中厚板焊接自动化设备与技术的发展与应用

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欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 焊接自动化设备近几年发展飞速，中厚板焊接机器人系统的发展非常之快，其成效尤为突出。焊接机器人的应用推广带来很多的优点，降低了焊接这种有害工种对操作者的伤害，提高了操作者使用先进设备的技能、生产效率、焊接质量等。 一、中厚板焊接领域的介绍 中厚板在工程机械、矿山机械、造船、航空航天、桥梁、铁路车辆、煤炭机械、建筑钢结构、机床和风电等领域应用得比较多。随着国内大型项目的开展，如南水北调、西气东输、高铁和高速公路等开工，对装备制造的需求是越来越多。中厚板焊接自动化是实现我国装备制造业由大到强转变的基石，是装备制造业由粗放型、作坊式的经营模式向高技术、集约型转变的重要标志。 中厚板焊接自动化设备制造技术含量高，通常集焊接工艺、自动控制、精密机械设计制造等多种技术于一体，随着工业自动化、智能化、数字化等技术的日益发展和广泛应用，中厚板焊接自动化正在向由单机焊接自动化向焊接自动化生产线和数字化发展。 二、 中厚板焊接机器人的发展 焊接自动化的大规模应用最早是从汽车生产线的电阻点焊和薄板弧焊开始。 经过多年的发展，目前，汽车行业特别是整车厂的焊接自动化生产线代表了当今制造自动化的最高水平，但由于我国汽车生产线基本从国外进口，同时国外厂商在该领域的焊接工艺、系统集成等方面积累了十分丰富的工程经验，因此汽车制造领域应用的焊接自动化装备基本被国外厂商所垄断。 我国工程机械行业历经过十年的高速增长，行业销售额增长8.1倍，目前已成长为世界工程机械第一产销大国。近年来，随着行业竞争的不断加剧、劳动力成本的不断提升，以及产品向大型化、复杂化、高质量和较短交货期要求方向发展，行业内企业市场增长将面临从数量型向质量型的转变，使得工程机械行业迫切需要转变生产方式。 与此同时，工程机械产品规模化、批量化、标准化的生产特点，适宜进行焊接自动化装备的大规模应用，因此我国工程机械行业继汽车行业后已逐步开始大规模应用焊接自动化装备，市场需求正持续升温。相比较汽车生产的点焊和薄板弧焊，工程机械的焊接工艺以中厚板结构件的弧焊为主，对焊接自动化装备的控制水平以及各种纠偏和自适应功能要求更高，焊接自动化难度也更大。此外，工程机械生产的每个工位焊接时间较长，因此不是用流水线方式，而是采用成组式生产线由多台机器人完成同一道工序，从而形成和流水线一样的生产节拍。 目前国内生产中厚板焊接机器人系统比较知名的三家公司，分别是唐山开元机器人系统有限公司、厦门思尔特机器人系统有限公司、昆山华恒焊接股份有限公司。这三家的产品在国内中厚板领域应用是比较广泛的，其中这三家制造厂商生产的产品所使用的机器人本体分别为：日本神户制钢机器人、瑞典ABB机器人、德国KUKA机器人，市场占有比重比较大。 三、中厚板自动化焊接的应用 在工程机械领域，装载机的动臂、动臂横梁、前车架、后车架、铲斗、摇臂、翼箱，挖掘机的主平台、油箱、动臂、斗杆、X 形架、履带梁、挖斗，推土机的后桥箱、平衡梁、台车架、翼板、松土器，泵车的臂架、料斗、回转台、支撑台，汽车起重机的回转台等都涉及到中厚板的焊接。这里就双丝焊接机器人在中厚板方面的应用做一介绍。 双丝焊接是近几年来发展起来的一种高效焊接方法，焊接厚板大焊缝时可以提高熔敷效率，采用船形焊的焊接熔敷效率为160~220g/min，通常为常规焊接方法的两倍。除了高效外，双丝焊接还有其他的工艺特点：在熔敷效率增加时保持较低的热输入，热影响区小，焊接变形小，焊接气孔率低等。 1. 双丝焊接简介 双丝气体保护焊接工艺，其效率比使用传统的MIG/MAG方法提高两倍以上。是由两个完全独立的微电脑控制TPS增强型电源组成，焊丝分两路单独工作，并且使用同一个喷嘴，形成不同的熔池。 （1 ）焊接特性完善精密的电弧控制系统对焊接顺序、电弧稳定性、焊后参数控制均有深刻的影响。为防止同相位的两个电弧相互干扰，常采用脉冲MIG/MAG焊接方法，并保持两个电弧轮流交替燃烧。这样一来，就要求一个协同控制器保证两个电源的输出电流波形相位相差180 °。当焊接参数设置到最佳时，脉冲电弧能得到无短路、几乎无飞溅的过度过程，真正做到“一个脉冲过渡1 个熔滴”，每个熔滴的大小几乎完全相同，其大小是由电弧功率来决定。焊接时，其中一根可首先引弧，接着另一根引燃，当然，也可以同时引弧，焊接的结果是一样的；焊接结束后，可以单独或同时停机。 （2 ）多机共用使用两台完全独立的增强型电源，通过各自微电脑控制器，每台拥有独立的送丝装置单独控制操作。通过同步器同步控制两台单机使焊接过程更加迅速和完善。 配置了同步装置，在焊接一开始便可实现双丝精确过渡，这是双丝工艺稳定的先决条件，且电弧长度很短并且稳定持续。两根丝单独输送，焊速加快，热输入更小，电弧更短，熔池缩小，依靠这种先进的引弧技术，速度更快，飞溅极小，可避免众多干扰，随时重新引弧，进而得到更高质量的焊缝。 （3 ）一体化焊炬双丝焊枪要求导电嘴结构更加紧凑。使用双丝焊枪的经验证明：独特设计的曲线送给结构，可确保两路焊丝分别以精确角度进入一体的两只导电嘴，从而得到更安全可靠的电流。准确的电流过渡日益重要，一体化焊炬正顺应了潮流：可靠的引弧系统、稳定的电弧、良好的焊缝成型，成效卓著。 （4 ）操作设备具备至少30个连续可调的参数来控制每一台独立工作的电源，电源间通过同步器协调相互的工作，以达到在焊接全过程同步工作。通过遥感器或焊接机器人控制面板输入相关数据，完成已设定好的工作，就是说，一旦选择好方案，就可以不断的重复更新所要的数据。显示屏可以不断刷新的逻辑功能菜单分布合理，容易识别，方便操作。 （5 ）送丝流畅 送丝系统使用测速送丝电动机传动，平衡力使压力分布最均匀，结构最大特点在于配套送丝轮可折叠。 很多设计例如水冷盘式控制电动机、温控风扇、焊枪冷却系统等，使得操作人员能长时间“与机共舞”，经济实用。 2. 双丝焊接在装载机动臂上的应用 （1 ）改进前的状况项目实施前，大部分的动臂焊缝是在地上手工单丝焊接，生产效率低，焊接过程不稳定，焊缝接头多，焊缝成形差，导致应力集中，容易在受到重载荷的情况下出现开裂。 （2 ）改进后的状况针对动臂人工单丝焊接质量差以及生产效率低的现状，引进了动臂双丝双工位的焊接机器人。 第一，焊缝质量：焊接机器人采用双丝焊接，动臂横梁与动臂板间的主焊缝形式分两层两道，成形美观、外表面光滑，人工焊接时主焊缝形式为三层八道，在焊缝与焊缝过渡间有明显的痕迹，表面不光滑。外表面光滑使焊缝受力时表面应力分布均匀，不易形成应力集中点，可适当提高焊缝寿命。 采用机器人焊接时，焊枪摆动稳定，焊丝伸长均匀，焊接过程稳定，焊缝质量几乎不受外界因素影响，降低了对工人焊接技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、焊丝伸长等都是变化的，很容易受到外界因素的影响。 机器人焊接时，动臂主焊缝的每道焊缝只存在一个接头（搭接口、收弧处），而且接头形式标准，能够承受较大的载荷。人工焊接时共三层八道焊缝，每一道焊缝有2~4 个接头，共有16~32 个接头，这些接头比焊缝其他位置更容易产生应力集中，一旦某个接头有问题，焊缝就会存在质量隐患，容易在受到重载荷的情况下出现开裂。 第二，生产效率：以Z L50C系列产品单丝、双丝焊接时间为例来说明双丝焊接生产效率优于单丝焊接。 （3 ）成本分析以一台动臂焊接机器人为例进行简要的单丝与双丝焊接成本分析。双丝焊的增加费用为焊接机器人价格200 万元，使用期限为14 年，年均14.29万元，维修费为2万元。降低的成本为：动臂单件焊接工时减少0.66h，按构件缴费60.00元/h 计算，一台机器人平均一年产出动臂7200 件，省28.51万元；年人工成本减少8万元；一台机器人平均一年可产出动臂7200 件，人工焊接返修率3.5%，机器人焊接返修率0.7%，每台平均返修0.5h ，年节省6.06万元，总计年成本节约26.28万元。 综上所述，双丝焊接技术在装载机动臂上的应用，不但能大大提高动臂焊机生产效率，而且改善了焊缝质量，减少了焊接飞溅物。对于结构件实施焊接自动化生产，具有较大的指导作用和推广价值。(end)

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