焊接自动化设备在大型船舶中的应用

【摘 要】本文以国内大型船舶制造中焊接自动化技术和设备的应用为立足点，首先介绍了焊接自动化的特点及其重要意义，同时比较了国内外技术设备的差距、发展方向。在文章最后介绍了焊接自动化中机器人焊接的几个典型的先进技术以及研究热点。

【关 键 词】焊接自动化；大型船舶；机器人焊接

【中图分类号】 TG409【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0244-01

船舶制造，尤其是大型船舶制造在海防军事、货运旅游、海洋工程等领域的都有着战略性的意义。焊接技术在船舶制造中是较为核心的工艺技术。焊接自动化的应用对于提高船舶制造效率、可靠性、先进性等都有着重要的意义。对于提高焊接自动化的工艺技术水平，同时加强其在大型船舶上的应用都是意义重大的课题。

一、我国船舶焊接自动化的应用现状和发展前景

我国的船舶制造，尤其是大型船舶的制造与国外造船厂的主要生产指标都有着4倍左右的差距，包括生产效率、造船吨位、产值等。采用计算机技术的焊接自动化生产工艺在国外使用较为广泛，使用的形式涵盖整条的生产线、焊接设备的群控等，同时还可以实现焊接过程中的自动适应、智能化。可以自动选择焊接材料厚度，进行预置焊接等。截至2012年，我国虽然在近几年自己生产了部分焊接生产线和焊接设备，同时也从国外有过部分设备的引进，但面对国内大型船舶的制造与生产，以及高效率高精度的要求，这些还远不能满足需求。

目前，我国大型船舶的焊接技术还处于自动化技术应用的初期，水平较低。我国船舶焊接设备正在向更近一步的自动化阶段发展，传统的旋转式直流电弧焊现在完全被淘汰，主流为整流电弧焊机、自动化平角焊机、垂直气电焊机等。但是在焊接工艺的效率和焊接自动化方面与国外还存有较大的差距。目前我国整体的自动化设备的应用比例不高，工艺仍以半自动化和焊条电弧方式为主，自动化程度也有待提升。对于先进的自动化焊接工艺的开发力度不够，比如机器人焊接工艺、复合焊接工艺等这方面都仅仅处于起步阶段。

近年来，大型船舶的焊接越来越急迫的朝着自动化、智能化方向发展。自动化流水线的应用、焊接质量的自动监控、智能化的焊接装置以及焊接机器人技术的开发与应用，都将成为自动化焊接的发展方向。

二、船舶焊接自动化的特点及应用的重要意义

焊接工艺的先进性对于船舶制造的质量的高低有着直接的影响。船体制造中，焊接部分要占到整体工时的约三分之一。传统的焊接方式以及焊接质量已经不能满足现代化大型船舶的制造生产。焊接自动化以其优良的特性成为大型船舶制造的发展趋势。

1、船舶焊接自动化特点

（1）质量好、精度高、可靠性好。自动化的控制使得焊接朝着更为精密的方向发展。目前，焊机机器人和精密焊接等自动焊接都在精度和质量方面有着良好的表现，无论是定位还是移动都能控制在0.1以内。

（2）焊接设备系列化标准化。对于通常生产的大型船舶中的部件，如板材、管材、圆筒等，都已经开发出系列的、对应的焊接设备，针对性的焊接具有很高的焊接效率和焊接质量。目前，针对大型船舶的构件，其针对性的焊接设备处于进一步的研究生产中。

（3）智能化。在大型船舶的焊接中，焊接过程中需要根据部件的实际情况考虑诸多问题，譬如装配间隙误差、几何形状的偏差以及焊接过程中的热变形等。自动化焊机技术采用了自适应的控制系统以及传感技术，实现了实际应用过程中的智能化及自动调整的焊接。

2、焊机自动化应用的重要意义

（1）提高焊接效率，保证焊接质量。传统的焊接都采用人工焊接，对于操作人员的要求较高，若要得到均匀稳定的焊接效果就需要保证焊接参数的稳定，和以及焊接速度和伸长量的稳定，这些对于人工操作都是很难达到的。焊机自动化保证了电压、电流、速度等一系列焊接参数的稳定，从而保证了焊接质量的稳定，提高了焊接效率。

（2）生产效率和劳动条件的改善。焊接自动化技术的应用，可以实现全天不间歇生产，操作人员只需对焊接对象进行搬运，从而改变了传统的繁重体力劳动，也从焊接的烟雾、强光中解脱出来。

（3）更容易控制产品生产。焊接自动化对于焊接时间的控制更明确，对于生产效率生产周期变动因素较少，可以按计划来安排生产。同时可以通过修改程序来实现各种焊接，大大扩充了焊接的范围，所以能对产品的生产换代有很好的适应性。

三、焊接自动化设备船舶应用的先进技术研究

焊接自动化是传统的焊接各部分有机高效的结合，其中包括焊接夹持装置、智能化的控制系统、运动系统等。其主要形式包括自动化的焊接专用设备和焊接机器人。其中焊接机器人是近几年的研究热点，其典型的技术问题是自动化焊接的核心，也是亟待深入研究的发展方向。

第一、焊缝跟踪技术。焊接过程往往伴随着各种强光、烟尘、加工误差、焊接精度等问题，这些问题尝尝造成焊缝焊接的偏差。现代焊接机器人可以采取传感器技术，采集电弧和光学参数，自动调整焊炬和焊缝之间的距离。具体的以焊炬和焊接对象的空间参数，同时结合焊接参数的变化来调整，从而实时监测偏差的出现，保证焊接效率及质量。

第二、自动编程焊接技术。其研究的目标在于只要根据船舶焊接部件的信息，就可以自动生成焊接程序，并自动完成焊接过程。程序生成内容包括焊接任务、焊接轨迹、焊接路径、焊接各参数等。目前自动编程技术可以实现采集工件信息，辅助编程者完成编程的能力，实现了半自动的编程。

第三、多设备协调焊接技术。大型船舶的制造任务繁多复杂，如何实现多设备协同合作完成一个既定的任务，是当前的先进技术的研究热点。其研究的目标在于实现多设备的能够在整体的任务中既能与其他设备有合作关系，又能形成自己的独立的系统。目前多智能体系的技术在这方面研究中得到了应用和体现。

第四、机器人仿真技术。仿真技术研究难点较多，通常需要对其焊接轨迹进行运动学、动力学、自由度等分析，计算分析复杂。这方面目前正在运用机器人学理论、模拟仿真技术、动画显示等相结合进行研究。

船舶制造，尤其是大型船舶制造在海防军事、货运旅游、海洋工程等领域的都有着战略性的意义。焊接技术在船舶制造中是较为核心的工艺技术。焊接自动化的应用对于提高船舶制造效率、可靠性、先进性等都有着重要的意义。对于提高焊接自动化的工艺技术水平，同时加强其在大型船舶上的应用都是意义重大的课题。

总之，新时代的来临给我国大型船舶的制造带来了机遇的同时也带来了更大的调整。对于我国焊接自动化的发展和在大型船舶方面的应用，都要清醒的认识到与国外的巨大差距。船舶制造先进化、精密化对于焊机技术和设备有着越来越高的要求，焊接的自动化、智能化成为焊接技术发展的必然趋势。加大自动化设备的研究开发和投入使用成为亟待解决的课题。同时，高新自动化焊接技术，尤其是机器人焊接技术的发展对于未来大型船舶的建造有着战略性的意义。

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