機(jī)器人焊接結(jié)構(gòu)件內(nèi)檔工藝改進(jìn)方法

楊忠寶，肖健，張金濤，陳俊偉

（山東塔高礦業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司，山東泰安，271400）

焊接是液壓支架產(chǎn)品制造中最為主要的加工工藝，占其總生產(chǎn)周期的50%以上。按目前國(guó)內(nèi)液壓支架產(chǎn)品的年產(chǎn)量計(jì)算,每年用于液壓支架生產(chǎn)的鋼材用量約為200多萬t, 而焊縫充填量占工件總重量的3% ~ 4% ,焊絲的有效消耗量達(dá)8萬t，焊接量非常大。然而，由于結(jié)構(gòu)的特殊性和焊接工藝的復(fù)雜性，液壓支架目前還以手工焊接為主，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且無法保證焊接工作的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量的一致性，生產(chǎn)效率也無法進(jìn)一步提高。液壓支架智能化焊接的必要性表現(xiàn)在：

（1）高端液壓支架結(jié)構(gòu)及材料的特殊性要求實(shí)現(xiàn)智能化焊接

高端液壓支架結(jié)構(gòu)件主要是形狀復(fù)雜的格子間結(jié)構(gòu)，內(nèi)部焊縫密集，以短距離、立體式交叉焊縫為主；手工焊接頻繁的引弧、收弧不利于焊縫質(zhì)量的提高，而且一些狹小空間內(nèi)，手工焊接難以到達(dá)，造成虛焊、漏焊。此外，高端液壓支架廣泛采用低合金高強(qiáng)度鋼（Q460-Q690）進(jìn)行制造，為避免冷裂紋傾向，需要對(duì)工件進(jìn)行整體焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度100℃至150℃不等，即使在炎熱的酷暑也是如此, 工人作業(yè)環(huán)境非常惡劣，必須采用焊接機(jī)器人代替工人在此環(huán)境下工作。

（2）液壓支架功能的特殊性要求實(shí)現(xiàn)智能化焊接

液壓支架作為綜合機(jī)械化采煤成套設(shè)備的重要組成部分，其作用不僅是支護(hù)頂板、維護(hù)安全作業(yè)空間，而且還要推動(dòng)工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)前移，是聯(lián)系井下圍巖和工作面裝備的中樞，對(duì)其結(jié)構(gòu)可靠性要求是最高的，液壓支架損壞將直接導(dǎo)致工作面生產(chǎn)停止。高質(zhì)量的焊縫是液壓支架結(jié)構(gòu)可靠性的根本保證。人工施焊受到心理、生理?xiàng)l件變化以及周圍環(huán)境的干擾,難以較長(zhǎng)時(shí)間保持焊接工作穩(wěn)定性和一致性,最終會(huì)造成焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定。

（3）振興裝備制造業(yè)，提高行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力要求實(shí)現(xiàn)智能化焊接

為研發(fā)建設(shè)我國(guó)首個(gè)高端液壓支架智能焊接加工車間示范工程，實(shí)現(xiàn)液壓支架焊接加工智能化，制造流程自動(dòng)化，參數(shù)及圖像自動(dòng)記錄及質(zhì)量追溯，系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷，工件自動(dòng)上下料和車間生產(chǎn)管理信息化，提高我國(guó)高端液壓支架的制造能力和水平，實(shí)現(xiàn)高端液壓支架國(guó)產(chǎn)化，替代進(jìn)口，形成我國(guó)高端液壓支架智能化生產(chǎn)制造的核心技術(shù)，塔高公司承攬了“高端液壓支架智能焊接加工車間”項(xiàng)目 ,隨著項(xiàng)目推進(jìn)，各項(xiàng)生產(chǎn)工藝必須進(jìn)一步改進(jìn)完善。

山能重裝集團(tuán)按照《中國(guó)制造2025》總體規(guī)劃要求，積極展開科技創(chuàng)新，從德國(guó)及日本進(jìn)口了50臺(tái)高智能焊接機(jī)器人，原本產(chǎn)能規(guī)劃為1000噸結(jié)構(gòu)件焊接量每月，但實(shí)際生產(chǎn)狀況遠(yuǎn)未達(dá)到要求，頂梁、掩護(hù)梁等結(jié)構(gòu)件內(nèi)檔機(jī)器人焊接效率相對(duì)較低，并且部分焊縫存在質(zhì)量問題，焊縫返修耗費(fèi)人力物力，因此我們對(duì)此進(jìn)行攻關(guān)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

公司引進(jìn)設(shè)備開始使用智能焊接機(jī)器人時(shí)因沒有相關(guān)使用經(jīng)驗(yàn)、沒有成熟的智能焊接工藝，因此以手工焊接工藝為基礎(chǔ)，進(jìn)行試驗(yàn)焊接生產(chǎn)。手工焊接工藝要求結(jié)構(gòu)件焊接順序?yàn)橄日w打底再進(jìn)行整體填充焊接；以工件平放時(shí)狀態(tài)為準(zhǔn)，打底焊接順序?yàn)橄群刚嫫矫妫ń畎迮c底板、主筋與底板）焊縫，再焊正面立面（筋板與主筋）焊縫，最后焊接（底板）背面焊縫；填充焊縫焊接順序?yàn)橄群副趁婧缚p，再焊正面立面焊縫，最后焊正面平面焊縫。

焊接結(jié)構(gòu)件內(nèi)檔機(jī)器人及工作狀態(tài)如下面照片所示：

按照原手工焊接順序焊接，工件正面打底焊接完成后需拆夾翻轉(zhuǎn)工件，焊完背面焊縫，然后再翻轉(zhuǎn)工件重新進(jìn)行裝夾，由于存在裝夾位置誤差，導(dǎo)致正面填充焊接焊縫出現(xiàn)偏焊、未熔合等一系列質(zhì)量問題。

針對(duì)暴露出來的問題進(jìn)行了工藝改進(jìn)，先將背面焊縫全部焊完，再分別打底、填充焊接正面焊縫。經(jīng)過實(shí)踐表明部分結(jié)構(gòu)件焊后正面崩裂，導(dǎo)致無法繼續(xù)使用機(jī)器人焊接。

再次更改焊接順序，先將正面焊縫分別打底、填充焊接完成，再焊背面焊縫。按此焊接順序，類似整體頂梁結(jié)構(gòu)形式（如下照片所示），焊后前端（圓鋼）處變形量大，前端耳板同軸度無法保證。

綜合以上試行焊接工藝優(yōu)缺點(diǎn)后，現(xiàn)行工藝改為在成型工序?qū)Χㄎ缓高M(jìn)行加固，先焊接結(jié)構(gòu)件背面焊縫，再焊接結(jié)構(gòu)件立面焊縫，最后焊接結(jié)構(gòu)件平面焊縫，目前工件焊后未再出現(xiàn)前述質(zhì)量問題。

山能重裝塔高公司通過引進(jìn)智能焊接裝備，并通過試驗(yàn)取得相符合的施工工藝，改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件手工焊接生產(chǎn)模式，形成了以機(jī)器人焊接為主，人工補(bǔ)焊為輔的生產(chǎn)作業(yè)模式。智能焊接機(jī)器人可長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定作業(yè)，有效保證了焊接質(zhì)量，增強(qiáng)了液壓支架整機(jī)可靠性，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率并極大改善了員工作業(yè)環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。