柔性設(shè)計(jì)。柔性化焊接夾具能有效提高生產(chǎn)效率，減少人工勞動強(qiáng)度，且能有效控制焊接變形，切實(shí)提高焊縫質(zhì)量。柔性夾具主要是指當(dāng)工件發(fā)生形狀、尺寸變化后，夾具能夠快速適應(yīng)該變化，比如三維柔性組合焊接結(jié)構(gòu)，其主要由三維平臺、定位裝置、夾緊裝置組成。其中三維平臺具有5個工作面，銷孔大小和間距都必須要嚴(yán)格按照精度要求設(shè)計(jì)，以確保定位塊、定位軸和夾緊裝置定位精確。定位裝置則由定位銷、定位塊、定位角鐵、角度器以及V形塊組成，其中定位銷是最基本的定位裝置，其上設(shè)有快速連接機(jī)構(gòu)，同時(shí)內(nèi)側(cè)帶有滾珠，旋緊后能夠卡住需要連接的部件，使用非常便捷。

2.2自動焊接在機(jī)械焊接中的應(yīng)用

自動焊接主要是通過系統(tǒng)配備的傳感器和控制系統(tǒng)，對焊縫的軌跡導(dǎo)向進(jìn)行自動追蹤，同時(shí)，通過視覺傳感觸角傳感器、光敏傳感器等，與計(jì)算機(jī)、軟件、數(shù)據(jù)庫對接，自動設(shè)置和調(diào)整焊接參數(shù)，且系統(tǒng)操作簡便。下面將主要從自動化焊接專機(jī)、焊機(jī)機(jī)器人兩方面進(jìn)行闡述。

①自動化焊接專機(jī)的應(yīng)用。在一些大型設(shè)備排量生產(chǎn)中經(jīng)常會使用自動化焊接專機(jī)設(shè)備，該設(shè)備主要采用雙絲焊接，其焊接速度快、熔深淺、低飛濺、低氣孔，且熔敷率高，能量分配合理，兩焊機(jī)同步控制能夠獲得最佳的熔滴分離、金屬過渡的精確定時(shí)，同時(shí)只使用一根焊槍電纜確保了高的焊縫可達(dá)性，極大地提高了機(jī)械加工的效率。自動化焊接專機(jī)可應(yīng)用于直線、曲線等不同形式的焊縫焊接，且操作過程中焊件很難會出現(xiàn)變形情況，生產(chǎn)質(zhì)量有所保障，比較適合大批量作業(yè)。而且，自動化焊接專機(jī)操作簡便，價(jià)格適宜，安全性能較強(qiáng)，在機(jī)械加工中被廣泛使用，具有很高的性價(jià)比。

②焊接機(jī)器人的應(yīng)用。當(dāng)前焊接機(jī)器人應(yīng)用主要集中在汽車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等領(lǐng)域，其中在工程機(jī)械、汽車行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，其憑借著自身柔性化、數(shù)字化、精確度、穩(wěn)定性的特點(diǎn)，是機(jī)械焊接的重要手段之一，尤其是在復(fù)雜的焊件中，焊接機(jī)器人的優(yōu)勢更為明顯。當(dāng)前，工具中心點(diǎn)（TCP）自動較零技術(shù)是焊接機(jī)器人比較先進(jìn)的技術(shù)之一，TCP就是指焊槍的焊絲端點(diǎn)，其零位精度將直接影響焊接質(zhì)量。該技術(shù)硬件設(shè)施是由激光傳感器和體形固定支座組成，當(dāng)焊槍以不同形態(tài)經(jīng)過支座時(shí)，傳感器會將所記錄的數(shù)據(jù)與最初設(shè)定值進(jìn)行對比，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，機(jī)器人則會自動運(yùn)行較零程序，并自動調(diào)整每根軸的角度。但由于焊接機(jī)器人成本高，在焊縫跟蹤中無法自動完成，機(jī)器人設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，目前還無法大規(guī)模用于生產(chǎn)。

3自動焊接在機(jī)械焊接中的發(fā)展趨勢

①智能化。當(dāng)前科技發(fā)展日新月異，焊接技術(shù)也在不斷完善、優(yōu)化，今后我國自動焊接技術(shù)也勢必會朝著智能化方向發(fā)展，通過智能技術(shù)對焊接過程進(jìn)行控制，從而提高焊接控制力度，比如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)研究等。

②柔性化。今后自動焊接技術(shù)將與光、機(jī)、電等技術(shù)有效結(jié)合起來，切實(shí)提高焊接的柔性化。比如，焊接工藝裝備應(yīng)用微電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等。同時(shí)，焊接機(jī)器人的研究也需要朝著更深的方向進(jìn)行，比如與專家系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、軌跡校正、熔深控制等自動化。

③集成化。集成化是指人與技術(shù)、焊接技術(shù)與信息技術(shù)之間的集成，降低信息量和實(shí)時(shí)控制的要求。通過建立人機(jī)友好界面，讓焊接操作更為便捷。

4結(jié)語

總而言之，自動焊接具有自動調(diào)節(jié)、自動控制、自動檢測和加工的特點(diǎn)，能有效提高生產(chǎn)產(chǎn)量，降低成本和勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，已成為衡量一個國家現(xiàn)代科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。但目前我國自動焊接技術(shù)還有待加強(qiáng)，需進(jìn)一步探索和研究，只有這樣才能更好地服務(wù)于機(jī)械制造業(yè)。

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