自動化焊接設備在工程機械制造中的應用探討

劉貝

摘 要： 面對日益發(fā)展的自動化焊接技術以及焊接設備，在工程機械制造以及產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛應用。本文主要針對自動化焊接設備和自動化焊接技術進行分析，結(jié)合自動化焊接設備在工程機械制造中的應用分析自動化焊接技術的優(yōu)越性，并指出未來自動化焊接技術和自動化焊接設備的發(fā)展趨勢。

關鍵詞： 自動化焊接設備；工程機械制造；自動化焊接技術

隨著自動化技術的產(chǎn)生以及發(fā)展，機械制造以及工程建設中開始廣泛采用自動化技術，自動化技術的應用不僅僅提高了生產(chǎn)的效率，對于產(chǎn)品質(zhì)量提高也有重要意義，成為當前經(jīng)濟社會發(fā)展的重要推動力和源動力之一。包括動力電池生產(chǎn)在內(nèi)的工程機械制造中也必須引入自動化技術來降低人工成本和工作強度，提高效率，同時自動化技術的應用也進一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量。自動化焊接設備為動力電池生產(chǎn)在內(nèi)的工程機械制造的自動化焊接提供基礎，科學應用自動化焊接設備，對焊接精度提高、產(chǎn)品質(zhì)量提升均具有重要意義。

1.自動化焊接設備概述

1.自動化焊接技術

自動化焊接技術主要是借助工業(yè)電腦、PLC、單片機等的控制，來實現(xiàn)焊接技術自動化過程，不需要焊接人員參與能夠自動完成焊接工作，不僅僅能夠節(jié)省人力資源，而且能夠進一步提高焊接的質(zhì)量以及精度。自動化焊接技術通過傳感器對整個焊接過程進行監(jiān)控與檢測，同時通過控制器對焊接運行過程進行控制，在傳感器采集信息的基礎上設計焊接設備的運行軌跡，并由控制器進行控制最終實現(xiàn)自動化焊接。

1.2自動化焊接設備

自動化焊接設備對自動化焊接這一制造技術作用顯著，而且目前自動化焊接設備在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越廣泛。自動化焊接設備主要分為以下三種：

1.2.1剛性自動化焊接設備

剛性自動化焊接設備又被稱作是初級自動化焊接設備，這一自動化焊接設備設計中采用開環(huán)控制原理。剛性自動化焊接設備雖然能夠?qū)φ麄€焊接過程進行自動化控制，但是對于焊接參數(shù)波動不能進行反饋調(diào)節(jié)，對于偏差不能自動調(diào)整，還具有一定缺陷。

1.2.2自適應控制自動化焊接設備

自適應控制自動化焊接設備是在自動化技術以及自適應技術基礎上發(fā)展起來的，綜合分析這一設備發(fā)現(xiàn)其具有較高的自動化水平，而且就目前已有的自動化焊接設備來看水平高。在傳統(tǒng)自動化焊接設備的基礎上增加了傳感器以及電子檢測線路，通過這些元器件的增加能夠?qū)附舆^程中的焊縫進行跟蹤，并且在焊縫跟蹤的基礎上提供焊接導向，利用了反饋動態(tài)調(diào)節(jié)機制對焊接參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)，最終保證自動化焊接過程以及自動化焊接的精度。

1.2.3智能化自動焊接設備

智能化自動焊接設備是在傳統(tǒng)焊接設備的基礎上發(fā)展起來的，綜合運用了各種高級傳感元件，包括視覺、觸覺等傳感器，甚至引入了激光掃描元器件來保證自動化焊接精度。為提高焊接設備的自動化精度不僅僅配備了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而且引入了當前比較高級的專家系統(tǒng)，通過這兩個系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測焊接過程中的焊縫，根據(jù)實時檢測的焊縫以及焊接軌跡來進行自動編程優(yōu)化，編程結(jié)合相關焊接參數(shù)完成自動化焊接。同時，為焊接完成之后的焊接質(zhì)量檢驗等工作的進行需要生成記錄文件保存到數(shù)據(jù)庫中，以備查看。

2.自動化焊接設備的主要特點

2.1大型化及組合化

前面已經(jīng)介紹目前主要的三種自動化焊接設備，而且隨著焊接技術以及自動化焊接設備的發(fā)展目前各種各樣的自動化焊接設備也開始出現(xiàn)。在自動化焊接設備中將傳統(tǒng)的焊接設備和當前的傳感器以及計算機系統(tǒng)組合在一起，這樣也必然導致了自動化焊接設備的大型化，甚至導致某些大型的焊接中心能夠占據(jù)整個生產(chǎn)線的整個車間。

2.2數(shù)字化與智能化

對于自動化焊接而言，焊接的質(zhì)量以及焊接的精度是衡量自動化焊接的重要指標，不僅僅需要保證焊接的誤差滿足焊接質(zhì)量的要求，而且對于焊接形狀而言也是衡量焊接質(zhì)量以及焊接精度的一大關鍵指標。因此，在自動化焊接中引入了高精度傳感技術，通過高精度傳感技術以及各種傳感器元件對焊縫以及焊接軌跡進行跟蹤，另外還結(jié)合計算機軟件系統(tǒng)對自動化焊接軌跡以及參數(shù)進行反饋優(yōu)化控制，保證自動化焊接的質(zhì)量。

2.3高精度與高質(zhì)量

對于目前的自動化焊接設備而言，以焊接機器人為代表的行走機構的定位精度一般在0.1mm之內(nèi)，而且對于與其相關的焊接變位機的定位精度也有嚴格要求，一般要求其在0.05mm之內(nèi)，以此來保證自動化焊接的高精度與高質(zhì)量。正是由于自動化焊接技術的高精度以及高質(zhì)量使得其受到越來越多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

2.4管控一體化

在目前自動化焊接設備中和計算機系統(tǒng)以及局域網(wǎng)進行對接，對于整個自動化焊接以及生產(chǎn)過程通過管理系統(tǒng)進行自動化控制，自動化焊接過程中出現(xiàn)的故障還能夠通過自動化管控進行分析，在分析診斷的基礎上進行維修。

3.激光自動化焊接技術在電池外殼焊接中的應用解析

3.1焊接材料及焊接方案

該電池外殼為3003鋁合金動力電池外殼，這一型號的電池的外形結(jié)構具有一定不規(guī)則形，如圖1所示。其中電池外殼采用的蓋板具有一定的厚度，達1mm，動力電池的殼體也具有一定的厚度，達1mm，加強筋處的厚度相比更厚，達2mm。在進行研究中為進行對比，采用兩種不同的焊接軌跡（如圖1所示）來進行自動化焊接操作。其中圖1中第一個焊接軌跡是水平線軌跡（類比普通三維工作臺軌跡），第二個焊接軌跡是波浪形軌跡（類比機器人焊接軌跡）。

3.2焊接結(jié)果對比分析

對于兩種不同焊接軌跡下的焊接焊縫的宏觀形貌進行研究，示意圖如圖2所示。通過圖2中的焊縫宏觀形貌示意圖能夠看出，第二條和第四條焊縫為采用波浪形軌跡焊接的，明顯焊縫規(guī)則而且光亮，而且焊縫體現(xiàn)出很好的連續(xù)性，在焊縫腰處沒有灼燒痕跡具有良好一致性。第一條和第三條的水平軌跡焊縫不僅僅具有不規(guī)則特征，而且焊縫的連續(xù)性也相對較差，在焊縫的腰處具有較嚴重的灼燒現(xiàn)象，而且還有液滴堆積現(xiàn)象，整條焊縫還出現(xiàn)比較顯著的下榻問題。

通過普通三維工作臺水平焊接和激光自動化波浪形焊接的對比能夠看出，普通三維工作臺的水平焊接靈活性較差，在幾何尺寸相對復雜的電池外殼焊接中應用效果較差；而激光自動化焊接不僅僅靈活性強，而且具有角度可調(diào)、焊接裝備焦距可變等良好特征，能夠保證焊縫的連續(xù)性和一致性，而且焊縫的外觀比較規(guī)則、光亮。在焊接精度方面，激光自動化焊接的0.01mm的精度明顯優(yōu)于普通三維工作臺的0.05mm實際精度。激光自動化焊接中主要通過工業(yè)機器人實現(xiàn)，能夠保證多工位焊接，而且能夠一次成型，效率更高，一般是普通三維工作臺焊接效率的3倍以上。

4.自動焊接技術發(fā)展趨勢

自動化焊接技術在未來發(fā)展中，不僅僅集中在自動化與智能化方向，將結(jié)合客戶的實際需求進行個性化設計，建立智能化、高精度、個性化自動焊接系統(tǒng)。要想實現(xiàn)自動化焊接系統(tǒng)這些發(fā)展趨勢，必然在未來自動化焊接技術和設備要和計算機系統(tǒng)相結(jié)合。在未來自動化焊接技術的發(fā)展中還將引入激光以及圖像處理等智能控制技術，通過計算機對焊接參數(shù)、焊接軌跡等進行智能化反饋調(diào)節(jié)控制，保證焊接質(zhì)量。同時，在未來自動化焊接設備的發(fā)展中還將向著柔性化、集成化、小型化的方向發(fā)展，希望減少不必要車間的浪費，節(jié)約土地資源成本?？傮w而言，未來自動焊接技術會有更加長遠的發(fā)展，不僅僅精度會越來越高，而且自動焊接技術的智能化程度也會越來越高，而且在未來柔性化發(fā)展也將成為自動化焊接技術的發(fā)展方向。

結(jié)論

自動化焊接技術以及自動化焊接設備的發(fā)展對于我國焊接水平的提升具有重要意義，而且對于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量的提升具有重要作用。隨著智能化、信息化的建設，未來自動化焊接設備、自動化焊接技術也將向著智能化的方向發(fā)展，在未來發(fā)展中具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻

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