甘甜賓

（玉柴船舶動力股份有限公司，廣東 珠海 519100）

0 引言

自動焊接技術(shù)是對于焊接的工藝生產(chǎn)進行優(yōu)化管理的，在焊接時利用自動化的現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)。與傳統(tǒng)的手工焊接方式有不同之處在于自動的焊接技術(shù)通過自動化、智能化的技術(shù)對于焊接和工藝生產(chǎn)的過程進行優(yōu)化，實現(xiàn)高效處理[1]。同時，有效避免人工操作在生產(chǎn)作業(yè)的過程中因操作不當(dāng)產(chǎn)生質(zhì)量隱患問題。自動焊接技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)場的工作人員可以通過使用更先進的裝配工藝的方式，將核心焊接技術(shù)實現(xiàn)智能化，減少人工干預(yù)的程度，高效完成焊接工藝[2]。由于近幾年，自動焊接技術(shù)在機械制造上的應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)逐漸優(yōu)化，其不僅能實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，還可以實現(xiàn)人員精簡，提高工作效率，降低制造成本。且能夠充分的滿足安全生產(chǎn)方面的要求[3]。

目前，自動焊接技術(shù)還廣泛運用了數(shù)字技術(shù)和人工智能技術(shù)，使自動焊接技術(shù)延伸到更高的技術(shù)平臺。埋弧焊、等離子弧焊、激光焊、激光混合焊、MIG（melt inert-gas）/MAG（Metal Active Gas Arc Welding）焊、TIG（Tungsten Inert Gas Welding）焊、機器人焊等，都是自動焊接的常用設(shè)備和方法。身為世界的制造工廠，我國制造業(yè)發(fā)展很快，對于產(chǎn)品的質(zhì)量和性能的要求也是越來越高，自動焊接在各行業(yè)的應(yīng)用，不僅保證了焊接工件的質(zhì)量，降低了焊接成本，還改善了焊接作業(yè)環(huán)境，減少了從業(yè)者的身體傷害。并且，結(jié)合國內(nèi)的實際情況，創(chuàng)想智控也在不斷引進和研發(fā)先進的自動焊接技術(shù)，力爭讓我國自動化焊接技術(shù)邁向更高的水平。

1 自動焊接技術(shù)的核心內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)

在傳統(tǒng)的焊接技術(shù)實施過程中，對工作人員的專業(yè)素質(zhì)有極高的要求，需要焊接工作人員熟練掌握焊接技術(shù)和操作內(nèi)容。在此條件下，要實現(xiàn)焊接技術(shù)能高質(zhì)量地完成，與焊接實施工作人員須對焊接的核心內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)有足夠豐富的經(jīng)驗積累，能夠靈活應(yīng)對焊接過程中出現(xiàn)的各種問題。而自動焊接技術(shù)規(guī)避了這一弊端，其大多都是通過傳感器設(shè)備進行焊接技術(shù)措施的判斷，在檢測焊接作業(yè)情況時傳感器根據(jù)控制信息和反饋情況進行重點的考察以及分析，同時也要按照焊接運動控制的信息結(jié)果對設(shè)備軌跡的運行方式進行合理的設(shè)計[4]，避免焊接工作人員由于經(jīng)驗不足而出現(xiàn)的焊接事故。智能焊接技術(shù)將人工經(jīng)驗總結(jié)內(nèi)化形成數(shù)字化語言賦予智能機器人，彌補傳統(tǒng)焊接技術(shù)因為焊接核心技術(shù)經(jīng)驗不同出現(xiàn)焊接結(jié)果差異的弊端。

1.1 機械技術(shù)

1.2 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)主要是以實時感測設(shè)備的實際運行狀態(tài)為核心，反饋設(shè)備運行是否處于正常狀態(tài)[6]。一旦設(shè)備在非正常的運行狀態(tài)當(dāng)中，傳感器會實現(xiàn)實時預(yù)警，提醒有關(guān)管理人員采取緊急措施進行處理，恢復(fù)設(shè)備為正常狀態(tài)。根據(jù)目前的實際使用經(jīng)驗來看，自動焊接的傳感技術(shù)無論是在怎樣復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，都能夠使檢測的標(biāo)準(zhǔn)達到精確的要求，便于后期技術(shù)處理操作。

1.3 自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)需要工作人員比較合理的使用自動化的焊接技術(shù)的有關(guān)理論對系統(tǒng)設(shè)備自動化的運行進行全面的監(jiān)控管理。同時，需要對自動控制系屬的使用問題進行合理的設(shè)計和分析，使生產(chǎn)線以及生產(chǎn)質(zhì)量與效率都可以滿足相關(guān)的規(guī)范要求。

2 自動焊接技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國越來越多的機械加工生產(chǎn)技術(shù)逐漸向自動焊接的方向獲得發(fā)展，并且隨著其應(yīng)用越來越廣泛，自動焊接技術(shù)在機械加工生產(chǎn)中占據(jù)較為重要的位置。比如在進行機械及船舶制造的過程中，自動焊接技術(shù)就是機械加工生產(chǎn)的領(lǐng)域的核心技術(shù)[7]。按照實際應(yīng)用的情況不難發(fā)現(xiàn)，把焊縫跟蹤技術(shù)作為主要核心的自動焊接技術(shù)，不管是生產(chǎn)質(zhì)量或者生產(chǎn)效率，都能夠達到非常優(yōu)質(zhì)的效果。在現(xiàn)場生產(chǎn)工作中，合理的使用焊縫以及跟蹤技術(shù)，不但可以盡量減少前期準(zhǔn)備過程的時間，也可以讓自動焊接的加工生產(chǎn)產(chǎn)品變得更加精密[8]。但是我國的自動焊接技術(shù)仍然和國外比起來存在很大的差距，有關(guān)領(lǐng)域需要不斷的探索以及創(chuàng)新，以取得更多突破。

3 機器人焊接條件下激光熔覆設(shè)備技術(shù)

3.1 激光熔覆設(shè)備技術(shù)方案

重點分析了機器人焊接條件下激光熔覆技術(shù)的使用。主要的焊接對象為不銹鋼礦用車前軸。目前，礦用車前軸現(xiàn)在為人工焊接，因產(chǎn)能不足需要增加新的設(shè)備。為改變本作業(yè)工序落后，提升陳舊的生產(chǎn)力，減少人為參與因素的不穩(wěn)定性，同時降低成本、提升企業(yè)形象的需求，因此智能焊接技術(shù)被應(yīng)用到不銹鋼礦用車前軸維修上。機器人焊接的條件下使用激光熔覆技術(shù)的技術(shù)設(shè)備，不僅可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品焊接質(zhì)量，還可以保證其均一性。有助于提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、提供強有力的技術(shù)支持，以及規(guī)模生產(chǎn)條件下更低的人工成本，有必要得到廣泛的運用及推廣[9]。

框架焊接專用設(shè)備總體布局如圖1 所示。以不銹鋼礦用車前軸（直徑Q235）為焊接對象，運用機器人自動焊接，采用MIG/MAG 焊接工藝。對設(shè)備有功能要簡單方便，易于操作員上手，滿足最大長度2800 mm工件的焊接，電氣柜、操作柜、遙控等電氣箱做好防塵、防水、防腐和拖鏈及內(nèi)部電纜（必須采用柔性電纜）做好三防和防焊接飛濺等要求。

圖1 礦用車前軸焊接設(shè)備布局一（立體圖）

3.2 激光熔覆設(shè)備技術(shù)方案

3.2.1 布局分析

本次機器人焊接激光熔覆設(shè)備技術(shù)方案，僅需要1 名人員配置，需行走焊接機器人1 套，電器控制箱一個。對場地的要求較為簡單，僅需長7 m × 寬6 m即可。

3.2.2 機器人焊接工作流程

根據(jù)以上分析，筆者認(rèn)為可以借鑒《公約》的相關(guān)規(guī)定，并按照我國刑法現(xiàn)有規(guī)定，結(jié)合我國國情，將我國刑法第285條的修改為：

機器人焊接工作流程主要為將工件型號輸入PLC，夾具自動調(diào)整高度，人工將工件吊裝上料，夾具夾緊，機器人自動尋位焊接，人工吊裝下料，至下一循環(huán)。工作站采用機器人伺服導(dǎo)軌，通過機器人臂展+導(dǎo)軌行走來滿足整個作業(yè)過程。系統(tǒng)主要包括：焊接機器人、伺服導(dǎo)軌、L 型雙軸變位機、焊接電源，除塵系統(tǒng)，焊接房。機器人在進行焊接時，其流程動作如圖3所示，首先將工件型號輸入PLC，得到指令后，夾具自動調(diào)整高度，此時工作人員人工將工件吊裝上料[10]，使得夾具將料具加緊，此工序完成后，機器人將自動尋找焊接點進行焊接工作，待焊接工作完成后，由工作人員進行人工吊裝下料，該焊接工序完成，如需進行下一階段焊接工作，將工件型號輸入PLC 即可進入下一焊接循環(huán)。

3.2.3 焊接機器人

對礦用車前軸焊接使用機器人型號為Fanuc 10ID/10L，該機器人的主要優(yōu)點為超薄型M-10ID/10L 非常適合在緊湊型機器人電池中工作，占地面積小，任意角度安裝，以獲得更大的靈活性。為了方便、可靠地布線傳感器或攝像機電纜、空氣管道和其他電氣管線可以機器人的空心臂、手腕和身體進行布線。

Fanuc 10ID/10L 機器人的具體參數(shù)見表1。

表1 Fanuc 10ID/10L 機器人的型號參數(shù)

3.2.4 焊接機器人滑動地軌道

機器人滑動地軌，單邊長度3 m，機器人在滑軌上工作，將機器人工作范圍拓展到4 m，從而覆蓋整個焊接工作區(qū)域。地軌采用高精度齒條，高強度鋼基座保障產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和機器人的高重復(fù)定位精度。焊接機器人滑動地軌道可負(fù)載500 kg，行走速度為500 mm/s，其重復(fù)精度為±0.10 mm。焊接機器人滑動地軌道對于焊接工作的完成及其重要，本次地軌可負(fù)載500 kg，行走速度也較快，并且重復(fù)精度較低，非常有利于焊接工作。

3.2.5 焊接機器人翻轉(zhuǎn)變機位

焊接機器人翻轉(zhuǎn)變機位主要由電機、減速機，軸承以及控制器組成，具有獨立調(diào)速電路，第一面焊接完成時，變位機回轉(zhuǎn)電機擺到船型焊位置，焊接完成翻轉(zhuǎn)機構(gòu)自動翻轉(zhuǎn)，再旋轉(zhuǎn)進行另一面的焊接，如圖2 所示。

圖2 雙軸變位機示意圖

焊接機器人翻轉(zhuǎn)變位機具體參數(shù)見表2。焊接機器人翻轉(zhuǎn)變機位回轉(zhuǎn)角度高達300°，旋轉(zhuǎn)角度高達400°，與地軌相同，其負(fù)重為500 kg，重復(fù)精度僅有±0.3 分度。

表2 焊接機器人翻轉(zhuǎn)變機位技術(shù)參數(shù)

3.2.6 焊接機器人ABICOR BINZEL 清槍裝置

ABICOR BINZEL 清槍裝置，可靠的焊槍頭自動維護完整解決方案?？焖俨⑶乙子诎惭b“連接之后便可清槍”，緊湊的清槍裝置BRS 代表著最佳的可靠性。三個系統(tǒng)整合到一個清槍裝置，這保證了最佳的操作時間并提升了設(shè)備可用性。其他許多功能，例如安裝支架和滴水盤等，降低了安裝成本。

3.2.7 焊接機器人工裝夾具

定位夾具采用雙伺服電機調(diào)節(jié)兩端支撐夾具的高度，以適應(yīng)不同型號的產(chǎn)品，PLC 在輸入型號后自動調(diào)節(jié)產(chǎn)品對應(yīng)的高度，升降行程250 mm。工件寬度方向定位采用氣缸自定心夾緊，夾緊范圍144 ～224 mm。

定位夾具在工件長度方向采用兩端定位裝置，其中一端定位裝置可以通過調(diào)整絲桿位置并鎖緊以適應(yīng)不同長度的產(chǎn)品，定位工件時一端固定、另一端氣動頂緊，確保在長度方向定位、壓緊牢固；工件兩端上方氣動壓緊；更換品種時原則上只需移動夾具、不需更換夾具部件，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，更換品種時夾具調(diào)整時間小于10 min[11]。

4 OTC 焊接機器人激光熔覆焊接優(yōu)勢

OTC 單絲高效焊接設(shè)備采用的是2 臺500 A 的電源并聯(lián)，其中1 臺為主電源，另1 臺為從電源，從電源完全受控于主電源。僅主電源與機器人相連接，接線、控制、顯示、調(diào)試等所有功能均等同于1 臺電源。

OTC 單絲高效焊接設(shè)備為了進一步提高生產(chǎn)效率，采用了新一代焊接控制技術(shù)。其穩(wěn)定性取決于如下兩項獨家技術(shù)：送絲系統(tǒng)采用大功率伺服電機驅(qū)動，送絲力強、送絲精度高、送絲速度穩(wěn)定，保證了焊接過程穩(wěn)定。送絲速度高達40 m/min。焊接電源負(fù)載電壓為55 V，在額定負(fù)載電流時，最大輸出電壓比其他公司同類產(chǎn)品高出10 V 以上，確保了對各種干擾的實時調(diào)節(jié)能力。

5 結(jié)語

自動焊接技術(shù)的推廣對于我國機械加工制造領(lǐng)域是重要的技術(shù)革新，其對推動機械制造自動化有積極的作用。深入分析機器人在不銹鋼礦用車前軸上實現(xiàn)的熔化極自動焊接技術(shù)，分析了機器人設(shè)備實現(xiàn)自動焊接技術(shù)的流程以及焊接方案和設(shè)備接入，為我國自動焊接技術(shù)的發(fā)展提供了一定的經(jīng)驗。