人工智能在鋼箱梁焊接中的發(fā)展

吳兆營(yíng) 黃斌 陳帥

摘要： 在焊接機(jī)器人快速發(fā)展的新形勢(shì)下，焊接機(jī)器人技術(shù)在鋼箱梁焊接中取得了很大的進(jìn)步。系統(tǒng)探討了人工智能在鋼箱梁焊接中的發(fā)展，從而提出智能編程、遠(yuǎn)程智能焊接操作、焊縫跟蹤技術(shù)等技術(shù)在鋼箱梁焊接中的作用。焊接機(jī)器人的操作方式和操作流程都要通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn);遠(yuǎn)程智能焊接操作主要是通過(guò)遠(yuǎn)程操控焊接機(jī)器人來(lái)對(duì)鋼箱梁進(jìn)行焊接監(jiān)測(cè)和控制;焊縫跟蹤技術(shù)可以通過(guò)一系列傳感器來(lái)隨時(shí)跟蹤檢測(cè)焊接過(guò)程中的焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性。因此，智能編程、遠(yuǎn)程智能焊接操作、焊縫跟蹤技術(shù)等為人工智能在鋼箱梁焊接中的發(fā)展和應(yīng)用提供可行性參考。

關(guān)鍵詞： 鋼箱梁焊接;智能編程;遠(yuǎn)程焊接技術(shù);焊縫跟蹤技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TM92【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）12-0231-01

引言：鋼結(jié)構(gòu)輔助施工結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代鋼箱梁施工的過(guò)程中必不可少，在保證鋼箱梁工程的施工進(jìn)度、保證鋼箱梁工程主體的施工質(zhì)量、降低鋼箱梁主體的施工成本等優(yōu)點(diǎn)，盡管其自身的優(yōu)點(diǎn)很多，但是在實(shí)際施工的過(guò)程中還是存在很多的問(wèn)題，不但影響鋼箱梁主體的施工質(zhì)量，也成為鋼箱梁施工輔助鋼結(jié)構(gòu)自身安全的重要因素，所以必須要采取相應(yīng)的措施加以解決。

1鋼箱梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接工作的難點(diǎn)分析

1.1構(gòu)件結(jié)構(gòu)的影響

鋼箱梁鋼結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件一般較為新穎，且結(jié)構(gòu)具有多元化的特點(diǎn)，不利于采用自動(dòng)化的焊接技術(shù)。在實(shí)際工作中，受到空間結(jié)構(gòu)因素的影響，在箱型桿件內(nèi)部區(qū)域、整體節(jié)點(diǎn)間隙區(qū)域?qū)嶋H焊接期間，由于空間很小，所以很難使用自動(dòng)化焊接設(shè)備，不能確保整體的焊接工作質(zhì)量和效果。

1.2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作幾何尺寸不符合要求

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸不符合施工圖設(shè)計(jì)要求，表現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸不在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)。這種情況下我們?cè)谑┕ぶ圃爝^(guò)程要注重下料的配件尺寸，同時(shí)要考慮制造過(guò)程中的相關(guān)變形。

1.3焊縫的布置對(duì)焊接變形的影響

有時(shí)在鋼箱梁設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分考慮焊接變形，導(dǎo)致桿件制造中焊縫布置不合理，多條焊縫集中布置在一起，或者分布距離太近，導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)重疊交互，焊縫收縮量增加，造成焊接變形更加嚴(yán)重。同時(shí)焊縫不對(duì)稱分布在桿件上，不對(duì)稱的分布導(dǎo)致變形量反而增加了。

2人工智能在鋼箱梁焊接中的發(fā)展

2.1鋼箱梁焊接中的智能編程

在鋼箱梁智能焊接中一般用到焊接機(jī)器人，而焊接機(jī)器人的操作方式和操作流程都要通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般機(jī)器人的智能編程包括示教編程和離線編程兩種方法，這兩種方法都是從傳統(tǒng)編程方法演化發(fā)展而來(lái)，主要借助于微機(jī)圖形學(xué)和幾何算法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與鋼箱梁在不同工作環(huán)境下的完好配合，通過(guò)設(shè)定相關(guān)的焊接路徑、焊接參數(shù)和幾何尺寸來(lái)合理規(guī)劃焊接軌跡，從而保證鋼箱梁焊接的高品質(zhì)和高精準(zhǔn)。對(duì)于鋼箱梁中存在的規(guī)則性、重復(fù)性的焊接位置可以使用示教編程的方法進(jìn)行。示教編程的主要方法是：首先，操作人員通過(guò)手動(dòng)操作示教器來(lái)控制焊接機(jī)器人到達(dá)預(yù)定的焊接位置并記錄當(dāng)前所在位置。其次，將記錄的位置傳輸?shù)胶附訖C(jī)器人的控制器中。最后，焊接機(jī)器人可以根據(jù)控制指令來(lái)進(jìn)行焊接任務(wù)。一次的焊接結(jié)束以后，焊接機(jī)器人可以根據(jù)控制指令重復(fù)進(jìn)行焊接任務(wù)。操作人員也可以通過(guò)示教編程法定義不同的焊接坐標(biāo)系對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行控制。示教編程方法具有快捷高效、操作簡(jiǎn)單、無(wú)需設(shè)定環(huán)境模型等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)鋼箱梁在焊接中存在的重復(fù)性操作，同時(shí)可以修正鋼箱梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的誤差。而對(duì)于鋼箱梁中存在的復(fù)雜的、特殊的構(gòu)型，示教編程就無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化了，因此就需要離線編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。離線編程主要是通過(guò)軟件，如RobotArt，RobotStudio等，在電腦里重構(gòu)鋼箱梁中復(fù)雜構(gòu)件的三維虛擬環(huán)境，然后軟件可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和材料操作機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接軌跡，通過(guò)在離線編程仿真軟件中模擬整個(gè)焊接過(guò)程，可以隨時(shí)監(jiān)控和調(diào)整焊接軌跡和形態(tài)來(lái)確定最終的焊接方案，最后通過(guò)軟件生成最終的焊接程序。示教編程與離線編程并不是對(duì)立存在的，而是相互補(bǔ)充相互促進(jìn)的關(guān)系，在鋼箱梁的焊接中，需要根據(jù)具體的工程環(huán)境，合理選擇能提高工作效率和工作質(zhì)量的編程方式。利用智能編程可以縮短焊接工藝技術(shù)的準(zhǔn)備周期，可提高10倍以上的工作效率，并提高了焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度。

2.2板單元的機(jī)器人焊接技術(shù)

鋼箱梁鋼結(jié)構(gòu)的板單元構(gòu)建質(zhì)量非常重要，而焊接質(zhì)量對(duì)整體結(jié)構(gòu)的建設(shè)穩(wěn)定性和強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生影響，尤其是頂板單元的U形肋角焊縫，要保證熔深達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并確保工作效果。在此期間，應(yīng)該合理地采用先進(jìn)的機(jī)器人自動(dòng)化焊接技術(shù)，編制出完善的計(jì)劃方案，在提升自動(dòng)化焊接質(zhì)量的情況下，利用疲勞試驗(yàn)對(duì)比方式，通過(guò)自動(dòng)化機(jī)器人焊接的方法，提升整體的抗疲勞強(qiáng)度，將自動(dòng)化焊接技術(shù)的作用發(fā)揮出來(lái)，這樣在板單元相關(guān)機(jī)器人焊接技術(shù)合理應(yīng)用的情況下，遵循合理化的工作原則，編制出較為完善的自動(dòng)化焊接計(jì)劃方案，有效地提升整體自動(dòng)化焊接的技術(shù)水平與綜合質(zhì)量，從而促使鋼箱梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接工作的合理落實(shí)。

2.3利用合理的焊縫分布減小焊接變形

桿件設(shè)計(jì)制造時(shí)焊縫數(shù)量盡量少;滿足受力要求的情況下，焊縫尺寸能小則小;盡可能將焊縫對(duì)稱分布，減少和避免焊縫過(guò)度集中，焊縫與焊縫的距離一定要合理。盡可能減少交叉焊縫的存在。焊縫的縱向收縮要比橫向收縮小，所以要將焊縫盡可能分布在平行于焊縫收縮量小的地方，使實(shí)際的焊接縫縮小。將焊縫分布到盡可能靠近截面中心軸的位置，并盡量讓其對(duì)稱于桿件的中心軸，能夠很好地減小彎曲變形。

結(jié)語(yǔ)：鋼箱梁作為一種典型的大跨徑鋼箱梁，目前的施工技術(shù)和施工難度也對(duì)焊接工帶來(lái)很大的考驗(yàn)。隨著人工智能科技創(chuàng)新的發(fā)展，鋼箱梁實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接在未來(lái)發(fā)展中具有巨大潛力。通過(guò)智能編程、遠(yuǎn)程智能焊接操作、焊縫跟蹤技術(shù)等為人工智能在鋼箱梁焊接中的發(fā)展和應(yīng)用提供可行性參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷.淺析焊接機(jī)器人技術(shù)及其發(fā)展[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（24）：62.

[2]吳艷麗.一種箱式變電站機(jī)器人自動(dòng)化柔性焊接生產(chǎn)線及生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2019（26）：24.

[3]董杏昕，曹潤(rùn)寧，徐斌，等.高速車車體端墻板生產(chǎn)中自動(dòng)裝配焊接系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2019，32（5）：47-49.