劉貝

摘 要： 面對(duì)日益發(fā)展的自動(dòng)化焊接技術(shù)以及焊接設(shè)備，在工程機(jī)械制造以及產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本文主要針對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備和自動(dòng)化焊接技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用分析自動(dòng)化焊接技術(shù)的優(yōu)越性，并指出未來(lái)自動(dòng)化焊接技術(shù)和自動(dòng)化焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化焊接設(shè)備；工程機(jī)械制造；自動(dòng)化焊接技術(shù)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的產(chǎn)生以及發(fā)展，機(jī)械制造以及工程建設(shè)中開(kāi)始廣泛采用自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不僅僅提高了生產(chǎn)的效率，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量提高也有重要意義，成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力和源動(dòng)力之一。包括動(dòng)力電池生產(chǎn)在內(nèi)的工程機(jī)械制造中也必須引入自動(dòng)化技術(shù)來(lái)降低人工成本和工作強(qiáng)度，提高效率，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化焊接設(shè)備為動(dòng)力電池生產(chǎn)在內(nèi)的工程機(jī)械制造的自動(dòng)化焊接提供基礎(chǔ)，科學(xué)應(yīng)用自動(dòng)化焊接設(shè)備，對(duì)焊接精度提高、產(chǎn)品質(zhì)量提升均具有重要意義。

1.自動(dòng)化焊接設(shè)備概述

1.自動(dòng)化焊接技術(shù)

自動(dòng)化焊接技術(shù)主要是借助工業(yè)電腦、PLC、單片機(jī)等的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接技術(shù)自動(dòng)化過(guò)程，不需要焊接人員參與能夠自動(dòng)完成焊接工作，不僅僅能夠節(jié)省人力資源，而且能夠進(jìn)一步提高焊接的質(zhì)量以及精度。自動(dòng)化焊接技術(shù)通過(guò)傳感器對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控與檢測(cè)，同時(shí)通過(guò)控制器對(duì)焊接運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制，在傳感器采集信息的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)焊接設(shè)備的運(yùn)行軌跡，并由控制器進(jìn)行控制最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

1.2自動(dòng)化焊接設(shè)備

自動(dòng)化焊接設(shè)備對(duì)自動(dòng)化焊接這一制造技術(shù)作用顯著，而且目前自動(dòng)化焊接設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。自動(dòng)化焊接設(shè)備主要分為以下三種：

1.2.1剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備

剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備又被稱作是初級(jí)自動(dòng)化焊接設(shè)備，這一自動(dòng)化焊接設(shè)備設(shè)計(jì)中采用開(kāi)環(huán)控制原理。剛性自動(dòng)化焊接設(shè)備雖然能夠?qū)φ麄€(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制，但是對(duì)于焊接參數(shù)波動(dòng)不能進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，對(duì)于偏差不能自動(dòng)調(diào)整，還具有一定缺陷。

1.2.2自適應(yīng)控制自動(dòng)化焊接設(shè)備

自適應(yīng)控制自動(dòng)化焊接設(shè)備是在自動(dòng)化技術(shù)以及自適應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，綜合分析這一設(shè)備發(fā)現(xiàn)其具有較高的自動(dòng)化水平，而且就目前已有的自動(dòng)化焊接設(shè)備來(lái)看水平高。在傳統(tǒng)自動(dòng)化焊接設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了傳感器以及電子檢測(cè)線路，通過(guò)這些元器件的增加能夠?qū)附舆^(guò)程中的焊縫進(jìn)行跟蹤，并且在焊縫跟蹤的基礎(chǔ)上提供焊接導(dǎo)向，利用了反饋動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)焊接參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)，最終保證自動(dòng)化焊接過(guò)程以及自動(dòng)化焊接的精度。

1.2.3智能化自動(dòng)焊接設(shè)備

智能化自動(dòng)焊接設(shè)備是在傳統(tǒng)焊接設(shè)備的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，綜合運(yùn)用了各種高級(jí)傳感元件，包括視覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器，甚至引入了激光掃描元器件來(lái)保證自動(dòng)化焊接精度。為提高焊接設(shè)備的自動(dòng)化精度不僅僅配備了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，而且引入了當(dāng)前比較高級(jí)的專家系統(tǒng)，通過(guò)這兩個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊接過(guò)程中的焊縫，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的焊縫以及焊接軌跡來(lái)進(jìn)行自動(dòng)編程優(yōu)化，編程結(jié)合相關(guān)焊接參數(shù)完成自動(dòng)化焊接。同時(shí)，為焊接完成之后的焊接質(zhì)量檢驗(yàn)等工作的進(jìn)行需要生成記錄文件保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查看。

2.自動(dòng)化焊接設(shè)備的主要特點(diǎn)

2.1大型化及組合化

前面已經(jīng)介紹目前主要的三種自動(dòng)化焊接設(shè)備，而且隨著焊接技術(shù)以及自動(dòng)化焊接設(shè)備的發(fā)展目前各種各樣的自動(dòng)化焊接設(shè)備也開(kāi)始出現(xiàn)。在自動(dòng)化焊接設(shè)備中將傳統(tǒng)的焊接設(shè)備和當(dāng)前的傳感器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組合在一起，這樣也必然導(dǎo)致了自動(dòng)化焊接設(shè)備的大型化，甚至導(dǎo)致某些大型的焊接中心能夠占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)線的整個(gè)車(chē)間。

2.2數(shù)字化與智能化

對(duì)于自動(dòng)化焊接而言，焊接的質(zhì)量以及焊接的精度是衡量自動(dòng)化焊接的重要指標(biāo)，不僅僅需要保證焊接的誤差滿足焊接質(zhì)量的要求，而且對(duì)于焊接形狀而言也是衡量焊接質(zhì)量以及焊接精度的一大關(guān)鍵指標(biāo)。因此，在自動(dòng)化焊接中引入了高精度傳感技術(shù)，通過(guò)高精度傳感技術(shù)以及各種傳感器元件對(duì)焊縫以及焊接軌跡進(jìn)行跟蹤，另外還結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化焊接軌跡以及參數(shù)進(jìn)行反饋優(yōu)化控制，保證自動(dòng)化焊接的質(zhì)量。

2.3高精度與高質(zhì)量

對(duì)于目前的自動(dòng)化焊接設(shè)備而言，以焊接機(jī)器人為代表的行走機(jī)構(gòu)的定位精度一般在0.1mm之內(nèi)，而且對(duì)于與其相關(guān)的焊接變位機(jī)的定位精度也有嚴(yán)格要求，一般要求其在0.05mm之內(nèi)，以此來(lái)保證自動(dòng)化焊接的高精度與高質(zhì)量。正是由于自動(dòng)化焊接技術(shù)的高精度以及高質(zhì)量使得其受到越來(lái)越多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

2.4管控一體化

在目前自動(dòng)化焊接設(shè)備中和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及局域網(wǎng)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)于整個(gè)自動(dòng)化焊接以及生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)管理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，自動(dòng)化焊接過(guò)程中出現(xiàn)的故障還能夠通過(guò)自動(dòng)化管控進(jìn)行分析，在分析診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修。

3.激光自動(dòng)化焊接技術(shù)在電池外殼焊接中的應(yīng)用解析

3.1焊接材料及焊接方案

該電池外殼為3003鋁合金動(dòng)力電池外殼，這一型號(hào)的電池的外形結(jié)構(gòu)具有一定不規(guī)則形，如圖1所示。其中電池外殼采用的蓋板具有一定的厚度，達(dá)1mm，動(dòng)力電池的殼體也具有一定的厚度，達(dá)1mm，加強(qiáng)筋處的厚度相比更厚，達(dá)2mm。在進(jìn)行研究中為進(jìn)行對(duì)比，采用兩種不同的焊接軌跡（如圖1所示）來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化焊接操作。其中圖1中第一個(gè)焊接軌跡是水平線軌跡（類比普通三維工作臺(tái)軌跡），第二個(gè)焊接軌跡是波浪形軌跡（類比機(jī)器人焊接軌跡）。

3.2焊接結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)于兩種不同焊接軌跡下的焊接焊縫的宏觀形貌進(jìn)行研究，示意圖如圖2所示。通過(guò)圖2中的焊縫宏觀形貌示意圖能夠看出，第二條和第四條焊縫為采用波浪形軌跡焊接的，明顯焊縫規(guī)則而且光亮，而且焊縫體現(xiàn)出很好的連續(xù)性，在焊縫腰處沒(méi)有灼燒痕跡具有良好一致性。第一條和第三條的水平軌跡焊縫不僅僅具有不規(guī)則特征，而且焊縫的連續(xù)性也相對(duì)較差，在焊縫的腰處具有較嚴(yán)重的灼燒現(xiàn)象，而且還有液滴堆積現(xiàn)象，整條焊縫還出現(xiàn)比較顯著的下榻問(wèn)題。

通過(guò)普通三維工作臺(tái)水平焊接和激光自動(dòng)化波浪形焊接的對(duì)比能夠看出，普通三維工作臺(tái)的水平焊接靈活性較差，在幾何尺寸相對(duì)復(fù)雜的電池外殼焊接中應(yīng)用效果較差；而激光自動(dòng)化焊接不僅僅靈活性強(qiáng)，而且具有角度可調(diào)、焊接裝備焦距可變等良好特征，能夠保證焊縫的連續(xù)性和一致性，而且焊縫的外觀比較規(guī)則、光亮。在焊接精度方面，激光自動(dòng)化焊接的0.01mm的精度明顯優(yōu)于普通三維工作臺(tái)的0.05mm實(shí)際精度。激光自動(dòng)化焊接中主要通過(guò)工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，能夠保證多工位焊接，而且能夠一次成型，效率更高，一般是普通三維工作臺(tái)焊接效率的3倍以上。

4.自動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

自動(dòng)化焊接技術(shù)在未來(lái)發(fā)展中，不僅僅集中在自動(dòng)化與智能化方向，將結(jié)合客戶的實(shí)際需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，建立智能化、高精度、個(gè)性化自動(dòng)焊接系統(tǒng)。要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接系統(tǒng)這些發(fā)展趨勢(shì)，必然在未來(lái)自動(dòng)化焊接技術(shù)和設(shè)備要和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合。在未來(lái)自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展中還將引入激光以及圖像處理等智能控制技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)焊接參數(shù)、焊接軌跡等進(jìn)行智能化反饋調(diào)節(jié)控制，保證焊接質(zhì)量。同時(shí)，在未來(lái)自動(dòng)化焊接設(shè)備的發(fā)展中還將向著柔性化、集成化、小型化的方向發(fā)展，希望減少不必要車(chē)間的浪費(fèi)，節(jié)約土地資源成本?？傮w而言，未來(lái)自動(dòng)焊接技術(shù)會(huì)有更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，不僅僅精度會(huì)越來(lái)越高，而且自動(dòng)焊接技術(shù)的智能化程度也會(huì)越來(lái)越高，而且在未來(lái)柔性化發(fā)展也將成為自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展方向。

結(jié)論

自動(dòng)化焊接技術(shù)以及自動(dòng)化焊接設(shè)備的發(fā)展對(duì)于我國(guó)焊接水平的提升具有重要意義，而且對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量的提升具有重要作用。隨著智能化、信息化的建設(shè)，未來(lái)自動(dòng)化焊接設(shè)備、自動(dòng)化焊接技術(shù)也將向著智能化的方向發(fā)展，在未來(lái)發(fā)展中具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]張洪陽(yáng).鎂合金型材自動(dòng)化焊接工作站設(shè)計(jì)[J].世界有色金屬，2017（07）：49-50.

[2]李高進(jìn)，伍朝暉，徐寶東，楊龍飛，蘇娟娟，張劍鋒.船舶曲面板列焊接自動(dòng)化[J].造船技術(shù)，2017（02）：68-72.