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(jī)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(jī)械焊接技術(shù)作為機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)加工的核心技術(shù)，同樣需要注重與時(shí)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(jī)械產(chǎn)品加工生產(chǎn)要求。因此，通過加強(qiáng)自動焊接在機(jī)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(jià)值，有效保障機(jī)械焊接實(shí)現(xiàn)更好發(fā)展。

1 機(jī)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(diǎn)在于引入了計(jì)算機(jī)自動控制程序，同時(shí)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(gè)焊接過程完全由機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，自動焊接設(shè)備能夠產(chǎn)生更為強(qiáng)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(shí)在進(jìn)行自動焊接時(shí)，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(qiáng)度更低

在進(jìn)行傳統(tǒng)焊接時(shí)，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(qiáng)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(jì)算機(jī)控制機(jī)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(qiáng)度。

2 自動焊接技術(shù)在機(jī)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(gè)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(jì)，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(jì)，能夠結(jié)合實(shí)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(jī)所有動作、焊接時(shí)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(shí)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(jī)器人激光飛行焊接技術(shù)

機(jī)器人激光飛行焊接技術(shù)是一種較常用的自動化機(jī)器人焊接技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)能夠在機(jī)器人的幫助下，實(shí)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(xiàng)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(xiàng)技術(shù)，也能夠起到非常好的效果。在實(shí)際應(yīng)用機(jī)器人激光飛行焊接技術(shù)時(shí)，需要注重加強(qiáng)機(jī)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(shí)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(shí)，在計(jì)算機(jī)操作控制下，機(jī)器人運(yùn)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(shí)間，促使激光束在線時(shí)間最大化，最終能夠有效提高自動焊接的效率[2]。在具體實(shí)踐應(yīng)用中，以FANUC 公司生產(chǎn)的激光焊接機(jī)器人為例，這種機(jī)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(shí)機(jī)器人運(yùn)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(jī)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(jī)器人的運(yùn)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(jī)器人焊接軌跡區(qū)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人同激光振鏡的協(xié)調(diào)運(yùn)動。在機(jī)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(shí)際需求靈活設(shè)計(jì)焊縫形狀，提高了焊接精度，有效保障了焊接質(zhì)量。同時(shí)該項(xiàng)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(bǔ)償因?yàn)楣ぜ叽缙罴昂附訆A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(jī)構(gòu)組成，在實(shí)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(shí)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(jì)方面，主要目的是從焊接電弧信號入手，提取出能夠?qū)崟r(shí)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(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)，因此是焊接傳感器的一個(gè)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(xiàng)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(shí)本身的量程范圍也較大、光斑較小，同時(shí)還有著較強(qiáng)的抗干擾能力。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(jī)械式跟蹤。機(jī)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(jī)械式跟蹤也有兩種方式，分別是機(jī)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(shí)，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(yùn)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(jī)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(qiáng)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(gè)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(shí)現(xiàn)更好發(fā)展。

3.2 高效、精密化方向發(fā)展

在機(jī)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(jī)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?；诖耍谖磥?，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(shí)現(xiàn)焊接的全面自動化。另一方面，則是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幫助下，實(shí)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(shí)俱進(jìn)，才能更好地應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)加工，滿足其生產(chǎn)要求?；诖耍咝Щ?、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(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并不是服務(wù)于個(gè)別的機(jī)械化產(chǎn)品生產(chǎn)。在未來，伴隨著機(jī)械化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各種機(jī)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(jī)械化產(chǎn)品生產(chǎn)加工制作，提高機(jī)械產(chǎn)品的流通性，實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)，實(shí)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(shí)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(kuò)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(jià)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(shí)際焊接生產(chǎn)過程中，注重加強(qiáng)自動焊接技術(shù)的應(yīng)用，促使其發(fā)揮出更大的作用價(jià)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。