焊接智能化的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

張棟梁

摘 要：我國(guó)焊接技術(shù)的智能化和自動(dòng)化是行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，可以通過對(duì)焊接工藝的優(yōu)化來(lái)適應(yīng)新型材料的使用，也可以通過焊接機(jī)器人的推廣來(lái)提高技術(shù)的精確度，推動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)線自動(dòng)化和柔性化發(fā)展等，都可以進(jìn)一步優(yōu)化焊接技術(shù)，也是為了將焊接技術(shù)推廣到其他行業(yè)的必然要求，是促進(jìn)國(guó)家制造業(yè)進(jìn)步的重要措施。

關(guān)鍵詞：焊接智能化;研究;應(yīng)用

1 焊接工藝自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的戰(zhàn)略目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐的過程，將計(jì)算機(jī)用于輔助設(shè)計(jì)和工業(yè)制作。整個(gè)焊接技術(shù)發(fā)展新局面的誕生是焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，機(jī)器人自動(dòng)化焊接在各行各業(yè)都有所應(yīng)用，但是在汽車制作公司的應(yīng)用，是焊接機(jī)器人應(yīng)用的主要領(lǐng)域。焊接技術(shù)自動(dòng)化的表現(xiàn)在于節(jié)能化的焊機(jī)和弧焊機(jī)。這兩種機(jī)器的出現(xiàn)對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用：（1）焊接智能化應(yīng)用具有很高的靈活性，有助于提升經(jīng)濟(jì)效益，得到了較為廣泛的使用。在進(jìn)口零部件方面，還會(huì)受到國(guó)際貿(mào)易限制因素的影響，無(wú)法合理促進(jìn)生產(chǎn)工作實(shí)施，例如，在零部件損壞之后，需要進(jìn)行產(chǎn)品的更新，但是更新成本很高，無(wú)法滿足當(dāng)前的智能化改革需求。（2）焊接過程復(fù)雜和勞動(dòng)強(qiáng)度大的焊接作業(yè)，均以自動(dòng)化的焊接手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。焊接自動(dòng)化的分布情況基本是合資品牌大于自主品牌，暢銷車型大于非常小車型，豪華車大于經(jīng)濟(jì)車型，傳統(tǒng)造車企業(yè)大于新能源企業(yè)。整體呈現(xiàn)成本/利潤(rùn)導(dǎo)向的模式。

2 焊接工藝智能化的應(yīng)用

目前焊接工藝智能化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是生產(chǎn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)手段的智能化;二是焊接過程控制的智能化;三是分析診斷過程智能化。

（1）生產(chǎn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)手段的智能化。近年來(lái)，機(jī)器視覺技術(shù)以其高精度、高自動(dòng)化等特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量、工業(yè)檢測(cè)和識(shí)別等領(lǐng)域。視覺焊接機(jī)器人通過工業(yè)CCD相機(jī)采集圖像，再經(jīng)過圖像預(yù)處理過程得到較為清晰的焊縫中心線的圖像，計(jì)算機(jī)再將焊縫圖像中心線特征點(diǎn)的坐標(biāo)反饋到焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)，讓焊槍沿著焊縫中心線進(jìn)行焊接，從而完成焊接的整個(gè)過程。

其整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，可以根據(jù)焊縫圖像來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍的姿態(tài)角度和運(yùn)行軌跡，因此具有較高的焊接精度和焊接質(zhì)量。

（2）焊接過程控制智能化。自動(dòng)化一體調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的智能化技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，將整個(gè)操作都更加簡(jiǎn)單化和便捷化，智能化程度也越來(lái)越高。焊接過程控制智能化的發(fā)展相對(duì)成熟，無(wú)論是人工電阻焊的控制設(shè)備還是自動(dòng)焊的控制設(shè)備均由較為普遍的使用。

（3）分析診斷過程智能化。專家診斷系統(tǒng)和在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，使得焊接質(zhì)量檢測(cè)不再困難。以往的焊接質(zhì)量檢查基本是由專業(yè)人員在離線狀態(tài)下通過抽樣進(jìn)行晶相分析、磁粉探傷、超聲波探傷等手段進(jìn)行，同時(shí)檢測(cè)周期長(zhǎng)，由于是抽樣測(cè)試存在檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。專家診斷系統(tǒng)級(jí)在線檢測(cè)技術(shù)的使用僅限于對(duì)焊接質(zhì)量要求高的豪華車的特種材料焊接中。

國(guó)際上目前將故障診斷方法歸類為基于解析模型、基于信號(hào)處理和基于知識(shí)的故障診斷3種方法。每種方法的具體分類情況如圖1所示。

焊接專家系統(tǒng)是指專門設(shè)計(jì)的用以模仿某領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和推理方法，并能像人類專家一樣解決特定領(lǐng)域的復(fù)雜問題的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。與常規(guī)計(jì)算機(jī)程序相比，具有知識(shí)大多是被個(gè)人擁有的專家知識(shí)、輸出結(jié)果通常是建議或選擇、推理過程可了解等顯著特點(diǎn)。在故障診斷中，專家系統(tǒng)可以將診斷故障和原因之間的關(guān)系通過特定的推理機(jī)制推導(dǎo)潛在故障模式，并搜索故障原因。

3 汽車車身焊接技術(shù)自動(dòng)化和智能化

3.1 汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)

在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，隨著汽車行業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏的加快，汽車生產(chǎn)在保證質(zhì)量的同時(shí)，也追求產(chǎn)量，提高規(guī)模效益。一個(gè)汽車產(chǎn)品的生命周期只有3～5年，隨著產(chǎn)品的升級(jí)，汽車焊接生產(chǎn)線也隨之升級(jí)，原有自動(dòng)化、柔性化程度較低的生產(chǎn)線逐漸退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是自動(dòng)化程度更高、柔性程度更高的現(xiàn)代化焊接生產(chǎn)線。

自動(dòng)化成為汽車車身焊接生產(chǎn)線的發(fā)展方向，焊接機(jī)器人也順應(yīng)時(shí)代發(fā)展技術(shù)和行業(yè)要求誕生。焊接機(jī)器人是獨(dú)立操作的個(gè)體，動(dòng)作自由度較高、程序靈活，且自動(dòng)化程度以及柔性程度都較高。焊接方面主要是點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。

3.2 汽車產(chǎn)品新材料帶動(dòng)新技術(shù)

汽車的輕量化發(fā)展，越來(lái)越多的新型材料得到應(yīng)用，一些新型的金屬材料以及高強(qiáng)度的有機(jī)合成材料等，都是未來(lái)焊接技術(shù)的主要焊接材料。為了適應(yīng)新的材料，有許多新型焊接技術(shù)的出現(xiàn)，如擴(kuò)散焊，擴(kuò)散焊的接頭性能可與母材相同，特別適合于焊接異種金屬材料、石墨和陶瓷等非金屬材料、彌散強(qiáng)化的高溫合金、金屬基復(fù)合材料和多孔性燒結(jié)材料等。

新車型在設(shè)計(jì)階段還可以運(yùn)用智能化的仿真技術(shù)進(jìn)行疲勞性能以及沖擊性能等綜合考慮，做出適用性方面的性能評(píng)價(jià)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，對(duì)焊接過程中的質(zhì)量分析和優(yōu)化有著重要意義。而對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備以及質(zhì)量檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)方面提高要求，也有利于企業(yè)的管理和決策。

4 結(jié)束語(yǔ)

電子信息及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加快了焊接工藝研究的進(jìn)程，新的工藝方法和新的工藝手段不斷在生產(chǎn)實(shí)際中得到實(shí)現(xiàn)。本文探討汽車車身焊接的智能化與自動(dòng)化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

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