焊接机器人为什么能够在钢结构行业得到应用

进入2000年以后，我国国民经济显著增长，国力明显增强，钢产量大幅提高，在建筑中提出了“积极、合理地用钢”，从此甩掉了“限制用钢”的束缚，钢结构建筑在经济发达地区逐渐增多。传统的机器人控制器基本上采用专用的计算机、专用的机器人语言和专用的操作系统设计的，结构封闭，表现出开放性差、软件独立性差、扩展性差、缺少网络功能等缺点，它严重地影响了机器人的发展和应用水平。从2008年奥运会鸟巢场馆、中国尊到如今的港珠澳大桥，出现了钢结构建筑热潮，强劲的市场需求，推动钢结构建筑迅猛发展，建成了一大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑。

在钢结构工程建设过程中，焊接是钢结构工程制作和安装的关键技术和质量控制手段，在建设工程中有着十分重要的作用。由于钢结构结构形式的多样性，加之其安装过程多在户外，自动化焊接程度较低，多数采用手工进行焊接。如，弧机器人焊接过程中的电流电压监控、送丝速度监控，点焊机器人的实时打点电流及时长的监控等。机器人焊接在钢结构建设过程中的应用于前期在车间内钢结构部件的组装连接，如图1所示，例如H柱、梁、箱型柱、U形肋、板肋板单元和横隔板单元的组装连接等。

由于钢结构应用场所的重要性，因此在钢结构生产安装过程中对钢结构的焊接提出了更高要求。钢结构的焊接性包含以下两个方面的含义：一是工艺焊接性，是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得致密、无缺陷并具有一定使用性能的焊接接头的能力；二是使用焊接性，是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种性能的程度，包括常规的力学性能（强度、塑性、韧性等）或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。采用焊接机器人工作站或自动焊接专机是提高和稳定焊接质量的重要途径，而且随着劳动力成本的提高，机器人焊接的成本优势越来越明显。

焊接机器人研究和应用现状

机器人技术是综合了计算机、 控制论、 机构学信息和传感技术、 人工智能、 仿生学等多学科而形成的高新技术， 是当代研究十分活跃的领域。近十几年来， 随着相关领域技术快速发展， 机器人技术也得到了飞速发展。为了更好地完成焊接任务， 机器人生产厂商在机器人本体上做了相应的调整。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，需提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线检测、调整和焊缝质量的实时控制。机器人所采用材料开始转向铝、 不锈钢、 高强钢， 所使用的板材也越来越薄。使用材料的变化在保证刚度的前提下， 减少了机器人自身的质量， 降低了成本。目前市场上机器人的售价越来越低， 性价比越来越高， 各个机器人厂商纷纷推出了 11~13 万的经济型弧焊机器人。

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于10~10 W/cm时，金属表面受热作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。利用激光传感器的三维信息获取能力，可以对焊后的焊缝成形质量和缺陷进行检验，发现成形不良、咬边等缺陷。

激光焊接技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，给人们的生活质量带来了重大提升，更是家电行业进入了精工时代。

激光复合焊接是激光束焊接与MIG焊接技术相结合，获得焊接效果，快速和焊缝搭桥能力，是当前的焊接方法。

激光复合焊的优点是：速度快，热变形小，热影响区域小，并且确保了焊缝的金属结构与机械属性。

激光复合焊除了汽车薄板结构件的焊接，还适用于很多其它应用。例如将这项技术应用于混凝土泵和移动式起重机臂架的生产，这些工艺需对高强度钢进行加工，传统技术往往会因为需要其它辅助工艺（如预热）而导致成本的增加。工件在变位机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置，同时要不断调整机器人各轴的位置，合理的确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。再则，该技术也可应用于轨道车辆的制造及常规钢结构（如桥梁，油箱等）。