探討自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中的運(yùn)用

楊鴻強(qiáng)

摘 要：文章首先對(duì)自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行簡要分析，然后總結(jié)自動(dòng)化焊接設(shè)備在性能方面的主要特點(diǎn)，最后從工程機(jī)械制造的角度入手，對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備在結(jié)構(gòu)以及技術(shù)方面的基本要點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，望能夠促進(jìn)工程機(jī)械制造中焊接加工質(zhì)量水平的進(jìn)一步提升。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械制造；自動(dòng)化焊接設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0067-02

隨著焊接加工工藝以及自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，工程機(jī)械制造領(lǐng)域中原有的工作模式已經(jīng)無法適應(yīng)本行業(yè)設(shè)備、工件焊接加工的實(shí)際需求。嚴(yán)重滯后的焊接技術(shù)導(dǎo)致工程機(jī)械制造效率大打折扣，焊接質(zhì)量無從得到可靠保障。而將焊接技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)化焊接設(shè)備自出現(xiàn)以來逐步發(fā)展，近年來被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械制造領(lǐng)域，取得了滿意的效果，在提高生產(chǎn)效率、替代傳統(tǒng)人工焊接模式、提高焊縫質(zhì)量等方面均有突出意義與價(jià)值。本文即重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造領(lǐng)域中的運(yùn)用問題展開探討與分析。

1 自動(dòng)化焊接技術(shù)優(yōu)勢

自動(dòng)化焊接技術(shù)可以說是近年來工程機(jī)械制造領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與主流方向。自動(dòng)化焊接技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械制造領(lǐng)域中，表現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的性能優(yōu)勢。

1.1 質(zhì)量水平高

機(jī)械組是自動(dòng)焊接中非常重要的構(gòu)成部分，由數(shù)字電子系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行程序進(jìn)行全自動(dòng)控制。在機(jī)械制造中，自動(dòng)化焊接設(shè)備所使用的電流高、熱量集中，對(duì)提高電弧穿透性能以及增加焊接點(diǎn)額速度有重要意義，因此與傳統(tǒng)意義上的手動(dòng)焊接模式相比，自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用能夠顯著提高焊接制造的生產(chǎn)效率。同時(shí)，由于整個(gè)焊接過程以及焊接設(shè)備的運(yùn)行均通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因此焊接速度、焊接范圍的控制均非常理想，也可根據(jù)工程機(jī)械制造加工的實(shí)際需求自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，得到質(zhì)量水平高的焊接成果。

1.2 技術(shù)水平高

在現(xiàn)階段的工程機(jī)械制造領(lǐng)域中，各類非金屬材料、薄壁材料、精密零部件材料在焊接加工的過程中均廣泛應(yīng)用自動(dòng)化焊接設(shè)備。自動(dòng)焊接設(shè)備通過應(yīng)用激光焊接等前沿技術(shù)的方式，焊接加工中的接縫寬度小、深度高、加工部件變形可能性低，因此對(duì)技術(shù)要求較高的焊接加工作業(yè)有良好的適應(yīng)性。除此以外，在自動(dòng)化焊接設(shè)備加工過程中，電弧大量集中于焊劑層下方，熱量散失風(fēng)險(xiǎn)小，因此還具有節(jié)約加工原料消耗以及節(jié)能環(huán)保的綜合效益。

2 自動(dòng)化焊接設(shè)備性能特點(diǎn)

在當(dāng)前的工程機(jī)械制造領(lǐng)域中，自動(dòng)化焊接設(shè)備最為顯著的特點(diǎn)與優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

其一，應(yīng)用自動(dòng)化焊接設(shè)備能夠使工程機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)效率水平得到顯著提高；

其二，自動(dòng)化焊接設(shè)備支持下整個(gè)焊接工藝過程的可操作性以及可控制性得到了顯著提升，從而有助于保障工程機(jī)械制造與生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠；

第三，通過對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用能夠從根本上替代傳統(tǒng)的人工焊接模式，在降低工作強(qiáng)度的同時(shí)能夠有效避免焊接加工工藝過程對(duì)工作人員人身安全所造成的不良影響。

自動(dòng)化焊接設(shè)備應(yīng)用于焊接加工工藝能夠達(dá)到真正意義上的焊接無斷弧狀態(tài)（而人工焊接模式下的焊接斷弧達(dá)到500.0 mm以上），因此提示在工程機(jī)械制造領(lǐng)域中，應(yīng)用自動(dòng)化焊接設(shè)備能夠?qū)附蛹庸ぶ械募夹g(shù)細(xì)節(jié)實(shí)施更加有效與科學(xué)的控制，在提高所焊接加工產(chǎn)品、工件力學(xué)性能方面也有非常重要的意義與價(jià)值。

3 自動(dòng)化焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

在近年來，工程機(jī)械制造領(lǐng)域中對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用呈現(xiàn)出了非常高速的發(fā)展趨勢，技術(shù)發(fā)展也日趨成熟，促進(jìn)了自動(dòng)化焊接工作站的形成與應(yīng)用推廣。一套完整的自動(dòng)化焊接工作站主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵部分。

3.1 主體及控制器

主體以及控制器是自動(dòng)化焊接工作站的核心部分，其中主體結(jié)構(gòu)多為6軸關(guān)節(jié)型，有以下基本條件：①工作壽命≥15 a；②材料無放射性，且具有耐腐蝕性特點(diǎn)；③結(jié)構(gòu)為剛性堅(jiān)固式。自動(dòng)化焊接主體驅(qū)動(dòng)動(dòng)力通過交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)，位置信息搭載路徑測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)特性良好，能夠確保焊接作業(yè)精度符合設(shè)計(jì)要求（實(shí)測重復(fù)定位精度在±0.1 mm范圍內(nèi)）。整個(gè)自動(dòng)化焊接設(shè)備控制系統(tǒng)引入全數(shù)字化技術(shù)，以現(xiàn)場總線連接，控制功能通過工業(yè)數(shù)字化控制器實(shí)現(xiàn)。由于整個(gè)控制系統(tǒng)受配電系統(tǒng)電磁干擾的影響小，因此在設(shè)備焊接中具有良好的再現(xiàn)性優(yōu)勢。同時(shí)，控制器內(nèi)其他相關(guān)設(shè)備（如操作系統(tǒng)、電控柜等）均應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防塵措施，確保其運(yùn)行性能可靠（條件允許時(shí)可以增設(shè)專門控制室）。

3.2 焊接電源

為確保自動(dòng)化焊接設(shè)備性能的安全可靠，在焊接電源的配置上優(yōu)選選擇具有全數(shù)字式特點(diǎn)的逆變脈沖焊接電源。同時(shí)，電源應(yīng)當(dāng)與控制系統(tǒng)間具備良好的接口支持，同時(shí)具有焊接專家參數(shù)、參數(shù)數(shù)值顯示等相關(guān)功能。焊接參數(shù)可經(jīng)由示教器輸入，并根據(jù)焊接操作的具體要求在線進(jìn)行參數(shù)修正，以確保焊接質(zhì)量達(dá)到滿意狀態(tài)。同時(shí)，結(jié)合機(jī)械制造領(lǐng)域設(shè)備焊接的性能要求來看，與手工焊接工藝相比，在自動(dòng)化焊接中所選用焊絲以及焊接電流規(guī)格均高出一個(gè)等級(jí)，因此在選擇焊接電源時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿足電流下暫載率達(dá)到100%這一要求。

3.3 外部軸行走機(jī)構(gòu)

在針對(duì)大型工件的焊接加工操作中，為擴(kuò)大自動(dòng)化焊接設(shè)備的工作范圍，多需要在設(shè)備外部配備行走機(jī)構(gòu)，即俗稱的龍門架。外部軸行走機(jī)構(gòu)由主體自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，焊接接頭以倒掛方式裝設(shè)于行走機(jī)構(gòu)上，顯著提高了焊接槍的覆蓋范圍。同時(shí)，通過引入伺服電動(dòng)機(jī)的方式能夠保障焊接槍的性能可靠與理想。

3.4 傳感系統(tǒng)

在自動(dòng)化焊接設(shè)備中，傳感系統(tǒng)的配置應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)電弧跟蹤、激光跟蹤、以及焊絲接觸尋位這三個(gè)基本功能。其中，電弧跟蹤傳感器應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能是：在焊接期間焊槍于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)擺動(dòng)，通過對(duì)焊接加工電流、電壓參數(shù)變化的檢測，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際焊縫與編程位置偏差的在線、自動(dòng)修正；激光跟蹤應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能是：對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備在運(yùn)行環(huán)境中可能受到的煙塵、飛濺、高頻電磁、反光等干擾性因素進(jìn)行有效控制；焊絲接觸尋位傳感器應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的功能是：在自動(dòng)化焊接設(shè)備焊接加工過程中尋找各條焊接接縫的起始點(diǎn)位，且應(yīng)當(dāng)在尋位過程中剔除工件表面油漆等因素的影響，確保起始點(diǎn)位定位的準(zhǔn)確與可靠。

3.5 焊接變位機(jī)及夾具

為了最大限度的確保工程機(jī)械制造中應(yīng)用自動(dòng)化焊接設(shè)備可使焊接接縫處于平焊或船形焊位置，在當(dāng)前的自動(dòng)化焊接設(shè)備中大多帶有焊接變位機(jī)裝置，變位機(jī)所配置的各個(gè)回轉(zhuǎn)軸作為自動(dòng)化焊接設(shè)備的外部軸系統(tǒng)，能夠在焊接加工的過程中實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化焊接設(shè)備的協(xié)調(diào)交互式運(yùn)動(dòng)，同時(shí)所設(shè)置變位機(jī)的高度也應(yīng)當(dāng)綜合考慮工件裝卸是否方便與有效。同時(shí)，夾具應(yīng)當(dāng)具有充分的剛性水平，建議在自動(dòng)化焊接中盡量選用具有快速夾緊功能的機(jī)構(gòu)，確保工件在夾持焊接的過程中不出現(xiàn)變形問題，且夾具上的裝卸時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡量短。

3.6 操作軟件及弧焊軟件包

自動(dòng)化焊接設(shè)備中所配備的操作軟件以及弧焊軟件包應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)方面的功能，以確保焊接設(shè)備自動(dòng)化性能的良好實(shí)現(xiàn)：

其一，操作軟件及弧焊軟件包外部軸能夠與自動(dòng)化焊接設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制；

其二，能夠支持動(dòng)態(tài)傳感與跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)；

其三，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊接參數(shù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整功能；

其四，能夠支持多種焊接工藝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與靈活切換，包括斷點(diǎn)續(xù)焊工藝、多層焊接工藝、以及多道焊接工藝等在內(nèi)；

其五，能夠支持整個(gè)焊接設(shè)備的自診斷與保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)；

其六，配置有充足的多功能接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與相關(guān)外部設(shè)備的可靠連接。

4 結(jié) 語

在機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展與升級(jí)的背景下，焊接設(shè)備的革新與發(fā)展也取得了非常顯著的成效、進(jìn)步。通過將自動(dòng)化技術(shù)與焊接設(shè)備的結(jié)合，能夠使焊接工藝精度更高，焊接過程更加可控，焊接效果更為理想。同時(shí)，加大自動(dòng)化焊接設(shè)備的應(yīng)用與推廣力度還能夠使整個(gè)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更具前景，發(fā)展方向更加明確。本文對(duì)工程機(jī)械制造領(lǐng)域中自動(dòng)化焊接設(shè)備的運(yùn)用問題展開探討與研究，對(duì)自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，并總結(jié)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展背景下自動(dòng)化焊接設(shè)備的性能特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)、技術(shù)方面的要求，望能夠更好的發(fā)揮自動(dòng)化焊接設(shè)備的綜合應(yīng)用優(yōu)勢，以促進(jìn)工程機(jī)械制造自動(dòng)化水平的發(fā)展與提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯世松，仲太生，詹俊勇，等.壓力機(jī)機(jī)身自動(dòng)化焊接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鍛 壓裝備與制造技術(shù)，2014，（5）.

[2] 余穩(wěn)勝，張國良，陳健華，等.自動(dòng)扶梯桁架機(jī)器人自動(dòng)化焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013，（24）.

[3] 薛瑜，聶曉根.高效旋壓帶輪輪轂與輪軸數(shù)控焊接機(jī)床研制[J].制造技 術(shù)與機(jī)床，2014，（9）.

[4] 劉進(jìn)球.激光電弧復(fù)合光纖自動(dòng)化焊接系統(tǒng)中T型低合金鋼焊接頭的 開發(fā)[J].電焊機(jī)，2015，（10）.

[5] 曾昭文，卓雪艷，曾盛綽，等.一種小型復(fù)雜焊件自動(dòng)化焊接通用工作臺(tái) 的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015，（7）.