小型焊接機器人在港珠澳大橋制造中的應用

馬曉健 范軍旗

1. 小型焊接機器人系統

（1）小型焊接機器人MICROBO構成 小型焊接機器人系統的主要部件如圖1所示。與大型焊接機器人相比，具有設備體積小、重量輕、搬運方便、裝配簡單、方便靈活、適用性強及造價低等優點，不僅適應工廠鋼結構件的焊接，也適用于工地復雜環境條件下代替人工焊接，減輕焊工的勞動強度，提高焊接質量。

小型機器人采用氣體保護焊工藝，焊接位置包括平位、橫位、立位及爬坡焊等，可以進行對接焊縫和角焊縫的焊接。采用連接式導軌，可根據焊縫長度組合連接，適用于各種長度的焊縫，配備圓弧形導軌時可以實現對曲線形焊縫的焊接。采用電弧跟蹤系統，具備全自動傳感功能，不需要示教和繁瑣的數據輸入。

（2）小型焊接機器人MICROBO效率分析 該系統集成了在鋼結構、橋梁行業多年的焊接工藝和焊接經驗，形成了領先于同行業同類別機器人設備的優點，具有解決平焊、橫焊、立焊三種焊接位置的近10種坡口形式焊縫的自動焊接軟件功能。操作人員只需在軟件中選擇實際工件對應的坡口形式，MICROBO即可通過焊絲接觸傳感進行自動檢測并獲得工件的板厚、坡口角度、根部間隙、焊縫長度及位置偏移量等焊縫信息，并自動演算出最適合的電流電壓、焊接速度、焊接時間、擺幅及層數等焊接參數， MICROBO特有的前端擺動裝置能在焊接過程中能夠同步調整，實現焊縫兩端無殘留，最終實現多層多道焊接。

MICROBO機器人系統采用中文版WINDOWS操作系統，為用戶提供了程序存儲和修改功能，有效地保證了企業非物質財富的積累和傳承。目前在用的客戶可以根據自己的焊接工藝對原有系統生成工藝進行修改、保存，形成自己的新工藝，避免了因企業人才流失而造成的潛在損失。

使用該機器人系統與人工焊接效率對比結果如表1、表2所示。對比條件為箱型柱現場安裝橫焊縫。

2. 小型焊接機器人在港珠澳大橋制造上的應用

港珠澳大橋工廠板單元制作應用了大型焊接機器人，取得良好的效果，但仍有很多焊縫受條件限制無法采用大型機器人焊接，為進一步提高港珠澳大橋鋼結構制造的自動化水平，提高焊接質量，研究應用了小型焊接機器人。

圖1 小型焊接機器人構成

表 1

表2 人工焊接和機器人焊接效率對比

（1）小型焊接機器人在鋼箱梁節段對接中的應用 港珠澳大橋鋼箱梁中斜底板與平底板傾斜夾角為38°，板厚16~24mm。在鋼箱梁節段對接時，斜底板向上爬坡對接焊縫采用單面V形坡口、預留5~8mm的間隙、背面襯陶質襯墊的坡口形式。

圖2 斜底板爬坡焊

在一般鋼箱梁制造工藝中，斜底板向上爬坡對接焊縫采用氣體保護半自動焊，人工焊接，這類焊縫單條長度一般在4~5m，且爬坡焊的焊接位置較差，焊工操作不便，對焊工的體力消耗大，焊縫質量不穩定，需要選拔身體素質好，技術水平高的焊工進行焊接。為了提高焊接質量，降低焊工勞動強度，改善焊工工作環境，港珠澳大橋CB01合同段鋼箱梁節段間斜底板向上爬坡對接焊縫采用了小型焊接機器人焊接（見圖2）。

（2）小型焊接機器人在索塔鋼錨箱焊接中的應用 港珠澳大橋青州航道橋第3～14對斜拉索錨固在索塔鋼錨箱上，鋼錨箱主體結構中側面拉板的板厚40mm，與端部承壓板間主角焊縫為鈍邊4mm的單側深坡口角焊縫。單條主角焊縫長度在2.5~3m，焊縫填充量大，為了控制焊接變形，鋼錨箱側面拉板與端部承壓板4條主角焊縫采用氣體保護焊，立位對稱接焊。為了提高焊接質量，降低焊工勞動強度，鋼錨箱主角焊縫采用了小型焊接機器人焊接（見圖3）。

焊后對焊縫進行外觀檢查，焊縫表面均勻，成形良好，無氣孔、夾雜及咬邊等缺陷，焊縫與母材過渡勻順，對接焊縫余高在3mm以內，符合標準要求。焊接24h后對焊縫進行超聲波檢測，斜底板對接焊縫內部質量符合GB11345—1989Ⅰ級要求，鋼錨箱主角焊縫內部質量符合TB10212—2009Ⅱ級要求，探傷合格率均為100%。經測算，焊接效率提高了20%以上，焊工無需具備較高的技能水平，工作條件改善，勞動強度大幅降低。小型焊接機器人在港珠澳大橋的應用受到監理和業主的好評，在提高焊縫質量的同時獲得了良好的經濟效益和社會效益。

圖3 鋼錨箱角焊縫焊接

3. 結語

小型焊接機器人氣體保護焊工藝方便靈活、適用性強，能夠在復雜環境下代替人工進行鋼結構件焊接作業，首次在港珠澳大橋制造中應用并取得了良好效果，提高了鋼橋梁的制造質量。目前，在我國大力發展鋼結構制造業和手工焊接作業人員日趨減少的階段，小型焊接機器人氣體保護焊工藝具有廣闊的推廣應用前景。