工程機械典型接頭的弧焊機器人焊接技術研究

陳城洋

摘 要：本文闡述了工程機械結構的特征與焊接技術，分析弧焊機器人系統的構成與焊縫起始點尋位及電弧傳感焊縫跟蹤技術，焊接機器人利用弧焊電源的技術要點。對我國焊接機器人技術的發展趨勢進行歸納，其中包括智能化技術、虛擬現實技術等有關方向。

關鍵詞：工程機械；焊接機器人；技術研究

一、引言

對于任何一個制造業企業來說，如果要強化企業產品的市場競爭能力，實現生產效率的提升，確保在焊接階段平穩性及焊接質量以及降低企業一線工人的勞動強度，改善生產作業環境已經變成制造業企業的發展需求。通過大量實踐證明，結合工程機械結構的特點，采用弧焊機器人實施焊接產品的生產制造是解決上述問題的有效實現途徑。

（一）工程機械焊接結構特征與技術。（1）結構特征。工程機械結構組成主要有：薄板件（板厚為2～4mm） 、 中板件（板厚為7～21mm）、厚板件（板厚在20mm以上） 。一般情況下結構件通過板材拼焊組成，箱形結構是主要結構件，上部位焊接一些附件，主要有機座鑄鋼件，結構相對而言比較復雜，焊縫密集。

工程機械結構件有大量的斜角焊縫，常規下只檢測焊縫的外觀水平，但對于一些比較關鍵的受力結構件則也必須行磁粉探傷或是超聲波探傷，各自檢測其表面裂紋及焊縫內部缺陷。

（二）焊接技術。我國工程機械焊接結構件生產中，應用的主要板材有Q235、Q345、Q390，板厚一般選擇大于6mm中板件。現階段應用最為廣泛的焊接技術為埋弧自動焊和CO2/MAG氣體保護焊。前者，在技術領域擁有熔深大、速度快、無弧光煙塵的優勢。氣體保護焊技術與埋弧自動焊一樣，也具備電流密度大、熔深大的優勢，而在焊接速度方面要遜色前者，速度為手工電弧焊的二倍左右，后者能夠達到六倍。但是即便如此，氣體保護焊技術所需輔助時間更少，尤其是利用Ar混合氣體，所產生的熔渣很少，也縮減了清理時間，整體來看工作效率仍可讓人滿意[1]。

二、弧焊機器人系統

（一）始端尋位。尋位裝置中的線包，能夠形成數十V電壓，而尋位的推動力就是利用焊絲接觸工件造成一瞬的短路。換言之，弧焊機器人系統察覺現實工件焊縫這個點的空間三維坐標，利用這類辦法，弧焊機器人系統進而檢測出許多點后，再按照這些點測算出偏差值，通過該偏差值修改成最開始的示教焊縫的位置數據，最終獲得實踐中的焊縫起始點位置，如圖1所示。值得注意的是，焊縫起始點應當實施進行2次以上的尋位，且以此產生數據矩陣。焊接時機器人自動計算這個起始點矩陣相對TCP，從而讓焊槍達到現實焊縫起始點。

（二）清槍裝置。清槍的主要功能有：（1）附帶傳感性能，在程序實施階段，剪去多余的焊絲，從而讓電嘴焊絲伸至相對的長度，確保傳感狀態的精準性。（2）焊接程序在執行前期，可對焊槍實施清理，具體流程，利用氣動旋刀之前殘留在噴嘴中的飛濺進行清除，之后再噴入防飛濺的硅油。

（三）傳感技術。近些年來，隨著現代化進程的不斷發展，傳感器技術已經不再只是單純的以信號變換元件存在，如今很多傳感器的內部都擁有能夠對信號實施特定處理的功能。尤其在制造業中，弧焊機器人智能傳感技術更是顯示出了十分突出的作用。由于電弧傳感技術是通過焊接電弧直接獲取焊縫部位的偏差信號，因此實效性更為出現，并且不用在焊槍上附帶輔助裝置，焊槍行為的靈活性好，特別是符合一些中小企業對于焊接低成本自動化的標準要求。

電弧傳感的主要原理是通過焊炬和工件距離之間的改變從而產生的焊接參數，最終監測焊炬的高度及其它偏差。電弧傳感技術主要包括在三種傳感器上：并列雙絲電弧傳感器、擺動電弧傳感器、旋轉式掃描電弧傳感器[2]。而旋轉電弧傳感器相較于前兩種在對偏差進行監測的過程中具有更好的靈敏性，能夠強化控制性能，如今已經普遍得到了國內外焊接專業與技術人員的認可。

（四）跟蹤技術。在傳統的模糊控制技術基礎上，如今研制出了部分高性能模糊控制器。隨著模糊數學與神經網絡的產生，并且把這項研究應用到焊接這個非線性系統中，使焊縫跟蹤技術邁向了進嶄新的時代，即智能焊縫跟蹤時代。因為焊接屬于充滿了時變、多因素以及非線形的復雜系統，無論是弧光、電壓浮動、技術以及工件的變形狀態都會對其產生一定干擾，致使傳統的控制系統無法達到焊縫精確跟蹤。而人工神經網絡能顧讓機器人完成一系列諸如學習、記憶、聯想的功能，由于人工神經網絡所通過的為并行處理方式，分布式的信息存儲，具備信息存儲量大、容錯性強等優勢，從自動化的角度來說很適合焊縫跟蹤中的視覺模式識別和跟蹤智能控制。

結語：綜上所述，節能與可靠一直以來都是人們對未來工程機械發展的趨勢展望，當前許多工程機械產品已經實現升級換新，內部結構件的焊接技術也有了顯著的加強。通過對機器人自動焊技術應用于工程機械結構件的焊接進行分析后得知，該技術能夠保證企業的產品質量與生產效率，為我國整體工業制造水平的提升做出了良好的技術鋪墊。

參考文獻：

[1]毛鵬軍，黃石生，薛家祥.弧焊機器人焊縫跟蹤系統研究現狀及發展趨勢[J].電焊機，2012，18（07）：159-160.

[2]毛鵬軍，黃石生，李陽.焊接機器人技術發展的回顧與展望[J].焊接， 2013，11（06）：185.