自动化焊接设备的应用与分析

摘要：针对自动化焊接与传统手工焊接的特点对比，结合我国的现阶段特点及发展趋势，分析了自动化焊接设备的应用特点并对应用前景进行了一定的分析，初步得出了不会完全取代手工操作，但技术含量必然要进一步提高，应用范围会进一步扩大的结论。

关键词：焊接自动化 自动化焊接设备的特点 提高生产效率 改进和提高

中图分类号：TN830文献标识码： A

一、前言：

焊接是制造业中重要的加工工艺方法之一，由于现代科学技术的飞速发展和诸多因素的推动，焊接制造工艺正经历着从手工焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为焊接行业发展的必然趋势。

所谓焊接自动化是指在没有人直接参与的情况下，采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行，通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。

提高自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向，实现自动化焊接也是是我们的理想和目标。国外先进工业国家在焊接新技术的具体应用上已有许多成功的业绩；中国的自动化焊接技术、装备的研究制造企业也已有了长足的进步，积累了一定技术、人才、制造经验，一部分自动焊技术和装备的水平已经达到国际先进水平，个别产品也在销往海外；现代新技术迅速发展对其的不断完善；国家对装备制造业产业发展的鼓励政策；这些条件的具备，将加速推动中国焊接产业的技术、装备升级。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如专用焊接夹具、焊接电源等；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机。

二、典型自动化焊接设备的构成

由于当前的自动焊接设备主要为以电机控制为主的“控制性自动化焊接设备”，所以应用效果最好的主要是环缝、直缝等规律焊缝，以及批量较大的专用焊机，如各类电阻焊机、焊接机械手等。以环缝焊机为例，其主要构成有以下几类结构：

1、焊接电源，其输出功率和焊接特性应与拟用的焊接工艺方法相匹配，并装有与主控制器相连接的接口。

2、送丝机及其控制与调速系统，送丝速度控制系统要符合精度要求，一般要求其控制电路应加测速反馈。

3、焊接机头及其移动（也有的为摆动）机构，其由焊接机头，焊接机头支承架，悬挂式拖板等组成。对于重要或者精密性要求较高的精密型焊头机构，其驱动系统应采用装有编码器的伺服电动机。

4、焊件移动或变位机构，如焊接滚轮架，头尾架翻转机，回转平台和变位机等通用夹具或为专机配套的专用夹紧机构等。精密型的移动变位机构应配伺服电动机驱动。

5、焊头导向或跟踪机构，弧压自动控制器，焊枪横摆器和监控系统

6、导电机构：导电块靠压缩弹簧压缩接触在适当位置，以保证工件焊接时接地良好。

7、辅助装置，如支撑结构（多为床身），循环水冷系统、焊剂回收输送装置、焊丝支架、电缆软管及拖链机构结构设计等部分。

8、主控制器，亦称系统控制器，以可编程序控制器（PLC ）为核心组成自动焊接控制系统，通过对各控制按钮和焊接状态的现场输入，按照预定的逻辑程序进行运算，输出完成对执行元件，如电磁铁、接触器等的控制。主要电气元件要求使用寿命长，可靠性高。必要时可扩展故障诊断和人机对话等控制功能。

三、自动化焊接设备的特点及其分类：

a、自动化焊接设备得以迅速普及，主要是因为它具有一些手工焊接所无法具有的优势。

1、满足了对焊接生产过程高节拍、高效率的要求。随着气体保护焊接设备的日益普及，自动化焊接的高效率日益为广大使用者所接受，成为它得到普及的主要原因之一。

2、满足了焊接的高性能要求。尤其在焊接量大的时候，自动焊接设备克服了手工焊接因受限于人的体质和工作环境，难以保证焊接接头静态和动态的力学性能指标的缺陷。

3、满足了对焊接件高的尺寸精度要求。自动焊接设备具有焊接过程均匀一致，稳定性好的优势，这一特点对于克服因热输入的不均匀（包括时间和空间上）而导致的变形意义重大。从而保证了产品的装配精度和尺寸稳定性，尤其对一些薄板件，因为要尽可能减少在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形，自动焊接设备几乎是不可取代的。

4、对高端、精密设备“零缺陷”的质量要求，自动化焊接易于实现焊接过程的监测与信息化管理，为实现“零缺陷”的质量要求提供了控制与保证。

5、保护操作人员健康。设备的焊接可以实现焊接电弧与操作人员保持一定的安全距离，从而减少弧光、辐射、烟尘等对操作者的伤害。

当然，自动化焊接也存在着一些难以克服的缺陷：

首先，自动化焊接设备的柔性适应能力较差，只能适合焊接一些特定的接头。

其次，个别要求非常严格的地方，其焊接效果不佳。比如，一些行业需要探伤的“单面焊双面成型”操作中，自动化焊接就不及人工焊接，尤其是点焊部位的二次融化效果不理想。

再有，成本较高。

b、根据自动化程度，自动化焊接设备可分为以下三类：

1、刚性自动化焊接设备

刚性自动化焊接设备是初级自动化焊接设备，其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。

2、自适应控制自动化焊接设备

自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，对焊缝轨迹自动导向和跟踪，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成

3、智能化自动焊接设备

它利用各种高级的传感元件，如视觉传感器，触觉传感器，听觉传感器和激光扫描器等，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。

当前，受技术条件和应用成本限制，市场上的自动焊接设备主要为前两类，只有少数的焊接机械手具有智能反馈系统。

四、结束语

我国改革开放30年经济建设取得了巨大的进步，与焊接行业相关的各个领域这些年来进步非常快。但是，尽管焊接生产的自动化是产业进步的一个重要标志，但受限于设备的智能化水平，在可预见的一个时期内，手工电弧焊仍然会占有一席之地，尤其在压力容器、野外施工的领域内，自动化焊接生产仍然难以实现。

提高焊接生产的生产率，保证产品质量，实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。中国的经济条件、工业基础、产业工人的技能和素质、企业的理念和管理水平也达到了较高的水平，所以中国焊接产业已经初步实现了向自动化、已具备了向智能化发展的前提条件。自动化技术涉及到多个交叉学科，因此，焊接的自动化的发展必然带来整个制造业生产效率的提高。

参考文献:

[1]中华人民共和国国家标准:《钢结构工程施工质量验收规范》, (GB50205-2001) ,中国计划出版社,北京, 2002

[2]中国机械工程学会焊接学会：《焊接手册》,机械工业出版社,北京, 2001

[3]宋天民:《焊接残余应力的产生与消除》 ,中国石化出版社，北京, 2004

作者简介：安海江，男，1978年生，工程师，现从事机械结构的设计及焊接工艺设计和管理