论文部分内容阅读
摘要：随着智能科技的高速发展，焊接技術也在朝着自动化和智能化的方向前进。如今自动化焊接技术的应用代替了以前人工焊接，提高了制造效率和缩减了生产成本。自动化焊接技术应用越来越广泛，但是目前很多企业实现自动化焊接，都面临几大难点。
关键词：焊接;柔性;工装
引言
针对工业设备制造焊接技术，如汽车制造、工业管道预制、阀门接管对接焊、控制棒驱动机构Ω密封焊、钢结构和支架焊接等部件的焊接现状及其特点，提出了自动焊接的智能解决方案。用创新思维、新技术、新装备替代传统手工焊，提升了工作效率。
1、汽车制造焊装线柔性化技术
采用预装后总拼工艺，四面体夹具库，滑行切换形式，优点：夹具刚性好，车身精度高。
采用搭扣预装工艺，在车身钣金上设有搭扣和搭扣孔，其中部分采用人工装夹侧围，原因是厂房空间限制搬运机器人布置;部分采用机器人自动抓/放侧围，自动扳紧搭扣。
采用机器人抓/放/焊顶盖工艺，优点：实现无人化作业，省人降成本。
采用顶盖激光钎焊工艺，获得成功优点：工艺/产品总体成本减少，品质提升。
2、管道预制自动焊分析
管道智能预制中，焊接难点和核心点是如何实现自动打底焊接工艺。这是提升预制深度，降低工人操作技能要求的最核心基本点。围绕自动焊打底工艺的解决思路首先是解决管子坡口的高效精密加工问题。
传统的坡口加工方法采用火焰切割或者普通机床加工，效率低、坡口质量差，后期打磨处理周期长，为此开发中小管径（≤DN350）的切断与坡口一体机坡口机生产线，实现批量上料，定长切断，一次切断，同时实现切断与两个坡口的精密高效坡口加工。
该生产线采用先进的独立进刀机构，实现最大壁厚（25.4mm）坡口加工。效率可达2min同时完成2个坡口，每天能完成1200寸径/日的高效精密坡口加工。同时还开发了大直径、大壁厚（≥DN200）的高效坡口精密加工生产线，通过轴向、径向、旋转三轴伺服驱动进刀插补的方式实现U型、V型、符合V型、X型等坡口类型的内镗端面坡口一键化数控加工，解决了大直径、大壁厚各类坡口的管道内壁组对时错边超差等焊接难题，管道预制生产线是一个系统工程，各工位之间存在效率匹配、调度等问题。可使用高效热丝氩弧焊焊接工艺、高效深熔氩弧焊焊接工艺，弥补高效坡口加工的产能过剩和自动焊工位的匹配难题。
3、高压阀门接管自动焊分析
研发满足焊缝壁厚50mm的窄间隙热丝TIG焊枪，是提升焊接效率、降低焊接变形、提升焊接质量的关键，研发2G位置最大深度50mm的窄间隙高效热丝TIG焊接工艺，解决熔池受重力影响可能产生的焊接缺陷。窄间隙焊接过程中，为保证焊缝两侧的熔合，采用特殊设计的窄间隙焊枪的钨极摆动功能，使钨极摆动至焊缝两边来保证边缘熔合，钨极摆动角度可根据焊接工艺要求设计。研发智能化窄间隙热丝TIG焊接精密回转工装和控制系统，通过TIG焊弧长跟踪方式解决阀门焊缝的回转不同心问题，以满足窄间隙TIG焊的低转速下的精准控制，研发不同材料收缩率下的最小窄间隙坡口形式，以减少焊缝金属填充量，提升焊接效率和减少热输入、热变形。
4、控制棒Ω密封环焊缝自动焊分析
（1）研究分体式侧面安装焊接机头机构，解决一体式焊接设备的整体吊装占用行车问题。分体式自动全位置焊枪采用侧面U型卡盘夹紧，回转盘回转焊接Ω焊缝，自动焊枪轻便，一人可装夹焊枪、遥控器操作，远程焊接。（2）研究填丝/不填丝多功能自动全位置焊枪头，解决场内焊接不加填充环的自动填充焊接，填丝与不填丝只需在自动化程序控制电源上调用WPS即可。（3）研究具备稳定可靠输出的程序控制TIG数字化焊接电源、数据采集及图像监视记及记录系统，整个焊接过程通过远程线控器根据图像监视系统远程操作，存储数据和焊接过程图像，用于后续质量追溯与存档。
5、钢结构和支架自动焊分析
对于工业设备制造存在的钢结构和支架焊接，可考虑使用自动焊技术进行焊接，对于常见的结构类焊缝可使用如下自动焊技术。
5.1 方钢类仰角和平角焊缝
根据此类焊缝的特性，开发专门可焊接方钢与土建预埋板仰角和平角焊缝的自动焊装备及工艺。首先，调研分析方钢焊缝结构及焊接技术，采购定制设备，搭建自动化焊接平台。自动化焊接控制系统完成参数编程后，将其与自动化焊接平台集成为自动化焊接装备，并进行功能性测试。接着开发自动化焊接工艺，对焊缝进行检测。再此基础上针对不同工况，固化自动焊焊接工艺参数。
5.2 支架机器人焊接系统应用技术
对于工业设备安装活动，对于各种支架预制，存在部分支架具备如下特点：
支架车间预制数量较大;
支架规格、形态比较统一;
焊缝的接头形式主要为角焊缝，并较少存在疑难位置焊缝;
焊缝位置可根据实际情况进行调整。
基于上述特点，对于该部分支架预制，可采用机器人焊接系统（焊接机械手臂）进行施工，使用该系统可显著提升焊接效率，减轻施工人员劳动强度，改善作业环境。
根据此类焊缝的特点，选择合适的设备和焊接方法开展进行工艺试验，开发合格的焊接工艺，确定稳定的焊接工艺参数，并完成实施焊接工艺评定。
6、工业设备制造焊接自动化推广难点分析
目前国内工业设备制造已在多个领域使用了自动焊技术，如汽车制造、燃气管道、化工厂的安装等，能大量节省人力成本、提高工作效率，但是由于各行业对新技术要求不统一，有部分行业还未完全大面积推广自动焊，工业设备制造涉及的焊缝形式种类繁多，包括各种材料、接头、焊接位置，如要整体推广自动焊技术主要存在以下难点：
6.1 易出现焊接缺陷
自动焊技术是通过在模块中预先设定焊接参数，使焊接设备自行进行焊接，对于焊缝坡口的质量要求极高，包括平整度和光洁度，如坡口平面存在相差较大高低差极易产生根部未熔合、咬边、未焊透等缺陷，自动焊所属的该项特性，是制约大面积推广的主要原因。
6.2 自动焊技术设备成本高
通过调研结果，目前国内对于焊接要求较低的自动焊设备实现了国产化，设备的采购费用相应行业可接受，但对于焊接要求较高的行业，国内生产的焊接设备无法满足要求，需国外进口采购，费用较高，一般企业无力承担，间接的导致先进的自动焊技术无法全面推广。
6.3 传统工业和新技术的矛盾
在国内工业设备制造的传统意识中，使用人工的方式进行焊接操作，各方的接受度更大，使用人工方式可更好、更清晰的与客户洽谈合同，目前缺少各种自动焊技术的合同定额。另外对于焊接要求高的企业，如核电、航天行业认为新技术并没有完整的、成熟的整套焊接工艺参数，并且在行业内缺少相应的实施经验，因此采用人工的方式进行焊接操作出现焊接工艺问题的风险更低，对于重要部件的焊接从标准角度已经限定需采用人工方式操作。
结语
在目前国内大趋势的形式下，自动焊技术势必逐渐替代人工焊接，根据此分析方案，如可在相应的领域推广所述的自动焊技术，将在节省人力成本、提升工作效率取得较好效果，推广过程中应重点对现有的自动焊技术进行优化，减少焊接缺陷、降低设备成本、收集整理成套的自动焊工艺，以此提升核心竞争力。
参考文献
[1]黄诚，何赞清等.QLQBY-16-2016白车身设计通用工艺规范.（东风柳汽企标）.2016/3.
[2]汪忠，董文宁.管道高效热丝TIG工艺研究和市场应用[J].现代焊接，2016（01）：16-18.
[3]吴永平.用于管子坡口机的进退刀机构[P].中国：专利号201520280483.5.
关键词：焊接;柔性;工装
引言
针对工业设备制造焊接技术，如汽车制造、工业管道预制、阀门接管对接焊、控制棒驱动机构Ω密封焊、钢结构和支架焊接等部件的焊接现状及其特点，提出了自动焊接的智能解决方案。用创新思维、新技术、新装备替代传统手工焊，提升了工作效率。
1、汽车制造焊装线柔性化技术
采用预装后总拼工艺，四面体夹具库，滑行切换形式，优点：夹具刚性好，车身精度高。
采用搭扣预装工艺，在车身钣金上设有搭扣和搭扣孔，其中部分采用人工装夹侧围，原因是厂房空间限制搬运机器人布置;部分采用机器人自动抓/放侧围，自动扳紧搭扣。
采用机器人抓/放/焊顶盖工艺，优点：实现无人化作业，省人降成本。
采用顶盖激光钎焊工艺，获得成功优点：工艺/产品总体成本减少，品质提升。
2、管道预制自动焊分析
管道智能预制中，焊接难点和核心点是如何实现自动打底焊接工艺。这是提升预制深度，降低工人操作技能要求的最核心基本点。围绕自动焊打底工艺的解决思路首先是解决管子坡口的高效精密加工问题。
传统的坡口加工方法采用火焰切割或者普通机床加工，效率低、坡口质量差，后期打磨处理周期长，为此开发中小管径（≤DN350）的切断与坡口一体机坡口机生产线，实现批量上料，定长切断，一次切断，同时实现切断与两个坡口的精密高效坡口加工。
该生产线采用先进的独立进刀机构，实现最大壁厚（25.4mm）坡口加工。效率可达2min同时完成2个坡口，每天能完成1200寸径/日的高效精密坡口加工。同时还开发了大直径、大壁厚（≥DN200）的高效坡口精密加工生产线，通过轴向、径向、旋转三轴伺服驱动进刀插补的方式实现U型、V型、符合V型、X型等坡口类型的内镗端面坡口一键化数控加工，解决了大直径、大壁厚各类坡口的管道内壁组对时错边超差等焊接难题，管道预制生产线是一个系统工程，各工位之间存在效率匹配、调度等问题。可使用高效热丝氩弧焊焊接工艺、高效深熔氩弧焊焊接工艺，弥补高效坡口加工的产能过剩和自动焊工位的匹配难题。
3、高压阀门接管自动焊分析
研发满足焊缝壁厚50mm的窄间隙热丝TIG焊枪，是提升焊接效率、降低焊接变形、提升焊接质量的关键，研发2G位置最大深度50mm的窄间隙高效热丝TIG焊接工艺，解决熔池受重力影响可能产生的焊接缺陷。窄间隙焊接过程中，为保证焊缝两侧的熔合，采用特殊设计的窄间隙焊枪的钨极摆动功能，使钨极摆动至焊缝两边来保证边缘熔合，钨极摆动角度可根据焊接工艺要求设计。研发智能化窄间隙热丝TIG焊接精密回转工装和控制系统，通过TIG焊弧长跟踪方式解决阀门焊缝的回转不同心问题，以满足窄间隙TIG焊的低转速下的精准控制，研发不同材料收缩率下的最小窄间隙坡口形式，以减少焊缝金属填充量，提升焊接效率和减少热输入、热变形。
4、控制棒Ω密封环焊缝自动焊分析
（1）研究分体式侧面安装焊接机头机构，解决一体式焊接设备的整体吊装占用行车问题。分体式自动全位置焊枪采用侧面U型卡盘夹紧，回转盘回转焊接Ω焊缝，自动焊枪轻便，一人可装夹焊枪、遥控器操作，远程焊接。（2）研究填丝/不填丝多功能自动全位置焊枪头，解决场内焊接不加填充环的自动填充焊接，填丝与不填丝只需在自动化程序控制电源上调用WPS即可。（3）研究具备稳定可靠输出的程序控制TIG数字化焊接电源、数据采集及图像监视记及记录系统，整个焊接过程通过远程线控器根据图像监视系统远程操作，存储数据和焊接过程图像，用于后续质量追溯与存档。
5、钢结构和支架自动焊分析
对于工业设备制造存在的钢结构和支架焊接，可考虑使用自动焊技术进行焊接，对于常见的结构类焊缝可使用如下自动焊技术。
5.1 方钢类仰角和平角焊缝
根据此类焊缝的特性，开发专门可焊接方钢与土建预埋板仰角和平角焊缝的自动焊装备及工艺。首先，调研分析方钢焊缝结构及焊接技术，采购定制设备，搭建自动化焊接平台。自动化焊接控制系统完成参数编程后，将其与自动化焊接平台集成为自动化焊接装备，并进行功能性测试。接着开发自动化焊接工艺，对焊缝进行检测。再此基础上针对不同工况，固化自动焊焊接工艺参数。
5.2 支架机器人焊接系统应用技术
对于工业设备安装活动，对于各种支架预制，存在部分支架具备如下特点：
支架车间预制数量较大;
支架规格、形态比较统一;
焊缝的接头形式主要为角焊缝，并较少存在疑难位置焊缝;
焊缝位置可根据实际情况进行调整。
基于上述特点，对于该部分支架预制，可采用机器人焊接系统（焊接机械手臂）进行施工，使用该系统可显著提升焊接效率，减轻施工人员劳动强度，改善作业环境。
根据此类焊缝的特点，选择合适的设备和焊接方法开展进行工艺试验，开发合格的焊接工艺，确定稳定的焊接工艺参数，并完成实施焊接工艺评定。
6、工业设备制造焊接自动化推广难点分析
目前国内工业设备制造已在多个领域使用了自动焊技术，如汽车制造、燃气管道、化工厂的安装等，能大量节省人力成本、提高工作效率，但是由于各行业对新技术要求不统一，有部分行业还未完全大面积推广自动焊，工业设备制造涉及的焊缝形式种类繁多，包括各种材料、接头、焊接位置，如要整体推广自动焊技术主要存在以下难点：
6.1 易出现焊接缺陷
自动焊技术是通过在模块中预先设定焊接参数，使焊接设备自行进行焊接，对于焊缝坡口的质量要求极高，包括平整度和光洁度，如坡口平面存在相差较大高低差极易产生根部未熔合、咬边、未焊透等缺陷，自动焊所属的该项特性，是制约大面积推广的主要原因。
6.2 自动焊技术设备成本高
通过调研结果，目前国内对于焊接要求较低的自动焊设备实现了国产化，设备的采购费用相应行业可接受，但对于焊接要求较高的行业，国内生产的焊接设备无法满足要求，需国外进口采购，费用较高，一般企业无力承担，间接的导致先进的自动焊技术无法全面推广。
6.3 传统工业和新技术的矛盾
在国内工业设备制造的传统意识中，使用人工的方式进行焊接操作，各方的接受度更大，使用人工方式可更好、更清晰的与客户洽谈合同，目前缺少各种自动焊技术的合同定额。另外对于焊接要求高的企业，如核电、航天行业认为新技术并没有完整的、成熟的整套焊接工艺参数，并且在行业内缺少相应的实施经验，因此采用人工的方式进行焊接操作出现焊接工艺问题的风险更低，对于重要部件的焊接从标准角度已经限定需采用人工方式操作。
结语
在目前国内大趋势的形式下，自动焊技术势必逐渐替代人工焊接，根据此分析方案，如可在相应的领域推广所述的自动焊技术，将在节省人力成本、提升工作效率取得较好效果，推广过程中应重点对现有的自动焊技术进行优化，减少焊接缺陷、降低设备成本、收集整理成套的自动焊工艺，以此提升核心竞争力。
参考文献
[1]黄诚，何赞清等.QLQBY-16-2016白车身设计通用工艺规范.（东风柳汽企标）.2016/3.
[2]汪忠，董文宁.管道高效热丝TIG工艺研究和市场应用[J].现代焊接，2016（01）：16-18.
[3]吴永平.用于管子坡口机的进退刀机构[P].中国：专利号201520280483.5.