鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

楊振東 朱毅

通裕重工股份有限公司 山東德州 251200

近年來，在橋梁鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)化焊接工作中，受到諸多因素的影響，還存在很多的焊接質(zhì)量問題，不能確保鋼結(jié)構(gòu)的合理焊接處理。這就需要在實(shí)際工作中，樹立正確的觀念意識(shí)，遵循因地制宜的發(fā)展原則，在鋼結(jié)構(gòu)焊接工作中，合理地選擇焊接材料，積極開發(fā)先進(jìn)的機(jī)器人自動(dòng)化焊接技術(shù)，有效地提升自動(dòng)化焊接工作質(zhì)量和水平，從而滿足當(dāng)前的自動(dòng)化焊接工作要求。

1 自動(dòng)化焊接技術(shù)現(xiàn)狀

相較于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的焊接自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，盡管在制造模式、機(jī)器人焊接以及全過程計(jì)算機(jī)連貫信息處理系統(tǒng)等方面有相當(dāng)大的差距，但是經(jīng)過多年的發(fā)展，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)取得了許多成果和進(jìn)步，積累了大量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。在工藝方面，我國(guó)目前對(duì)于鋼橋焊接的主要方法有焊條電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、雙細(xì)絲埋弧焊等焊接方法，其中對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化焊接方法的鋼箱梁、板單元等構(gòu)件，在專用組裝胎架和反變形胎架配合的基礎(chǔ)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接、機(jī)器人焊接等高效焊接的方法，如在港珠澳大橋的建設(shè)制造中，對(duì)于其梁段制造的自動(dòng)化焊接過程中開發(fā)了U肋組裝和機(jī)器人定位系統(tǒng)、U形肋機(jī)器人焊接系統(tǒng)、隔板機(jī)器人焊接系統(tǒng)、小型焊接機(jī)器人等幾種自動(dòng)化焊接系統(tǒng)，不僅大大提高了焊接效率，同時(shí)也提高了其質(zhì)量和精度。在焊接自動(dòng)化材料方面，我國(guó)經(jīng)歷了低碳鋼、低合金鋼、高強(qiáng)度鋼的發(fā)展過程，目前多采用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的Q345、Q370、Q390和Q420級(jí)別鋼板，隨著相關(guān)工程要求的提高和技術(shù)的發(fā)展，又研發(fā)并應(yīng)用了強(qiáng)度級(jí)別更高的Q500qE鋼，它不僅強(qiáng)度要求更高且對(duì)于其采用的焊條、氣體保護(hù)焊絲、埋弧焊絲和焊劑等焊接材料也提出了更高的要求。另外，為了減少鋼結(jié)構(gòu)橋梁的維護(hù)費(fèi)用及環(huán)境影響，對(duì)于橋梁所用的耐候鋼也提出了更高的要求，為此，各大鋼廠參照美標(biāo)ASTM G101開發(fā)了耐海洋和大陸氣候腐蝕的耐候鋼，與此同時(shí)，相應(yīng)的對(duì)焊接材料也提出了更高的要求。最后，機(jī)器人焊接用高效焊接材料也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其隨著Q500級(jí)橋梁鋼的推廣應(yīng)用，工藝性能好、高強(qiáng)度、高韌性的機(jī)器人焊接用金屬粉型氣體保護(hù)焊藥芯焊絲的用量將會(huì)逐漸推廣開來。在焊接設(shè)備方面，焊接電源已經(jīng)由傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)直流電源改為逆變電源，新型的電源質(zhì)量輕、效率高、節(jié)約電能，已在焊接自動(dòng)化技術(shù)中廣泛推廣使用。對(duì)于焊機(jī)，過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)一直使用仿蘇的有級(jí)調(diào)速的MZ1-1000M自動(dòng)埋弧焊機(jī)，直到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多焊機(jī)廠家都開發(fā)出的逆變式自動(dòng)埋弧焊機(jī)的出現(xiàn)，我國(guó)才有了真正意義上的自動(dòng)焊接設(shè)備，大大提高了我國(guó)的裝備水平。另外，我國(guó)已有多種ICBT逆變電源分體或同體CO2、半自動(dòng)焊機(jī)、藥芯半自動(dòng)焊機(jī)、MIG/MAG半自動(dòng)焊機(jī)有脈沖或無脈沖、多用途氣保護(hù)焊機(jī)、自動(dòng)氣保護(hù)焊機(jī)供用戶選用，這些設(shè)備將會(huì)在以后的鋼橋自動(dòng)化焊接中發(fā)揮重要作用。在自動(dòng)化焊接系統(tǒng)集成方面，目前常見有兩種實(shí)現(xiàn)方法，分別是自行門架結(jié)合焊接機(jī)器人、自行門架結(jié)合多頭雙絲焊接專機(jī)。這兩者最大的區(qū)別是焊接路徑的實(shí)現(xiàn)，前者可以通過編程預(yù)設(shè)、視覺跟蹤和電弧跟蹤等方式實(shí)現(xiàn)，而后者只能通過導(dǎo)向輪進(jìn)行機(jī)械跟蹤來實(shí)現(xiàn)。這兩種方法的適用條件還是要根據(jù)工件實(shí)際情況來進(jìn)行選擇[1]。

2 自動(dòng)化焊接技術(shù)難點(diǎn)和展望

盡管焊接自動(dòng)化技術(shù)相較于傳統(tǒng)焊接優(yōu)點(diǎn)眾多，目前對(duì)于其大規(guī)模的推廣使用仍存在一定難點(diǎn)，第一便是異形構(gòu)件和批量生產(chǎn)的問題，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件單體質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一、批量較小且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)的原因，使得鋼結(jié)構(gòu)橋梁難以形成大規(guī)模的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)[2]。第二受焊接位置的影響，難以實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，目前多數(shù)的自動(dòng)化焊接以平焊為主，少數(shù)涉及到立焊位置的焊接，當(dāng)焊接在仰焊位置時(shí)，自動(dòng)化焊接便會(huì)受到極大影響，難以實(shí)現(xiàn)其預(yù)設(shè)目標(biāo)，如在港珠澳大橋的箱梁的腹板、橫隔板與頂板的仰角焊縫就難以采用自動(dòng)化焊接。第三便是焊接材料，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁跨度和強(qiáng)度都在不斷提高，對(duì)焊接材料也提出了更高的要求，高強(qiáng)度、高耐候的材料需要被研制。第四便是焊接裝備的影響，目前雖然有焊接機(jī)器人，但是生產(chǎn)模式還是依照傳統(tǒng)模式，許多構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜和受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，無法采用大型的焊接機(jī)器人作業(yè)，需要對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和改進(jìn)。根據(jù)以上焊接自動(dòng)化應(yīng)用的幾個(gè)難點(diǎn)，不難知道以后發(fā)展的幾個(gè)方向，首先便是鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，這需要橋梁設(shè)計(jì)和制造的相互配合，使得橋梁構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，為大規(guī)模的焊接自動(dòng)化提供基礎(chǔ)。其次便是要不斷開發(fā)新型的材料和焊接材料，為以后的大跨度、重載荷和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)橋梁生產(chǎn)制造提供可能性。最后便是要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和規(guī)模特點(diǎn)研制小型的焊接機(jī)器人和特定位置的焊接機(jī)器人，為全方位、全周期焊接自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供設(shè)備支持[3]。

3 結(jié)語

在鋼橋制造的過程中，必須采用埋弧焊或者氣體保護(hù)焊置換的方法，而我國(guó)主要依靠人工作業(yè)方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件制造，人工作業(yè)對(duì)工人的技術(shù)和安全有一定要求，還會(huì)造成物料的過度使用，最重要的是構(gòu)件質(zhì)量嚴(yán)重依靠工人的技術(shù)水平，這樣就導(dǎo)致橋梁的焊接質(zhì)量與水平無法做到精確控制，難以大批量生產(chǎn)高質(zhì)量的構(gòu)件。隨著計(jì)算機(jī)和焊接設(shè)備的發(fā)展，自動(dòng)化焊接技術(shù)得到了極大的發(fā)展，相較于傳統(tǒng)的人工作業(yè)，自動(dòng)化焊接可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量的焊接，有效的提高了鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，節(jié)省了大量的人力和物力，得到了綜合成本最低的構(gòu)件。