焊接智能化的研究現狀及應用

張棟梁

摘 要：我國焊接技術的智能化和自動化是行業發展的主要趨勢，可以通過對焊接工藝的優化來適應新型材料的使用，也可以通過焊接機器人的推廣來提高技術的精確度，推動整個生產線自動化和柔性化發展等，都可以進一步優化焊接技術，也是為了將焊接技術推廣到其他行業的必然要求，是促進國家制造業進步的重要措施。

關鍵詞：焊接智能化;研究;應用

1 焊接工藝自動化技術現狀

我國焊接技術實現自動化的戰略目標是實現焊接生產自動化實踐的過程，將計算機用于輔助設計和工業制作。整個焊接技術發展新局面的誕生是焊接機器人的出現，機器人自動化焊接在各行各業都有所應用，但是在汽車制作公司的應用，是焊接機器人應用的主要領域。焊接技術自動化的表現在于節能化的焊機和弧焊機。這兩種機器的出現對整個行業的發展起到了重要的推動作用：（1）焊接智能化應用具有很高的靈活性，有助于提升經濟效益，得到了較為廣泛的使用。在進口零部件方面，還會受到國際貿易限制因素的影響，無法合理促進生產工作實施，例如，在零部件損壞之后，需要進行產品的更新，但是更新成本很高，無法滿足當前的智能化改革需求。（2）焊接過程復雜和勞動強度大的焊接作業，均以自動化的焊接手段來實現。焊接自動化的分布情況基本是合資品牌大于自主品牌，暢銷車型大于非常小車型，豪華車大于經濟車型，傳統造車企業大于新能源企業。整體呈現成本/利潤導向的模式。

2 焊接工藝智能化的應用

目前焊接工藝智能化主要體現在三個方面，一是生產作業實現手段的智能化;二是焊接過程控制的智能化;三是分析診斷過程智能化。

（1）生產作業實現手段的智能化。近年來，機器視覺技術以其高精度、高自動化等特點已被廣泛應用于工業測量、工業檢測和識別等領域。視覺焊接機器人通過工業CCD相機采集圖像，再經過圖像預處理過程得到較為清晰的焊縫中心線的圖像，計算機再將焊縫圖像中心線特征點的坐標反饋到焊接機器人的控制系統，讓焊槍沿著焊縫中心線進行焊接，從而完成焊接的整個過程。

其整個系統是一個閉環的控制系統，可以根據焊縫圖像來實時調整焊槍的姿態角度和運行軌跡，因此具有較高的焊接精度和焊接質量。

（2）焊接過程控制智能化。自動化一體調節焊接參數的智能化技術出現時，將整個操作都更加簡單化和便捷化，智能化程度也越來越高。焊接過程控制智能化的發展相對成熟，無論是人工電阻焊的控制設備還是自動焊的控制設備均由較為普遍的使用。

（3）分析診斷過程智能化。專家診斷系統和在線檢測技術的應用，使得焊接質量檢測不再困難。以往的焊接質量檢查基本是由專業人員在離線狀態下通過抽樣進行晶相分析、磁粉探傷、超聲波探傷等手段進行，同時檢測周期長，由于是抽樣測試存在檢測風險。專家診斷系統級在線檢測技術的使用僅限于對焊接質量要求高的豪華車的特種材料焊接中。

國際上目前將故障診斷方法歸類為基于解析模型、基于信號處理和基于知識的故障診斷3種方法。每種方法的具體分類情況如圖1所示。

焊接專家系統是指專門設計的用以模仿某領域專家的知識和推理方法，并能像人類專家一樣解決特定領域的復雜問題的計算機軟件系統。與常規計算機程序相比，具有知識大多是被個人擁有的專家知識、輸出結果通常是建議或選擇、推理過程可了解等顯著特點。在故障診斷中，專家系統可以將診斷故障和原因之間的關系通過特定的推理機制推導潛在故障模式，并搜索故障原因。

3 汽車車身焊接技術自動化和智能化

3.1 汽車產業升級

在汽車產業高速發展的今天，隨著汽車行業生產節奏的加快，汽車生產在保證質量的同時，也追求產量，提高規模效益。一個汽車產品的生命周期只有3～5年，隨著產品的升級，汽車焊接生產線也隨之升級，原有自動化、柔性化程度較低的生產線逐漸退出歷史舞臺，取而代之的是自動化程度更高、柔性程度更高的現代化焊接生產線。

自動化成為汽車車身焊接生產線的發展方向，焊接機器人也順應時代發展技術和行業要求誕生。焊接機器人是獨立操作的個體，動作自由度較高、程序靈活，且自動化程度以及柔性程度都較高。焊接方面主要是點焊機器人和弧焊機器人。

3.2 汽車產品新材料帶動新技術

汽車的輕量化發展，越來越多的新型材料得到應用，一些新型的金屬材料以及高強度的有機合成材料等，都是未來焊接技術的主要焊接材料。為了適應新的材料，有許多新型焊接技術的出現，如擴散焊，擴散焊的接頭性能可與母材相同，特別適合于焊接異種金屬材料、石墨和陶瓷等非金屬材料、彌散強化的高溫合金、金屬基復合材料和多孔性燒結材料等。

新車型在設計階段還可以運用智能化的仿真技術進行疲勞性能以及沖擊性能等綜合考慮，做出適用性方面的性能評價。運用計算機和信息技術，對焊接過程中的質量分析和優化有著重要意義。而對技術準備以及質量檢驗等環節方面提高要求，也有利于企業的管理和決策。

4 結束語

電子信息及計算機技術的發展，加快了焊接工藝研究的進程，新的工藝方法和新的工藝手段不斷在生產實際中得到實現。本文探討汽車車身焊接的智能化與自動化的現狀及發展趨勢。

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