非標設備在自動焊接工藝中的應用研究

李宗旺

（江門市科業電器制造有限公司，江門 529075）

在當今的工業制造領域，自動焊接技術是保證產品性能的重要技術。雖然自動焊接技術提高了生產效率，但是它仍然面臨著焊接質量控制、成本優化和市場需求適應等多重挑戰。本研究著眼于非標準設備的技術應用，分析其在自動焊接工藝中的作用，探討如何通過定制化設計和集成先進控制系統，如可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系統和計算機數控（Computer Numerical Control，CNC）系統，優化焊接參數，控制焊接質量，降低成本。分析非標設備在提升焊接效率和質量方面的優勢，并結合實際案例，展示其解決自動焊接挑戰的能力。

1 非標設備概述

非標設備，即非標準化設備，指通過特別定制或特定制造以滿足特殊工業生產需求的設備。在自動焊接領域，這類設備通過與先進的控制系統（如PLC系統和CNC 系統）進行集成，顯著提升了焊接工藝的精度和一致性。非標設備能夠進行定制化設計，適應復雜和多變的工業生產需求，優化焊接參數，控制焊接質量，降低生產成本，從而有效提高生產效率和產品質量。在自動焊接過程中應用此類設備，不僅解決了傳統焊接面臨的質量控制和成本優化方面的挑戰，還能精確執行復雜的焊接任務，增強工業制造行業的市場競爭力。目前，非標設備在工業制造中扮演著至關重要的角色，為技術創新和行業發展提供了強有力的支撐。

應用非標設備的核心目的在于為特定的工業制造提供定制化解決方案。例如，在工業制造中，非標設備能夠精確處理復雜的焊接任務，這是傳統方法難以實現的功能[1]。在葉輪制造過程中，精確焊接保證了葉片的均衡性和耐用性。通過高級的控制系統和精確的運動控制技術，非標設備實現了復雜的焊接功能，提高了產品的質量和性能。

非標設備的設計涉及如下內容。第一，高級控制系統。集成先進的PLC 或CNC 技術，精確控制焊接過程，控制內容包括速度、路徑和溫度。第二，自適應焊接技術。根據不同的任務和材料類型調整焊接參數，優化焊接過程。第三，精確的運動控制。使用高精度伺服電機和精細調校的機械臂，在三維空間中執行焊接任務[2]。第四，耐用材料和結構設計。確保長期高強度工作的可靠性和耐用性。

2 非標設備的技術優勢

在處理不規則形狀或多材料工件時，非標設備展現出獨特的優勢。例如，對于工業風扇的葉輪焊接，非標設備能夠根據葉輪的形狀和材質，自動調整焊接路徑和速度，確保焊接接頭的均勻性和強度。在重型機械制造過程中，非標設備主要用于焊接大型構件。傳統的焊接方法處理大型、形狀不規則部件較為困難。非標設備通過其高級的控制系統，能夠精確導航焊接路徑，即使對于復雜的幾何形狀也能保持焊接質量。此外，通過自適應技術，非標設備能夠根據不同部件的厚度和材質自動調整焊接參數，確保焊接深度和強度一致。

非標設備利用先進的控制系統，如PLC 系統和CNC 系統，高度精確控制焊接過程[3]。這些系統能夠精確調節焊接參數，如速度、路徑、溫度及壓力等，確保焊接質量具有的一致性。

此外，非標設備能夠適應多樣化的焊接需求。通過自適應焊接技術，這些設備可以根據不同的工件材質和厚度自動調整焊接參數，從而在保持焊接質量的同時提高效率。在處理復雜的三維結構時，非標設備使用高精度伺服電機和精細調校的機械臂，可以在復雜的空間路徑上執行精確的焊接任務，這對于工業風扇的葉輪制造等復雜產品至關重要[4]。非標設備的使用還顯著提高了生產效率和靈活性。在大型或異形工件的焊接中，如風扇葉輪或其他大型機械部件，非標設備通過其高級控制系統和靈活的機械結構，可以快速適應不同的生產需求。這種靈活性使得生產線能夠迅速調整以適應市場變化，同時能有效減少材料浪費和生產成本。

非標設備在自動焊接工藝中的應用不僅提高了焊接質量和效率，還為適應多變的市場需求提供了有效的技術支持。通過技術創新，非標設備能夠滿足現代工業生產中對高效率和高質量焊接的嚴格要求。

3 非標設備的應用

定制化焊接設備的應用顯著提升了焊接質量和生產效率。以定制化的桑塔納后橋焊接生產線為例，該生產線采用特殊設計的工作站結構，結合專門設計的夾具和自動化搬運系統，旨在提升效率和質量。工作站配備了2 套夾具，安裝在可移動的滑動小車上，使得帶有工件的2 個夾具可以輪流進入焊接區進行作業，操作人員可同時在另一側進行裝卸工作。這種交叉作業的模式，實現了焊接與工件裝卸同步進行，節約了30%的時間，提高了生產效率。定制化的雙夾具滑軌系統通過2 條滑軌向焊接站持續供料，不僅保持了高度可靠性，而且對焊接工件的外形和尺寸具有一定的適應性，通常適用于直徑不超過0.6 m 的工件。

在生產線上應用這種定制化的焊接設備，顯著提高了焊接效率，同時保持了工件的高質量和一致性。通過引入高度自動化的焊接工藝，大幅減輕勞動強度，改善作業環境，并確保焊接質量的穩定性。這種設備在POLO 下搖臂焊接生產線等多個場合均得到了有效應用，展示出定制化焊接設備在工業制造中的廣泛適用性和顯著效益。

3.1 應用案例

在帕薩納后橋焊接生產線上，通過高度自動化的焊接工藝和非標設備，顯著提高了焊接效率。在帕薩納后橋焊接生產線中，特別定制的非標設備起到了關鍵作用。這些設備包括專門設計的夾具和變位機，均是為了滿足特定的焊接需求而定制的。例如，設計的夾具能夠適應各種復雜的車架結構，而變位機則能夠精確調整工件位置，便于機器人焊接。這些非標設備的設計不僅提高了焊接的準確性和效率，而且極大減少了因設備限制造成的生產中斷。

該生產線采用了帶變位機的回轉工作臺+焊接機器人的工作站。工作站由2 副帶變位器的夾具和1 個轉臺組成，結構緊湊。2 副夾具可以同時進行不同的焊接程序，滿足不同的工藝要求。在該系統運行過程中，當機器人在一副夾具上焊接工件時，操作工可以在另一副夾具上進行裝卸工作。這種布局可以提高機器人的利用率，是目前使用最廣泛的一種形式。

為提升焊接質量的穩定性，采用了工具中心點（Tool Center Point，TCP）自動校零技術。該技術通過激光傳感器和固定支座，記錄焊槍經過TCP 支座時的數據，并與最初設定值進行比較。當TCP 發生偏離時，機器人自動運行校零程序，調整各軸的角度，快速恢復TCP 零位，以減少焊槍與夾具的碰撞。

該工具站應用廣泛，在別克副車架焊接線、賽歐后橋焊接線、帕薩特副車架焊接線等多個生產線上均有應用。通過高度自動化和技術創新，不僅顯著提升了生產線的效率和焊接質量，而且降低了勞動強度，改善了勞動環境。

3.2 應用成效分析

在使用高度自動化的焊接系統后，焊接效率提高了約30%，焊接質量也得到顯著提升。這主要是因為應用的高度定制化的非標設備，更適應特定的焊接需求和工藝，可以實現更加高效和精準的焊接操作。例如，通過將特別設計的夾具和變位機與焊接機器人相配合，使機器人在一副夾具上焊接工件時，操作工可以在另一副夾具上裝卸工件，從而使機器人的利用率超過90%。

在焊接質量方面，焊接接頭的一致性提高了40%，焊接變形減少了50%。非標焊接設備使焊接過程更加精細和可控，大幅提升了焊接接頭的質量和一致性。例如，特制的焊接頭和精確控制系統的應用，確保了焊接深度和強度的均勻性，顯著減少了焊接變形和缺陷。非標設備能夠根據不同材料的特性自動調整焊接參數，進一步提升焊接質量[5]。此外，質量的提升主要得益于焊接系統的高精度控制和TCP 自動校零技術的應用。這些技術的應用減少了焊槍與夾具間的碰撞，確保了焊接路徑的準確性，從而提升了焊接質量的穩定性。這種效率和質量的提升，直接提升了整個汽車制造行業的競爭力。高效率和高質量的焊接工藝使得汽車制造商能夠快速響應市場變化，提供更多樣化和高質量的汽車產品，從而在市場上保持競爭優勢。

在降低勞動強度與改善勞動環境方面，非標設備的應用顯著降低了勞動強度，改善了工作環境。非標焊接設備，如智能控制夾具和高精度變位機，減少了人工操作的需求，從而減輕了工人的勞動強度。這些高度自動化和精確控制的設備，縮短了工人在高溫和有害環境下的工作時間，提升了整體的工作安全性。通過采用這些定制化的非標設備，不僅可以提高生產效率和焊接質量，還能有效減輕工人的勞動負擔，創造一個更加安全、舒適的工作環境。

4 非標設備的技術創新

非標設備在汽車底盤焊接中的應用，不僅展示了自動化焊接技術在現代制造業中的重要性，還為未來焊接技術的發展提供了新的方向。

TCP 技術通過精確控制焊槍的位置和角度，大幅提升了焊接過程的準確性。這項技術在焊接路徑復雜或焊接部位難以接觸的情況下顯示出優勢。通過實時調整焊槍位置，TCP 技術減少了焊接缺陷，提高了焊接質量，尤其是在高精度要求的焊接作業中。

雙絲高速焊接技術同時使用2 根焊絲，顯著提高了焊接速度和生產效率。這種技術特別適用于大批量生產，如汽車底盤焊接線，不僅加快了焊接速度，還保持了焊接質量的一致性。

這些技術的應用極大增強了非標設備處理復雜焊接任務的能力。例如，在汽車底盤焊接中，常常需要應對多變的焊接角度和復雜的焊接路徑。使用這些先進技術，焊接系統能夠更靈活地適應復雜的工況，確保焊接質量和效率。引入這些創新技術后，生產線的靈活性和適應性顯著增強，能夠快速適應不同的焊接任務和變化，從而滿足多樣化的生產需求。

5 結語

在工業制造的復雜環境中，非標設備在自動化焊接工藝中的應用具有顯著優勢。通過集成高級控制系統，非標設備不僅提升了焊接過程的精度和效率，還顯著降低了材料浪費，并增強了產品的結構完整性與安全性。通過分析實際案例發現，非標設備在復雜和大規模項目中展現出高效率、高質量的優點，充分證明了其應用價值。非標設備的應用不僅推動了制造業向自動化、智能化的方向轉型，還為行業技術水平的提高和創新能力的增強做出了重要貢獻。未來，隨著技術的不斷進步和應用領域的拓展，非標設備將在現代工業發展中發揮更為關鍵的作用。