自動焊接在機械焊接中的運用探究

梁先盛

（桂林電子科技大學(xué)北海校區(qū)， 廣西 北海 536000）

引言

當(dāng)前的機械產(chǎn)品生產(chǎn)加工，均朝著更加精密化的方向發(fā)展。而機械焊接技術(shù)作為機械產(chǎn)品生產(chǎn)加工的核心技術(shù)，同樣需要注重與時俱進(jìn)，不斷進(jìn)行優(yōu)化升級，從而提高焊接的自動化、智能化水平，有效滿足機械產(chǎn)品加工生產(chǎn)要求。因此，通過加強自動焊接在機械焊接中的應(yīng)用研究，促使自動焊接發(fā)揮出更大的作用價值，有效保障機械焊接實現(xiàn)更好發(fā)展。

1 機械焊接中自動焊接技術(shù)的優(yōu)勢

1.1 提高焊接效率，保障焊接質(zhì)量

相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)，自動焊接技術(shù)最大的特點在于引入了計算機自動控制程序，同時搭載了很多精密化裝置，能夠嚴(yán)格執(zhí)行既定的程序，完成自動化焊接。整個焊接過程完全由機器操作進(jìn)行，不會受人為焊接誤差的影響，因此能夠更好地保障焊接質(zhì)量[1]。同時其能夠有效提高焊接的效率，尤其是自動焊接一般采用了更為先進(jìn)的焊接技術(shù)，焊接熱量較集中，因此實際焊接成型速度更快，更有利于焊接質(zhì)量與焊接效率的提升。

1.2 焊接技術(shù)水平較高，降低了焊接成本

一般情況下，針對一些較精密的零部件焊接，都需要采用自動焊接技術(shù)。例如在石油管道焊接過程中，自動焊接技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。由于在進(jìn)行管道連接時，采用的材料較多，這對整體管道焊接技術(shù)質(zhì)量也提出了更高要求?；诖?，需要通過應(yīng)用自動焊接技術(shù)，更好地保障焊接的質(zhì)量，提高焊接技術(shù)水平。與此同時，自動焊接設(shè)備能夠產(chǎn)生更為強大的焊接能量，如焊接電弧電壓較高、焊接熱量不易散失。同時在進(jìn)行自動焊接時，也無須開坡口，因此避免了焊接金屬飛濺的現(xiàn)象，這對節(jié)省焊接原料、減少能源消耗也有著較為積極的影響意義。

1.3 作業(yè)環(huán)境更好，勞動強度更低

在進(jìn)行傳統(tǒng)焊接時，一般會產(chǎn)生大量煙霧，致使整體焊接作業(yè)環(huán)境相對較差。而采用自動焊接技術(shù)，一般產(chǎn)生的煙霧會被阻擋在隔離罩之內(nèi)，產(chǎn)生的強光也能夠得到有效阻擋，因此自動焊接還能夠顯著改善焊接作業(yè)環(huán)境，這對焊接效率及焊接質(zhì)量提升也能夠起到一定增益作用。除此之外，應(yīng)用自動焊接技術(shù)，很多焊接操作無須人工完成，只需要按照既定程序由計算機控制機器設(shè)備自動完成焊接操作，因此還能夠有效降低焊接工作人員的勞動強度。

2 自動焊接技術(shù)在機械焊接中的應(yīng)用分析

2.1 焊接自動化系統(tǒng)的集成化技術(shù)

所謂焊接自動化系統(tǒng)集成技術(shù)，一般是由一個復(fù)雜的自動化焊接系統(tǒng)構(gòu)成，其中包括硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集成、焊接功能集成及控制技術(shù)集成。在當(dāng)前的焊接自動化系統(tǒng)中，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均采用了模塊化設(shè)計，能夠以不同用戶對系統(tǒng)功能需求為依據(jù)，靈活組合自動化焊接模塊。并且在焊接控制功能方面，通常采用了模塊化設(shè)計，能夠結(jié)合實際的焊接需求，靈活配置不同的控制軟件模塊，滿足相關(guān)自動化焊接控制功能。以“帶極堆焊中央控制器”為例，其能夠控制自動焊接操作機所有動作、焊接時序等，除此之外，這種自動焊接設(shè)備還能夠自動進(jìn)行調(diào)速，實現(xiàn)自診斷等，從而顯著提高了焊接效率與焊接質(zhì)量水平。

2.2 機器人激光飛行焊接技術(shù)

機器人激光飛行焊接技術(shù)是一種較常用的自動化機器人焊接技術(shù)。該項技術(shù)能夠在機器人的幫助下，實現(xiàn)對激光振鏡的控制，通過進(jìn)行自動化掃描完成焊接工作。該項技術(shù)一般在汽車制造領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。除此以外，還能夠在鋁合金、鍍鋅薄板等不同材料及新能源電池模組焊接中應(yīng)用該項技術(shù)，也能夠起到非常好的效果。在實際應(yīng)用機器人激光飛行焊接技術(shù)時，需要注重加強機器人手臂與激光振鏡的緊密配合，如此能夠與焊接工件進(jìn)行零接觸，還能夠結(jié)合實際需求，靈活改變焊縫位置，提高焊接的質(zhì)量水平。與此同時，在計算機操作控制下，機器人運動與激光振鏡的掃描焊接能夠同步進(jìn)行，因此能夠避免在焊接前反復(fù)進(jìn)行定位，由此可節(jié)省大量的時間，促使激光束在線時間最大化，最終能夠有效提高自動焊接的效率[2]。在具體實踐應(yīng)用中，以FANUC 公司生產(chǎn)的激光焊接機器人為例，這種機器人激光焊接負(fù)載范圍最小為50 kg，最高能夠達(dá)到210 kg。同時機器人運動半徑也有著較大范圍，最小為2050 mm，最大能夠達(dá)到3100 mm，因此能夠有效滿足各種自動化激光焊接應(yīng)用需求。另外，在機器人進(jìn)行激光飛行自動化焊接過程中，由于自身搭載了外部軌跡優(yōu)化軟件，因此機器人的運動軌跡和速度曲線信息能夠直接傳輸至激光振鏡控制系統(tǒng)中，然后由系統(tǒng)對傳輸信息進(jìn)行分析，從根本上保障激光振鏡掃描所有焊縫，均能在機器人焊接軌跡區(qū)間內(nèi)，實現(xiàn)機器人同激光振鏡的協(xié)調(diào)運動。在機器人激光飛行焊接自動化技術(shù)的幫助下，焊接熱輸入少、變形小，還能夠結(jié)合實際需求靈活設(shè)計焊縫形狀，提高了焊接精度，有效保障了焊接質(zhì)量。同時該項自動焊接技術(shù)最大焊接速度可達(dá)100 m/min，能夠有效提高自動焊接作業(yè)生產(chǎn)的效率。

2.3 焊縫自動化跟蹤技術(shù)

通過應(yīng)用焊縫自動化跟蹤技術(shù)，能夠有效補償因為工件尺寸偏差及焊接夾具誤差帶來的焊縫位置不一致的缺陷問題。焊縫跟蹤自動化設(shè)備一般是由傳感器和隨動機構(gòu)組成，在實際進(jìn)行自動化控制的過程中，主要以焊槍相對于坡口位置的偏差作為被調(diào)整量。一般焊縫自動化跟蹤方式包括以下三種：

1）電弧自身傳感跟蹤技術(shù)。該技術(shù)主要利用了電弧傳感器，通過感應(yīng)焊炬與工件之間距離，實現(xiàn)對焊炬高度和橫向偏差的檢測。在具體自動焊接設(shè)計方面，主要目的是從焊接電弧信號入手，提取出能夠?qū)崟r并準(zhǔn)確反映焊炬與焊縫的偏移變化信號[3]。相較于其他傳感器，電弧傳感器的結(jié)構(gòu)較簡單，制造成本也較低，且能夠在短時間內(nèi)快速響應(yīng)，因此是焊接傳感器的一個重要發(fā)展方向，未來應(yīng)用前景廣闊。

2）激光跟蹤技術(shù)。該項技術(shù)主要利用了激光測量傳感器，這種傳感器由激光發(fā)射器、激光檢測器和測量電路組成。在激光傳感器的幫助下，能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，且測量的效率高、精度高，同時本身的量程范圍也較大、光斑較小，同時還有著較強的抗干擾能力。在實際應(yīng)用時，通過向測量目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，經(jīng)反射后，激光朝著各方向散射。部分散射光能夠返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后，成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管能檢測極其微弱的光信號，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，完成焊接信號感應(yīng)。

3）機械式跟蹤。機械跟蹤屬于一種接觸式傳感器，主要利用導(dǎo)桿或者導(dǎo)輪，選擇在焊縫前方，完成對焊縫位置的檢測。機械式跟蹤也有兩種方式，分別是機械式和電子式，對前者而言，則是利用焊縫形狀對導(dǎo)輪進(jìn)行控制來完成導(dǎo)向；后者則是在焊槍位置發(fā)生偏差時，導(dǎo)桿或者導(dǎo)輪能夠通過在電子裝置的幫助下，發(fā)出與偏差大小和方向等信號。該信號會被控制器接收，然后由控制器發(fā)出執(zhí)行指令，完成對焊槍位置的修正。這種方式的跟蹤自動化焊接有著非常大的抗干擾能力，且整體的成本低廉，運行穩(wěn)定，維護(hù)也較方便，因此已經(jīng)在自動化焊接領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

3 機械焊接中自動焊接未來發(fā)展趨勢

3.1 自動化、智能化方向發(fā)展

在信息化技術(shù)、智能化技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)在，自動焊接技術(shù)將會加強對這些先進(jìn)信息技術(shù)及自動化技術(shù)的應(yīng)用，從而徹底擺脫人工的干預(yù)，優(yōu)化整個自動焊接流程，進(jìn)一步提高自身的自動化水平，更好地彰顯焊接的智能性。特別是隨著工業(yè)制造產(chǎn)品不斷優(yōu)化升級，很多產(chǎn)品裝置需要越來越多精密類型零部件支持。面對這些情況，只有不斷推動自動焊接技術(shù)飛速發(fā)展進(jìn)步，才能更好地滿足高端產(chǎn)品制造的要求。基于此，在未來發(fā)展中，自動焊接技術(shù)將會朝著自動化、智能化方向不斷地發(fā)展，融入更多先進(jìn)的自動化操作技術(shù)及智能化技術(shù)，從而促使焊接效率與焊接質(zhì)量得到穩(wěn)定提升，未來實現(xiàn)更好發(fā)展。

3.2 高效、精密化方向發(fā)展

在機械生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，針對一些精密度較高的產(chǎn)品生產(chǎn)加工，通常離不開自動焊接技術(shù)的應(yīng)用。并且機械制造企業(yè)在未來想要進(jìn)一步提高自己的經(jīng)營收益，同樣需要從促進(jìn)自動焊接技術(shù)的優(yōu)化升級入手，不斷提高自動焊接技術(shù)效率與質(zhì)量水平，進(jìn)而有效降低自身生產(chǎn)成本，獲得更高的生產(chǎn)效益?；诖?，在未來，自動焊接技術(shù)還會朝著高效精密化方向不斷地發(fā)展，一方面，促使焊接工作效率得到有效提升，在自動化技術(shù)的幫助下，實現(xiàn)焊接的全面自動化。另一方面，則是在計算機系統(tǒng)的幫助下，實現(xiàn)對焊接的自動化精密控制，提高焊接精度，降低焊接成本[4]。尤其是未來隨著精密儀器的生產(chǎn)，針對零部件的加工、生產(chǎn)精度要求也會提升。因此自動焊接技術(shù)同樣需要做到與時俱進(jìn)，才能更好地應(yīng)用于機械生產(chǎn)加工，滿足其生產(chǎn)要求。基于此，高效化、精密化發(fā)展也是未來自動焊接技術(shù)重要的發(fā)展方向之一。

3.3 柔性、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用方向發(fā)展

自動焊接技術(shù)本身能夠應(yīng)用到多個生產(chǎn)領(lǐng)域，并不是服務(wù)于個別的機械化產(chǎn)品生產(chǎn)。在未來，伴隨著機械化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各種機械化產(chǎn)品層出不窮，針對自動焊接技術(shù)的適用性也提出了更高要求。因此在未來，自動焊接技術(shù)必須朝著柔性化方向發(fā)展，主動適應(yīng)各種機械化產(chǎn)品生產(chǎn)加工制作，提高機械產(chǎn)品的流通性，實現(xiàn)機械行業(yè)的高速發(fā)展。未來隨著各種先進(jìn)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，市場發(fā)展愈發(fā)成熟，如材料處理、3D 打印及更多機器人柔性激光應(yīng)用等，自動焊接技術(shù)柔性發(fā)展前景勢必會更加光明。另外，在信息化技術(shù)水平迅猛發(fā)展的當(dāng)下，針對當(dāng)前機械產(chǎn)品的生產(chǎn)焊接，同樣需要積極引入先進(jìn)的信息技術(shù)。自動焊接技術(shù)的控制應(yīng)利用計算機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程化網(wǎng)絡(luò)控制，進(jìn)一步提高焊接的效率，從根本上降低在焊接時出現(xiàn)的失誤。因此在未來發(fā)展過程中，自動焊接技術(shù)也會搭載網(wǎng)絡(luò)化平臺，進(jìn)一步擴大自己的應(yīng)用范圍，提高網(wǎng)絡(luò)控制的效果，成功發(fā)揮出更大的焊接作用價值。

4 結(jié)語

相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)，自動焊接技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢，如能夠提高焊接效率、保障焊接質(zhì)量、優(yōu)化焊接技術(shù)水平、降低焊接成本。因此需要在實際焊接生產(chǎn)過程中，注重加強自動焊接技術(shù)的應(yīng)用，促使其發(fā)揮出更大的作用價值。最后，還應(yīng)注重對自動焊接技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望分析，這對推動自動焊接技術(shù)的發(fā)展有著非常重要的意義。