工業(yè)設備制造焊接自動化分析

沈智友

摘要：隨著智能科技的高速發(fā)展，焊接技術也在朝著自動化和智能化的方向前進。如今自動化焊接技術的應用代替了以前人工焊接，提高了制造效率和縮減了生產成本。自動化焊接技術應用越來越廣泛，但是目前很多企業(yè)實現自動化焊接，都面臨幾大難點。

關鍵詞：焊接;柔性;工裝

引言

針對工業(yè)設備制造焊接技術，如汽車制造、工業(yè)管道預制、閥門接管對接焊、控制棒驅動機構Ω密封焊、鋼結構和支架焊接等部件的焊接現狀及其特點，提出了自動焊接的智能解決方案。用創(chuàng)新思維、新技術、新裝備替代傳統(tǒng)手工焊，提升了工作效率。

1、汽車制造焊裝線柔性化技術

采用預裝后總拼工藝，四面體夾具庫，滑行切換形式，優(yōu)點：夾具剛性好，車身精度高。

采用搭扣預裝工藝，在車身鈑金上設有搭扣和搭扣孔，其中部分采用人工裝夾側圍，原因是廠房空間限制搬運機器人布置;部分采用機器人自動抓/放側圍，自動扳緊搭扣。

采用機器人抓/放/焊頂蓋工藝，優(yōu)點：實現無人化作業(yè)，省人降成本。

采用頂蓋激光釬焊工藝，獲得成功優(yōu)點：工藝/產品總體成本減少，品質提升。

2、管道預制自動焊分析

管道智能預制中，焊接難點和核心點是如何實現自動打底焊接工藝。這是提升預制深度，降低工人操作技能要求的最核心基本點。圍繞自動焊打底工藝的解決思路首先是解決管子坡口的高效精密加工問題。

傳統(tǒng)的坡口加工方法采用火焰切割或者普通機床加工，效率低、坡口質量差，后期打磨處理周期長，為此開發(fā)中小管徑（≤DN350）的切斷與坡口一體機坡口機生產線，實現批量上料，定長切斷，一次切斷，同時實現切斷與兩個坡口的精密高效坡口加工。

該生產線采用先進的獨立進刀機構，實現最大壁厚（25.4mm）坡口加工。效率可達2min同時完成2個坡口，每天能完成1200寸徑/日的高效精密坡口加工。同時還開發(fā)了大直徑、大壁厚（≥DN200）的高效坡口精密加工生產線，通過軸向、徑向、旋轉三軸伺服驅動進刀插補的方式實現U型、V型、符合V型、X型等坡口類型的內鏜端面坡口一鍵化數控加工，解決了大直徑、大壁厚各類坡口的管道內壁組對時錯邊超差等焊接難題，管道預制生產線是一個系統(tǒng)工程，各工位之間存在效率匹配、調度等問題。可使用高效熱絲氬弧焊焊接工藝、高效深熔氬弧焊焊接工藝，彌補高效坡口加工的產能過剩和自動焊工位的匹配難題。

3、高壓閥門接管自動焊分析

研發(fā)滿足焊縫壁厚50mm的窄間隙熱絲TIG焊槍，是提升焊接效率、降低焊接變形、提升焊接質量的關鍵，研發(fā)2G位置最大深度50mm的窄間隙高效熱絲TIG焊接工藝，解決熔池受重力影響可能產生的焊接缺陷。窄間隙焊接過程中，為保證焊縫兩側的熔合，采用特殊設計的窄間隙焊槍的鎢極擺動功能，使鎢極擺動至焊縫兩邊來保證邊緣熔合，鎢極擺動角度可根據焊接工藝要求設計。研發(fā)智能化窄間隙熱絲TIG焊接精密回轉工裝和控制系統(tǒng)，通過TIG焊弧長跟蹤方式解決閥門焊縫的回轉不同心問題，以滿足窄間隙TIG焊的低轉速下的精準控制，研發(fā)不同材料收縮率下的最小窄間隙坡口形式，以減少焊縫金屬填充量，提升焊接效率和減少熱輸入、熱變形。

4、控制棒Ω密封環(huán)焊縫自動焊分析

（1）研究分體式側面安裝焊接機頭機構，解決一體式焊接設備的整體吊裝占用行車問題。分體式自動全位置焊槍采用側面U型卡盤夾緊，回轉盤回轉焊接Ω焊縫，自動焊槍輕便，一人可裝夾焊槍、遙控器操作，遠程焊接。（2）研究填絲/不填絲多功能自動全位置焊槍頭，解決場內焊接不加填充環(huán)的自動填充焊接，填絲與不填絲只需在自動化程序控制電源上調用WPS即可。（3）研究具備穩(wěn)定可靠輸出的程序控制TIG數字化焊接電源、數據采集及圖像監(jiān)視記及記錄系統(tǒng)，整個焊接過程通過遠程線控器根據圖像監(jiān)視系統(tǒng)遠程操作，存儲數據和焊接過程圖像，用于后續(xù)質量追溯與存檔。

5、鋼結構和支架自動焊分析

對于工業(yè)設備制造存在的鋼結構和支架焊接，可考慮使用自動焊技術進行焊接，對于常見的結構類焊縫可使用如下自動焊技術。

5.1 方鋼類仰角和平角焊縫

根據此類焊縫的特性，開發(fā)專門可焊接方鋼與土建預埋板仰角和平角焊縫的自動焊裝備及工藝。首先，調研分析方鋼焊縫結構及焊接技術，采購定制設備，搭建自動化焊接平臺。自動化焊接控制系統(tǒng)完成參數編程后，將其與自動化焊接平臺集成為自動化焊接裝備，并進行功能性測試。接著開發(fā)自動化焊接工藝，對焊縫進行檢測。再此基礎上針對不同工況，固化自動焊焊接工藝參數。

5.2 支架機器人焊接系統(tǒng)應用技術

對于工業(yè)設備安裝活動，對于各種支架預制，存在部分支架具備如下特點：

支架車間預制數量較大;

支架規(guī)格、形態(tài)比較統(tǒng)一;

焊縫的接頭形式主要為角焊縫，并較少存在疑難位置焊縫;

焊縫位置可根據實際情況進行調整。

基于上述特點，對于該部分支架預制，可采用機器人焊接系統(tǒng)（焊接機械手臂）進行施工，使用該系統(tǒng)可顯著提升焊接效率，減輕施工人員勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境。

根據此類焊縫的特點，選擇合適的設備和焊接方法開展進行工藝試驗，開發(fā)合格的焊接工藝，確定穩(wěn)定的焊接工藝參數，并完成實施焊接工藝評定。

6、工業(yè)設備制造焊接自動化推廣難點分析

目前國內工業(yè)設備制造已在多個領域使用了自動焊技術，如汽車制造、燃氣管道、化工廠的安裝等，能大量節(jié)省人力成本、提高工作效率，但是由于各行業(yè)對新技術要求不統(tǒng)一，有部分行業(yè)還未完全大面積推廣自動焊，工業(yè)設備制造涉及的焊縫形式種類繁多，包括各種材料、接頭、焊接位置，如要整體推廣自動焊技術主要存在以下難點：

6.1 易出現焊接缺陷

自動焊技術是通過在模塊中預先設定焊接參數，使焊接設備自行進行焊接，對于焊縫坡口的質量要求極高，包括平整度和光潔度，如坡口平面存在相差較大高低差極易產生根部未熔合、咬邊、未焊透等缺陷，自動焊所屬的該項特性，是制約大面積推廣的主要原因。

6.2 自動焊技術設備成本高

通過調研結果，目前國內對于焊接要求較低的自動焊設備實現了國產化，設備的采購費用相應行業(yè)可接受，但對于焊接要求較高的行業(yè)，國內生產的焊接設備無法滿足要求，需國外進口采購，費用較高，一般企業(yè)無力承擔，間接的導致先進的自動焊技術無法全面推廣。

6.3 傳統(tǒng)工業(yè)和新技術的矛盾

在國內工業(yè)設備制造的傳統(tǒng)意識中，使用人工的方式進行焊接操作，各方的接受度更大，使用人工方式可更好、更清晰的與客戶洽談合同，目前缺少各種自動焊技術的合同定額。另外對于焊接要求高的企業(yè)，如核電、航天行業(yè)認為新技術并沒有完整的、成熟的整套焊接工藝參數，并且在行業(yè)內缺少相應的實施經驗，因此采用人工的方式進行焊接操作出現焊接工藝問題的風險更低，對于重要部件的焊接從標準角度已經限定需采用人工方式操作。

結語

在目前國內大趨勢的形式下，自動焊技術勢必逐漸替代人工焊接，根據此分析方案，如可在相應的領域推廣所述的自動焊技術，將在節(jié)省人力成本、提升工作效率取得較好效果，推廣過程中應重點對現有的自動焊技術進行優(yōu)化，減少焊接缺陷、降低設備成本、收集整理成套的自動焊工藝，以此提升核心競爭力。

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