自動化焊接技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

鮑延璐

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，榆林 719000）

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和科技的飛速進步，機械制造業(yè)正面臨日益增長的需求和更高的質(zhì)量要求。焊接作為機械制造過程中不可或缺的一環(huán)，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。隨著產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)雜化和精度要求的提高，傳統(tǒng)的手工焊接已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機械制造的需求。在這一背景下，自動化焊接技術(shù)的引入和應(yīng)用已經(jīng)成為推動機械制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一[1]。文章將重點探討自動化焊接技術(shù)在機械制造中的重要性和應(yīng)用前景。

1 機械制造中自動化焊接技術(shù)類別

1.1 自動化焊接專機

1.1.1 開環(huán)控制型焊接專機

在眾多焊接技術(shù)中，開環(huán)控制型焊接專機以其獨特的特性和高效的應(yīng)用，成為機械制造領(lǐng)域的一大亮點。開環(huán)控制型焊接專機是自動化焊接技術(shù)中一種較為基礎(chǔ)但極為重要的設(shè)備，主要特點是其控制系統(tǒng)不依賴反饋來調(diào)整焊接過程。這意味著焊接參數(shù)如焊接速度、電流和電壓等在焊接開始前就被設(shè)定好，并在整個焊接過程中保持不變[2]。雖然開環(huán)控制型焊接專機在適應(yīng)性和靈活性方面不如閉環(huán)系統(tǒng)，但是其在一定的應(yīng)用場景中顯示出極大的優(yōu)勢。例如，在批量生產(chǎn)中，當(dāng)焊接任務(wù)涉及大量相同或相似的零件時，開環(huán)控制系統(tǒng)可以高效重復(fù)同樣的焊接操作，確保每個焊接點的一致性和質(zhì)量。

1.1.2 自適應(yīng)控制型焊接專機

自適應(yīng)控制型焊接專機通過先進的控制技術(shù)和自適應(yīng)功能，在復(fù)雜和變化多端的焊接任務(wù)中展現(xiàn)出巨大的潛力。自適應(yīng)控制型焊接專機的核心優(yōu)勢在于其能夠根據(jù)焊接過程中的實時反饋調(diào)整焊接參數(shù)，該類型的設(shè)備通常配備先進的傳感器，如電流、電壓和溫度傳感器以及用于監(jiān)控焊接狀態(tài)的攝像頭。系統(tǒng)能夠?qū)崟r分析傳感器收集的數(shù)據(jù)并自動調(diào)整焊接參數(shù)，如電流強度和焊接速度，以適應(yīng)焊接過程中出現(xiàn)的任何變化。與開環(huán)控制型焊接專機相比，自適應(yīng)控制型設(shè)備在處理復(fù)雜或不規(guī)則焊接任務(wù)時表現(xiàn)更為出色。例如，在焊接異形件或在不均勻材料上焊接時，即使在焊接路徑或材料厚度發(fā)生變化的情況下，自適應(yīng)控制系統(tǒng)也能夠確保焊接質(zhì)量的一致性。

此外，這種設(shè)備在提高生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重要作用。自適應(yīng)焊接系統(tǒng)通過減少手動調(diào)整和監(jiān)控需求，降低了對高技能操作員的依賴，不僅減少了人為錯誤，還縮短了生產(chǎn)周期，從而提高了整體生產(chǎn)效率。然而，自適應(yīng)控制型焊接專機的高度復(fù)雜性意味著其在初始成本和維護方面可能會投入更高。這類設(shè)備需要精確的校準(zhǔn)和定期維護，以確保傳感器和控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性[3]。

1.1.3 智能化焊接專機

智能化焊接專機是自動化焊接技術(shù)的一種高級形式，它結(jié)合了最新的信息技術(shù)、先進的傳感技術(shù)以及復(fù)雜的控制算法，不僅能夠自動執(zhí)行焊接任務(wù)，還能智能適應(yīng)不同的焊接環(huán)境和需求，實現(xiàn)更高效、更精準(zhǔn)的焊接操作，其核心特點是具有較強的數(shù)據(jù)驅(qū)動能力。智能化焊接專機通過內(nèi)置的傳感器，如視覺傳感器和光敏傳感器，實時捕獲焊接過程中的詳細(xì)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被分析處理后用于實時調(diào)整焊接參數(shù)，如電流、電壓和速度，確保焊接質(zhì)量始終保持在最優(yōu)狀態(tài)。此外，智能化焊接專機通常具備自學(xué)習(xí)能力，能夠通過分析過往的焊接數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化焊接過程，即隨著設(shè)備的使用，焊接效率和質(zhì)量會不斷提升。這種自我優(yōu)化的能力使得智能化焊接專機適用于處理復(fù)雜或非標(biāo)準(zhǔn)化的焊接任務(wù)。

1.2 焊接機器人

1.2.1 主體及控制器

在機械制造的自動化焊接技術(shù)中，焊接機器人的應(yīng)用已經(jīng)成為一項革命性的進展。特別是在其核心組成部分——主體及控制器方面，焊接機器人展現(xiàn)出卓越的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用價值。焊接機器人的主體是其操作的核心，通常由多個靈活的關(guān)節(jié)組成，這些關(guān)節(jié)的設(shè)計使得機器人能夠在多個方向和角度上進行精確的焊接操作。關(guān)節(jié)的靈活性使得焊接機器人能夠在狹窄或復(fù)雜的空間內(nèi)進行焊接作業(yè)，同時保持高度的精確性和重復(fù)性，對于那些要求高精度焊接的應(yīng)用尤為重要，如汽車制造和航空航天領(lǐng)域。焊接機器人的控制器是另一個關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)指揮機器人的動作和焊接過程。這些控制器通常基于先進的計算機系統(tǒng)，能夠通過編程來設(shè)置和調(diào)整焊接路徑、速度、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。較強的控制能力不僅確保了焊接質(zhì)量，而且大大提高了生產(chǎn)效率[4]。

1.2.2 焊接電源

焊接電源是焊接機器人的核心組成部分，負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定且可控的電流，以進行高質(zhì)量的焊接作業(yè)。這種電源通常能夠根據(jù)焊接過程中的需求動態(tài)調(diào)節(jié)電流和電壓，從而適應(yīng)不同的焊接條件和材料類型。先進的焊接電源在保持焊接質(zhì)量和效率方面起著關(guān)鍵作用，它能夠通過精確控制電源輸出優(yōu)化焊接參數(shù)，如電流強度和電弧長度，以確保焊接接縫的均勻性和強度。這對于需要精確焊接的應(yīng)用尤為重要，如汽車制造和精密工程。

1.2.3 外部軸行走機構(gòu)和傳感系統(tǒng)

外部軸行走機構(gòu)和傳感系統(tǒng)是焊接機器人的關(guān)鍵組件，對提高焊接效率和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。外部軸行走機構(gòu)賦予焊接機器人移動性，使其能夠在較大的工作范圍內(nèi)進行精確的焊接操作。這種機構(gòu)通常包括軌道、車輪或其他移動設(shè)施，使機器人能夠沿著預(yù)定路徑平穩(wěn)移動，同時保持焊接頭的穩(wěn)定性。傳感系統(tǒng)是焊接機器人智能化的核心，高級傳感器如視覺傳感器和觸摸傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測焊接過程，包括焊縫位置、焊接速度和材料屬性，這些信息對于確保焊接過程的準(zhǔn)確性和重復(fù)性至關(guān)重要。傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋還能用于自動校正焊接路徑，以應(yīng)對材料變形或定位誤差等問題。外部軸行走機構(gòu)和傳感系統(tǒng)的集成極大地提升了焊接機器人的靈活性和精準(zhǔn)度，是現(xiàn)代機械制造中自動化焊接技術(shù)不可或缺的一部分。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，焊接機器人將在提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量方面發(fā)揮更大的作用。

2 機械制造中自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用對策

2.1 提高機械制造效率中的應(yīng)用

在機械制造行業(yè)，自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為提高制造效率的關(guān)鍵策略。該技術(shù)的核心在于利用自動化設(shè)備和先進的控制系統(tǒng)來優(yōu)化焊接過程，從而提升整體的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的手工焊接依賴工人的技能和經(jīng)驗，可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量波動。相比之下，自動化焊接通過精確控制焊接參數(shù)（如電流、電壓、速度和路徑）來確保每次焊接都達到高標(biāo)準(zhǔn)的一致性。例如，使用焊接機器人可以在重復(fù)操作中保持一致的焊接速度和路徑，從而提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。自動化焊接技術(shù)有效提高了生產(chǎn)效率，通過使用自動化設(shè)備，如焊接機器人和自動化焊接專機，顯著提高生產(chǎn)線的工作效率。焊接機器人能夠無間斷地工作，減少了因換班和休息導(dǎo)致的停機時間。此外，自動化焊接系統(tǒng)能夠在較短的時間內(nèi)完成大量焊接任務(wù)，比人工焊接更加高效。

自動化焊接技術(shù)還有助于減少材料的浪費。通過精確控制焊接材料的投入，如焊絲和保護氣體，自動化焊接系統(tǒng)確保了材料的最優(yōu)使用，不僅減少了原材料成本，也減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)。同時，減少焊接缺陷和返工也意味著更高的原材料利用率和更低的整體成本。通過集成高級傳感器和數(shù)據(jù)分析工具，自動化焊接系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控焊接過程，收集和分析數(shù)據(jù)，以優(yōu)化焊接參數(shù)和生產(chǎn)流程。這種智能化的焊接過程不僅提高了生產(chǎn)效率，而且還有助于預(yù)測維護需求，減少設(shè)備故障和停機時間。

2.2 精密零件制造中的應(yīng)用

在機械制造行業(yè)，特別是在精密零件制造中，自動化焊接技術(shù)已經(jīng)成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和精度的關(guān)鍵。自動化焊接技術(shù)在精密零件制造中的應(yīng)用顯著提高了焊接的精度和一致性。精密零件通常要求嚴(yán)格的尺寸公差和高質(zhì)量的焊接接頭，通過使用先進的自動化焊接設(shè)備，如精密焊接機器人和自動化焊接工作站，可以實現(xiàn)高度精確的焊接控制。這些系統(tǒng)能夠精確控制焊接速度、路徑、溫度以及電流，確保焊接過程中每一步都符合預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而保證焊接質(zhì)量的高度一致性。自動化焊接技術(shù)能夠處理復(fù)雜的焊接任務(wù)，這在精密零件制造中尤為重要。隨著產(chǎn)品設(shè)計日益復(fù)雜，手動焊接難以滿足精確度和復(fù)雜形狀的要求，而自動化焊接系統(tǒng)可以靈活適應(yīng)各種復(fù)雜的焊接路徑和不規(guī)則的工件形狀，無須頻繁手動調(diào)整。例如，使用具有多軸運動能力的焊接機器人可以在三維空間內(nèi)精確焊接，甚至可以在難以手動操作的區(qū)域進行焊接。

自動化焊接技術(shù)在精密零件制造中的應(yīng)用也大大提高了焊接效率。自動化設(shè)備能夠快速且連續(xù)地進行焊接操作，減少了生產(chǎn)停機時間，這對于需要大量重復(fù)焊接操作的精密零件生產(chǎn)尤為重要。自動化焊接不僅提高了生產(chǎn)速度，還通過減少人為錯誤和返工提高整體生產(chǎn)效率。此外，自動化焊接技術(shù)可以降低精密零件制造過程中的成本。雖然自動化焊接設(shè)備的初始投資較高，但是能夠通過提高生產(chǎn)效率、減少材料浪費和降低勞動力成本來節(jié)省資金。

2.3 改善焊接環(huán)境中的應(yīng)用

在機械制造行業(yè)中，焊接作為一個關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其操作環(huán)境的優(yōu)化一直是企業(yè)關(guān)注的重點。傳統(tǒng)的手動焊接操作常常伴隨高溫、煙塵和噪聲等不利因素，長期暴露在這樣的環(huán)境中會對工人的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[5]。自動化焊接尤其是焊接機器人的應(yīng)用，減少了工人直接與焊接作業(yè)的接觸，從而降低了健康和安全風(fēng)險。自動化焊接技術(shù)能夠更有效地控制焊接過程中產(chǎn)生的煙塵和有害氣體，現(xiàn)代焊接設(shè)備通常配備高效的煙塵抽取和過濾系統(tǒng)，能夠及時清除焊接過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，減少對工作環(huán)境的污染，確保焊接環(huán)境安全。

自動化焊接技術(shù)通過提高焊接過程的精準(zhǔn)度，減少了噪聲和振動。在傳統(tǒng)焊接方式中，由于手動操作的不穩(wěn)定性，往往會產(chǎn)生較大的噪聲和振動，自動化焊接設(shè)備如焊接機器人，可以更平穩(wěn)、更精確地進行焊接操作，提供了更加安靜和舒適的工作環(huán)境。在改善焊接環(huán)境的同時，自動化焊接技術(shù)還帶來了更高的生產(chǎn)效率。自動化設(shè)備能夠連續(xù)不斷地進行焊接作業(yè)，避免了因人工疲勞或操作不當(dāng)造成的停工和低效率。這種高效的生產(chǎn)模式不僅增加了產(chǎn)量，還通過減少能源消耗和材料浪費，提高了整體生產(chǎn)的可持續(xù)性。

3 結(jié)語

文章簡要分析了我國現(xiàn)代工業(yè)制造中自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用。通過介紹各類自動化焊接技術(shù)，了解其在機械制造中的應(yīng)用優(yōu)勢，如改善焊接環(huán)境、提高機械制造效率以及提高機械制造精度等。通過應(yīng)用自動化焊接技術(shù)，可以提升機械制造領(lǐng)域焊接的安全性及精度，對行業(yè)發(fā)展起到很好的推動作用。