工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)分析

李森

【摘? 要】科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與革命不僅可以為我國工程機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件，同時也能夠進(jìn)一步提升工程機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與焊接質(zhì)量。在這種背景下，工程機(jī)械制造企業(yè)就應(yīng)該將具備焊接技術(shù)的弧焊機(jī)器人廣泛的應(yīng)用到各種產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，盡量減少環(huán)境與人為等因素對機(jī)械產(chǎn)品焊接質(zhì)量的影響。為此，本文章就以工程機(jī)械典型接頭為例，對弧焊機(jī)器人的焊接技術(shù)進(jìn)行了全面的探究。

【關(guān)鍵詞】工程機(jī)械;典型接頭;弧焊機(jī)器人;焊接技術(shù)

引言

通常來講，焊接結(jié)構(gòu)在工程機(jī)械的整體重量中可以占到50%-70%，這也就從側(cè)面決定了焊接質(zhì)量對于工程機(jī)械的重要性。焊接質(zhì)量不僅會在一定程度上影響到工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性與機(jī)械性能，同時也會直接影響到工程機(jī)械的使用壽命?；诖?，焊接人員在應(yīng)用弧焊機(jī)器人的過程中，要充分考慮工程機(jī)械典型接頭的總體特征，并在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)的深入研究，進(jìn)而全面提高我國現(xiàn)階段的焊接技術(shù)水平。

1. 機(jī)器人與焊機(jī)的通訊

1.1機(jī)器人與焊機(jī)的通訊

在現(xiàn)階段，國內(nèi)焊接加工領(lǐng)域中所用到的焊接機(jī)器人大致分為三種，包括國產(chǎn)、日產(chǎn)以及歐產(chǎn)，其中被稱為機(jī)器人四大家族的發(fā)那科、安川、ABB以及庫卡已成為機(jī)器人市場的主流品牌。焊接機(jī)器人所應(yīng)用到的領(lǐng)域較廣，例如汽車加工、工程機(jī)械制造、橋梁以及船舶的建造等。目前，汽車行業(yè)焊接加工生產(chǎn)線多采用機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊、弧焊，而工程機(jī)械、船舶等行業(yè)基本是以氣體保護(hù)焊為主。

焊接電源方面，根據(jù)產(chǎn)品價格及性能的不同可以分為高端市場如Fronius，中端市場如美國的林肯以及低端市場如麥格米特、米勒等。在不同的應(yīng)用場景下選擇合適的焊機(jī)是非常重要的，比如在重工行業(yè)中、厚板焊接中，為提高焊接效率，可以選擇Fronius或者林肯的雙絲焊，為了降低雙絲焊焊接飛濺可以選用Fronius的CMT功能;又如在使用過程中對焊接沒有特殊要求，同時又要減少整體預(yù)算的，可以選擇有價格優(yōu)勢的米勒、麥格米特等品牌。不同品牌的焊機(jī)都有自己的通訊接口，大部分焊機(jī)都會支持通用的DeviceNet或者EtherNet通訊接口，林肯焊機(jī)則擁有自己專用的ArcLink通訊模式，相比于DeviceNet，它具有更高、更穩(wěn)定的通訊性能。為了使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)焊接功能，并且最大限度的適配不同品牌的焊機(jī)，就需要機(jī)器人系統(tǒng)不僅配備通用的通訊接口，還要為特定品牌的焊機(jī)配備專用的通訊模式。

1.2調(diào)整焊接參數(shù)操作的便捷性

調(diào)整焊接參數(shù)操作的便捷性主要是從如下兩大方面來實(shí)現(xiàn)：一方面，要根據(jù)焊接的情況設(shè)置好對應(yīng)參數(shù)，例如焊接接頭型式、坡口型式、焊件厚度、坡口角度等，然后在焊接專家數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查詢，如果找到了滿足全部要求的工藝規(guī)范參數(shù)，則將其推薦給用戶。另一方面，如果在數(shù)據(jù)庫中沒有找到合適的工藝規(guī)范參數(shù)，這時再把數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練并推理求解，以此來可大大提升調(diào)整焊接參數(shù)操作的便捷性。

2.焊接尋位技術(shù)

在具體應(yīng)用中，多數(shù)弧焊機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中都會攜帶一個尋位裝置，該裝置不僅具有較高的準(zhǔn)確性，同時具備一定的靈敏度?；诖?，焊接機(jī)器人在實(shí)際焊接工作中，由于其會與各種工件進(jìn)行頻繁與密切的接觸，因此就不可避免會因其內(nèi)部電壓壓力過小而導(dǎo)致瞬間短路的情況發(fā)生。針對這種狀況，尋位裝置就可以發(fā)揮其自身的優(yōu)勢與特點(diǎn)，可以通過對短路現(xiàn)象的記憶進(jìn)行判別，協(xié)助弧焊機(jī)器人在最短的時間內(nèi)，高效、精準(zhǔn)的計(jì)算出焊縫的三維坐標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上對焊槍位置實(shí)施合理的優(yōu)化。并能夠結(jié)合坐標(biāo)上的相關(guān)點(diǎn)實(shí)施科學(xué)的計(jì)算，進(jìn)而進(jìn)一步對焊槍的位置進(jìn)行優(yōu)化。

焊接人員只需一次確定與糾正焊槍的位置，并將尋位偏差疊加到相應(yīng)點(diǎn)位即可準(zhǔn)確地判斷典型接頭焊縫的起始點(diǎn)位置，優(yōu)化焊接環(huán)境，創(chuàng)造有利的焊接條件。在這一過程中，焊接工作人員需要注意，在對工程機(jī)械典型接頭焊接起始點(diǎn)位置進(jìn)行正式的判斷之前，焊接機(jī)器人要先自動清理焊槍的內(nèi)部，根據(jù)實(shí)際情況來修整焊絲的干伸長長度，一旦確定則不可變更，這主要是因?yàn)楫?dāng)工程機(jī)械典型接頭焊接起始點(diǎn)位置確定后，再實(shí)施后續(xù)的焊接操作，若隨意更改焊絲伸出長度，就極有可能會導(dǎo)致焊縫起始點(diǎn)位置出現(xiàn)不同程度的偏移。

3.智能跟蹤技術(shù)

3.1電弧傳感技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)不斷變革的背景下，我國現(xiàn)傳感器技術(shù)的各項(xiàng)功能也得到了進(jìn)一步的豐富與完善，整體功能性也越來越強(qiáng)。最初，傳感器技術(shù)僅僅局限于利用單純的信號來變換元件，但隨著傳感器技術(shù)的不斷成熟與完善，傳感器就能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的特定處理了。尤其是工程機(jī)械焊接領(lǐng)域，傳感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢典型表現(xiàn)在弧焊機(jī)器人的焊接技術(shù)方法。與此同時，在弧焊電弧的輔助作用下，電弧傳感技術(shù)可以更加準(zhǔn)確與全面的收集焊縫位置偏差信號，為此，其在工程機(jī)械典型接頭焊接中的實(shí)效性優(yōu)勢也越來越突出。另外，在上述過程中，電弧傳感技術(shù)無需輔助裝置的幫助就可以有效增強(qiáng)焊接過程的準(zhǔn)確性，因此其焊接自動化的成本要求相對較低，十分符合中小型工程機(jī)械制造企業(yè)對于焊接作業(yè)的需求，已經(jīng)得到了國內(nèi)外焊接專業(yè)與技術(shù)人員的高度認(rèn)可。

3.2智能跟蹤技術(shù)

科技發(fā)展給我國帶來的并不只有國民經(jīng)濟(jì)水平的提升，同時也更好的完善了我國的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，發(fā)展了我國模糊數(shù)學(xué)在自動弧焊技術(shù)中的應(yīng)用，具體表現(xiàn)為弧焊機(jī)器人的智能跟蹤技術(shù)，該技術(shù)能夠明顯減少弧焊技術(shù)對工件形態(tài)的多方面的負(fù)面影響。這一優(yōu)勢主要是因?yàn)榛『笝C(jī)器人的跟蹤過程可以產(chǎn)生一系列記憶數(shù)據(jù)，再通過學(xué)習(xí)、記憶與聯(lián)想等功能的聯(lián)合作用下，弧焊機(jī)器人可以借助視覺模糊識別來做出更加準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而能夠進(jìn)一步提升與優(yōu)化工程機(jī)械典型接頭的焊接質(zhì)量。另外，相關(guān)工作人員要根據(jù)焊接形狀，結(jié)合跟蹤點(diǎn)的實(shí)際數(shù)量與具體位置來進(jìn)行智能跟蹤判斷[3]。例如，在開展直線焊接作業(yè)時，焊接人員要根據(jù)焊接環(huán)境與條件選擇兩個較為合理的跟蹤點(diǎn)即可;在開展圓弧形狀焊接作業(yè)時，焊接人員就要根據(jù)實(shí)際情況合理選取3 個或者是3 個以上的跟蹤點(diǎn);在圓弧擺動焊接環(huán)節(jié)中，要想進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量，焊接人員就要選擇5個及以上的動態(tài)跟蹤點(diǎn)。

總的來說，弧焊機(jī)器人具備上述幾種焊接技術(shù)就可以充分滿足我國現(xiàn)階段工程機(jī)械典型接頭的具體焊接要求，但在實(shí)際應(yīng)用中也需要注意如下這一問題：在開展焊接作業(yè)時，由于我國工程機(jī)械典型接頭的形式具有多樣性（例如角接、對接、搭接與T 型接），工件厚度與結(jié)構(gòu)存在差異，焊接參數(shù)的具體數(shù)值也明顯不同。為此，在實(shí)際焊接作業(yè)中，焊機(jī)工作人員要根據(jù)實(shí)際情況來合理設(shè)置弧焊機(jī)器人的焊接參數(shù)。

4.結(jié)束語

總而言之，在當(dāng)前背景下，工程機(jī)械制造企業(yè)要充分重視弧焊機(jī)器人在典型接頭焊接工作中的應(yīng)用，加大對弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)的研究，以此來有效提升工程機(jī)械的焊接質(zhì)量與焊接效率。在此基礎(chǔ)上，焊接技術(shù)人員要不斷對工程機(jī)械典型接頭的特征進(jìn)行分析與總結(jié)，以此來為弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)的優(yōu)化提供可靠的參考依據(jù)，以便我國工程機(jī)械焊接技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)智能化的發(fā)展目標(biāo)，大大提升工程機(jī)械制造行業(yè)的自動化焊接水平。

參考文獻(xiàn)

[1]張隨丹.影響弧焊機(jī)器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2016，50（S1）：47-50.

[2]陳城洋.工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)研究[J].企業(yè)導(dǎo)報，2014（19）：114+109.

[3]蘭虎，陶祖?zhèn)?，菅曉?工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（02）：15-18+53.