船舶外場(chǎng)智能機(jī)器人焊接工藝及應(yīng)用策略

摘" " 要：本文以某船舶外場(chǎng)EH36鋼材的智能化焊接法為例，對(duì)智能焊接機(jī)器人工藝在船舶外場(chǎng)焊接中的應(yīng)用進(jìn)行分析。希望通過本次的分析，可以為智能焊接機(jī)器人的合理應(yīng)用與此項(xiàng)焊接工藝質(zhì)量的提升提供一定參考。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；船舶外場(chǎng)；EH36鋼材；焊接工藝

中圖分類號(hào)：U671.8" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Ship Outfield Intelligent Robot Welding Technology and

Application Strategy

LI Wenjian

（ China Classification Society Certification Co.， Ltd. Hainan Branch，" Haikou 570203 ）

Abstract： This article takes the intelligent welding method of EH36 steel in a certain ship's external field as an example to analyze the application of intelligent welding robot technology in ship external field welding. I hope that this analysis can provide some reference for the rational application of intelligent welding robots and the improvement of welding process quality.

Key words： intelligent robot; ship field; EH36 steel; welding method

1" " "引言

在對(duì)船舶外場(chǎng)的EH36鋼材進(jìn)行智能化焊接時(shí)，工作人員首先需要對(duì)智能焊接機(jī)器人做到充分了解，明確其主要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)；然后再結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行智能焊接機(jī)器人焊接工藝評(píng)定；并以此為依據(jù)，采取合理的措施來控制其焊接質(zhì)量。通過這樣的方式，才可以充分發(fā)揮出智能焊接機(jī)器人的作用與優(yōu)勢(shì)，最大限度確保此項(xiàng)焊接工藝質(zhì)量。

2" " "智能焊接機(jī)器人及其在船舶外場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1" "智能焊接機(jī)器人基本情況

智能焊接機(jī)器人是焊接工作中專用的一種機(jī)器人，通常情況下，此類機(jī)器人是由機(jī)器人本體、擺動(dòng)結(jié)構(gòu)、控制箱、示教器、控制轉(zhuǎn)換器、焊接電源、焊接導(dǎo)軌、焊槍、送絲裝置、防干擾變壓器、激光跟蹤定位傳感器、送絲電纜、電磁開閉器控制電纜等組成。其中的控制箱主要負(fù)責(zé)對(duì)該機(jī)器人的顯示、操作及其電源、電弧等開關(guān)進(jìn)行控制。示教器主要負(fù)責(zé)對(duì)該機(jī)器人的開始、停止、焊接動(dòng)作及其畫面顯示進(jìn)行控制。通過這些主要組成部分的協(xié)調(diào)合作，便可使智能焊接機(jī)器人在實(shí)際的焊接工作中達(dá)到良好的自動(dòng)化與智能化控制效果，以此來擺脫傳統(tǒng)的人工控制模式，使焊接工作真正實(shí)現(xiàn)智能化的發(fā)展[1]。圖1為智能焊接機(jī)器人實(shí)拍圖。

2.2" "智能焊接機(jī)器人在船舶外場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

就目前來看，智能焊接機(jī)器人在船舶外場(chǎng)焊接作業(yè)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾方面：1）該機(jī)器人的編程十分精準(zhǔn)，執(zhí)行能力非常強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)工作，從而顯著提升船舶外場(chǎng)的焊接生產(chǎn)效率；2）憑借著精準(zhǔn)的編程與智能化控制，機(jī)器人可在船舶外場(chǎng)焊接中實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量及其穩(wěn)定性的有效控制，避免傳統(tǒng)焊接工藝中人為因素所導(dǎo)致的誤差或損失等情況，從而實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的有效保障和焊接材料的合理節(jié)約；3）因機(jī)器人可完全實(shí)現(xiàn)智能化的操作與控制，焊接生產(chǎn)中不需要人工操作，可顯著降低船舶外場(chǎng)焊接中的人工成本；4）此類機(jī)器人在船舶外場(chǎng)危險(xiǎn)性焊接作業(yè)中十分適用，通過該機(jī)器人的合理應(yīng)用，可有效避免焊接工人受到不必要的傷害，具有非常高的安全性；5）此類機(jī)器人可根據(jù)船舶外場(chǎng)焊接工作的實(shí)際需求來合理實(shí)施自身編程的調(diào)整與優(yōu)化，從而可適應(yīng)各種條件下的船舶外場(chǎng)焊接工作需求[2]。憑借著這些優(yōu)勢(shì)，智能焊接機(jī)器人受到了現(xiàn)代船舶建造業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，而其應(yīng)用策略也成為了相關(guān)單位和研究者的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。

3" " 船舶外場(chǎng)智能焊接機(jī)器人的主要應(yīng)用策略分析

智能焊接機(jī)器人實(shí)施船舶外場(chǎng)焊接作業(yè)的過程中，其主要的應(yīng)用策略包括以下幾方面：第一是鋼板材料與焊材質(zhì)量的合理匹配；第二是焊接工藝的科學(xué)評(píng)定；第三是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人的合理操作。以下是此類機(jī)器人主要的應(yīng)用策略分析。

3.1" "鋼板材料與焊材質(zhì)量的合理控制

針對(duì)船舶外場(chǎng)焊接施工中的EH36鋼材，在通過焊接機(jī)器人進(jìn)行智能化焊接的過程中，一項(xiàng)首要策略就是合理控制鋼板材料與焊材質(zhì)量。

對(duì)于EH36鋼材，在具體的質(zhì)量控制中，工作人員需要根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)規(guī)定的碳當(dāng)量計(jì)算方法來計(jì)算其碳當(dāng)量，使其控制在0.25%～0.40%之間[3]。比如，在本次焊接項(xiàng)目中，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所選的EH36鋼材厚度是25.5 mm，其抗拉強(qiáng)度是546 MPa，屈服強(qiáng)度是430 MPa，-40℃條件下的沖擊吸收功均值是339 J。其化學(xué)成分中的C含量是0.11%，Mn含量是1.36%，Cu含量是0.09%；Ni含量是0.06%，Cr含量是0.06%，Mo含量是0.027%，V含量是0.001%。通過國(guó)際焊接學(xué)會(huì)碳當(dāng)量計(jì)算方法計(jì)算之后得出，其碳當(dāng)量為0.34%，處在0.25%～0.40%之間，由此可判斷該鋼材具有良好的焊接性能。

對(duì)于焊接材料，本次焊接中選擇的是牌號(hào)Supercored 71藥芯焊絲，其直徑是1.2 mm，抗拉強(qiáng)度是549 MPa，屈服強(qiáng)度是459 MPa，-20℃條件下的沖擊吸收功均值是105 J。其化學(xué)成分的實(shí)測(cè)值為：C含量為0.04%，Si含量為0.38%，Mn含量為1.39%，P含量為0.009%，S含量為0.008%，均滿足AWS A5.36 、GB/T 10 045 E501T-1標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可判斷該焊接材料的質(zhì)量合格。

將上述鋼板材料以及焊接材料合理應(yīng)用到此次全自動(dòng)智能化焊接工藝中，通過智能焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接施工，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫力學(xué)性能的初步控制。

3.2" "焊接工藝的科學(xué)評(píng)定

本次試驗(yàn)的試板尺寸為1000 mm（長(zhǎng)）×200 mm（寬）×25.5 mm（厚），焊接坡口開成V型，角度控制在40°，間隙預(yù)留出8 mm，試板背面粘貼陶質(zhì)CO2焊襯墊，采用二氧化碳藥芯焊絲實(shí)施焊接。因顧及到船舶外場(chǎng)的焊接坡口間隙不夠均勻，所以研究者先通過半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的方式來完成打底工作，之后再通過智能焊接機(jī)器人來實(shí)施填充以及蓋面焊接[4]。為使此項(xiàng)焊接工藝具備更好的實(shí)用性，研究者還進(jìn)行了完全通過智能焊接機(jī)器人打底、填充以及蓋面焊接工藝的試驗(yàn)，并結(jié)合該船舶外場(chǎng)實(shí)際的生產(chǎn)情況，研究了45°坡度條件下的立焊工藝。表1為45°坡度的智能焊接機(jī)器人立焊工藝參數(shù)情況。

同時(shí)，在此次試驗(yàn)中，研究者還對(duì)焊接后的構(gòu)件實(shí)施了沖擊、拉伸、彎曲以及硬度等力學(xué)性能檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有的檢測(cè)結(jié)果均符合船級(jí)社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由此可判斷，基于智能焊接機(jī)器人的船舶外場(chǎng)EH36鋼材焊接工藝質(zhì)量完全合格。

3.3" "現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人的合理操作

在船舶外場(chǎng)EH36鋼材的智能化焊接中，智能機(jī)器人的合理操作至關(guān)重要。本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)者結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，總結(jié)出了以下幾項(xiàng)操作技巧：1）焊接時(shí)應(yīng)了解焊接環(huán)境風(fēng)速，并以此為依據(jù)來合理控制二氧化碳保護(hù)氣體流量；2）合理控制焊絲干伸長(zhǎng)度，起弧前剪絲及清除噴嘴內(nèi)飛濺，并調(diào)整焊絲角度，以免噴嘴觸碰斜立板坡口；3）在智能焊接機(jī)器人上安裝好焊槍，合理調(diào)整軌道位置，使焊接坡口不超出機(jī)器人行程范圍；4）調(diào)整智能焊接機(jī)器人動(dòng)作時(shí)應(yīng)對(duì)其前后軸進(jìn)行遙控，對(duì)其行程范圍做出科學(xué)確定；5）焊接斜立板時(shí)，工作人員應(yīng)在設(shè)備啟動(dòng)后將后退角設(shè)置為合理的度數(shù)，這樣才可以確保智能焊接機(jī)器人的焊接操作到位，從而達(dá)到正常焊接效果[5]。表2為本次研究中的智能焊接機(jī)器人主要操作參數(shù)設(shè)置情況。

4" " nbsp;船舶外場(chǎng)智能焊接機(jī)器人焊接質(zhì)量控制策略

在通過智能焊接機(jī)器人實(shí)施船舶外場(chǎng)焊接的過程中，為使其焊接質(zhì)量得到良好控制，工作人員需采取以下幾方面的策略。

4.1" "安裝防風(fēng)裝置

為智能焊接機(jī)器人設(shè)置合理的防風(fēng)裝置，以免焊接現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速過大對(duì)其焊接質(zhì)量的不良影響。例如可以建立擋風(fēng)墻，在智能焊接機(jī)器人周圍建立圍欄或屏風(fēng)，以阻擋外部風(fēng)力直接影響焊接區(qū)域。可以使用金屬板等堅(jiān)固材料搭建擋風(fēng)墻。同時(shí)需要安裝風(fēng)向標(biāo)，在焊接現(xiàn)場(chǎng)安裝風(fēng)向標(biāo)，用于準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)向，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)的顯示情況，可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和防范措施，例如改變焊接方向或增加防風(fēng)措施。還可以利用細(xì)小孔徑材料，在焊接區(qū)域周圍設(shè)置有細(xì)小孔徑的屏障，可以有效地減小風(fēng)力對(duì)焊接區(qū)域的影響。這些屏障可以是金屬網(wǎng)、微孔玻璃板等，可以允許熱傳導(dǎo)和氣體排出，同時(shí)減小風(fēng)速。最后使用風(fēng)速監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速情況。當(dāng)風(fēng)速超過一定限制時(shí)，可以及時(shí)采取措施，例如中斷焊接工作或調(diào)整氣體流量，以確保焊接質(zhì)量。

4.2" "外場(chǎng)機(jī)器人焊接電力、數(shù)據(jù)和監(jiān)視保障措施

為了確保智能焊接機(jī)器人的焊接質(zhì)量，船舶外場(chǎng)焊接包括多個(gè)關(guān)鍵的措施。其中之一是提供UPS（不間斷電源）、備用電源或應(yīng)急電源裝置。船舶外場(chǎng)焊接過程中可對(duì)智能焊接機(jī)器人加裝UPS，可以確保智能焊接機(jī)器人在主電源突然中斷時(shí)能夠連續(xù)供電，保障數(shù)據(jù)的完整性，避免數(shù)據(jù)缺失對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，便于后續(xù)的恢復(fù)工作。

此外，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)也是船舶外場(chǎng)焊接的核心。通過設(shè)置或連接數(shù)據(jù)備份設(shè)備，可以實(shí)時(shí)備份關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如焊接參數(shù)和工作數(shù)據(jù)。即使發(fā)生斷電或數(shù)據(jù)丟失的情況，備份系統(tǒng)能夠快速恢復(fù)數(shù)據(jù)，并使焊接工作重新開展。

最后，建立可視化監(jiān)控系統(tǒng)也是船舶外場(chǎng)焊接的一部分。通過安裝攝像頭或其他傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能焊接機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生斷電或其他異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警并提供相應(yīng)提示，以確保數(shù)據(jù)的完整性和及時(shí)處理。

4.3" "焊縫直線度控制

智能焊接機(jī)器人的焊縫直線度對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要，為了實(shí)現(xiàn)良好的焊接效果，工作人員需要在起弧檢查和熔池調(diào)整控制方面嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)程序。

在焊接前，工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查焊接設(shè)備的起弧裝置，確保其正常工作。通過調(diào)整焊槍或焊嘴與工件的距離，并根據(jù)工作要求調(diào)整氣體供應(yīng)量等參數(shù)。

在焊接過程中，工作人員需要精確控制熔池的大小和位置，以保證焊縫的直線度。通過調(diào)整焊槍或焊嘴的角度、焊槍擺幅、氣體流量和焊接速度，可以有效控制熔池的形狀和溫度分布，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠。

5" " "結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代船舶外場(chǎng)焊接作業(yè)中，智能焊接機(jī)器人是一種新穎的智能化焊接設(shè)備。通過該設(shè)備的合理應(yīng)用，可使其焊接質(zhì)量、效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性等都得到良好控制。基于此，相關(guān)單位與工作人員一定要注重此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際情況與具體的焊接工藝需求等，將其合理應(yīng)用到實(shí)際的船舶外場(chǎng)焊接作業(yè)中，以此來充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)船舶外場(chǎng)焊接作業(yè)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展。

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