機器人焊接結構件內檔工藝改進方法

楊忠寶，肖健，張金濤，陳俊偉

（山東塔高礦業機械裝備制造有限公司，山東泰安，271400）

焊接是液壓支架產品制造中最為主要的加工工藝，占其總生產周期的50%以上。按目前國內液壓支架產品的年產量計算,每年用于液壓支架生產的鋼材用量約為200多萬t, 而焊縫充填量占工件總重量的3% ~ 4% ,焊絲的有效消耗量達8萬t，焊接量非常大。然而，由于結構的特殊性和焊接工藝的復雜性，液壓支架目前還以手工焊接為主，工人勞動強度大，且無法保證焊接工作的穩定性和焊接質量的一致性，生產效率也無法進一步提高。液壓支架智能化焊接的必要性表現在：

（1）高端液壓支架結構及材料的特殊性要求實現智能化焊接

高端液壓支架結構件主要是形狀復雜的格子間結構，內部焊縫密集，以短距離、立體式交叉焊縫為主；手工焊接頻繁的引弧、收弧不利于焊縫質量的提高，而且一些狹小空間內，手工焊接難以到達，造成虛焊、漏焊。此外，高端液壓支架廣泛采用低合金高強度鋼（Q460-Q690）進行制造，為避免冷裂紋傾向，需要對工件進行整體焊前預熱，預熱溫度100℃至150℃不等，即使在炎熱的酷暑也是如此, 工人作業環境非常惡劣，必須采用焊接機器人代替工人在此環境下工作。

（2）液壓支架功能的特殊性要求實現智能化焊接

液壓支架作為綜合機械化采煤成套設備的重要組成部分，其作用不僅是支護頂板、維護安全作業空間，而且還要推動工作面輸送機和采煤機前移，是聯系井下圍巖和工作面裝備的中樞，對其結構可靠性要求是最高的，液壓支架損壞將直接導致工作面生產停止。高質量的焊縫是液壓支架結構可靠性的根本保證。人工施焊受到心理、生理條件變化以及周圍環境的干擾,難以較長時間保持焊接工作穩定性和一致性,最終會造成焊接質量的不穩定。

（3）振興裝備制造業，提高行業核心競爭力要求實現智能化焊接

為研發建設我國首個高端液壓支架智能焊接加工車間示范工程，實現液壓支架焊接加工智能化，制造流程自動化，參數及圖像自動記錄及質量追溯，系統故障自動診斷，工件自動上下料和車間生產管理信息化，提高我國高端液壓支架的制造能力和水平，實現高端液壓支架國產化，替代進口，形成我國高端液壓支架智能化生產制造的核心技術，塔高公司承攬了“高端液壓支架智能焊接加工車間”項目 ,隨著項目推進，各項生產工藝必須進一步改進完善。

山能重裝集團按照《中國制造2025》總體規劃要求，積極展開科技創新，從德國及日本進口了50臺高智能焊接機器人，原本產能規劃為1000噸結構件焊接量每月，但實際生產狀況遠未達到要求，頂梁、掩護梁等結構件內檔機器人焊接效率相對較低，并且部分焊縫存在質量問題，焊縫返修耗費人力物力，因此我們對此進行攻關，保證產品質量，提高生產效率。

公司引進設備開始使用智能焊接機器人時因沒有相關使用經驗、沒有成熟的智能焊接工藝，因此以手工焊接工藝為基礎，進行試驗焊接生產。手工焊接工藝要求結構件焊接順序為先整體打底再進行整體填充焊接；以工件平放時狀態為準，打底焊接順序為先焊正面平面（筋板與底板、主筋與底板）焊縫，再焊正面立面（筋板與主筋）焊縫，最后焊接（底板）背面焊縫；填充焊縫焊接順序為先焊背面焊縫，再焊正面立面焊縫，最后焊正面平面焊縫。

焊接結構件內檔機器人及工作狀態如下面照片所示：

按照原手工焊接順序焊接，工件正面打底焊接完成后需拆夾翻轉工件，焊完背面焊縫，然后再翻轉工件重新進行裝夾，由于存在裝夾位置誤差，導致正面填充焊接焊縫出現偏焊、未熔合等一系列質量問題。

針對暴露出來的問題進行了工藝改進，先將背面焊縫全部焊完，再分別打底、填充焊接正面焊縫。經過實踐表明部分結構件焊后正面崩裂，導致無法繼續使用機器人焊接。

再次更改焊接順序，先將正面焊縫分別打底、填充焊接完成，再焊背面焊縫。按此焊接順序，類似整體頂梁結構形式（如下照片所示），焊后前端（圓鋼）處變形量大，前端耳板同軸度無法保證。

綜合以上試行焊接工藝優缺點后，現行工藝改為在成型工序對定位焊進行加固，先焊接結構件背面焊縫，再焊接結構件立面焊縫，最后焊接結構件平面焊縫，目前工件焊后未再出現前述質量問題。

山能重裝塔高公司通過引進智能焊接裝備，并通過試驗取得相符合的施工工藝，改變了傳統的結構件手工焊接生產模式，形成了以機器人焊接為主，人工補焊為輔的生產作業模式。智能焊接機器人可長時間的穩定作業，有效保證了焊接質量，增強了液壓支架整機可靠性，同時提高了生產效率并極大改善了員工作業環境，取得了良好的經濟及社會效益。