建筑模板机器人自动焊接生产线的研制

杨永波

（哈尔滨焊接研究所，黑龙江 哈尔滨 150080）

前言

钢质建筑模板又称（免拆模板网）一般均做成定型建筑模板，用连接构件拼装成各种形状和尺寸，适用于多种结构形式。钢质建筑模板一次投资最大，但周转率高使用寿命长。随着建筑产业不断发展，采用现浇混凝土施工工艺的结构工程已经占据主流地位。在钢筋混凝土结构施工中，模板和支撑工程对工程成本、施工进度以及结构质量都起到重要影响。目前模板主要依赖于手工焊接生产，这种方式不能有效保证产品的质量和工作效率。哈尔滨焊接研究所针对这种情况研制了建筑模板机器人自动焊接生产线。这套生产线的研制成功改变了传统建筑钢模板完全依靠手工方式进行焊接制作的方式。从而克服手工制作建筑钢模板产量低、生产周期长、工人劳动强度高、产品质量不稳定等不足，保证产品质量和产量的提高。

1 建筑模板的结构

建筑模板是由板材与型材组焊而成的板梁结构。主要部件有端板、纵肋、边框、横边框等，端板为冷轧钢板经过剪切而成，端板中间不得进行拼接，纵肋采用槽钢或方管等型材，边框则可以采用角钢或带钢。端板与纵肋或边框之间采用断续焊完成连接，焊接位置和焊接长度随型号的变化而变化，横边框与纵肋和边框之间要求进行满焊，由机器人完成焊接工作。边框与端板之间采用断续焊接。

图1 建筑模板机器人自动焊接生产线

2 建筑模板机器人自动焊接生产线描述

图1是哈焊所研制的建筑模板机器人自动焊接生产线。该线用于建筑模板纵肋、纵边框及横边框的自动焊接。整条生产线可分为纵肋/纵边框焊接和横边框机器人焊接两个工序，由五个工位组成（前段传输工位、纵肋/边框龙门焊接焊接工位、后段传输及缓存工位、机器人自动焊接工位和卸件工位）。其中龙门焊接工位和机器人焊接工位为整条生产线的核心部分。

生产线共分为两道焊接工序，第一道焊接工序完成纵肋及纵边框的焊接，为龙门焊接工位；第二道焊接工序完成横边框及纵肋端部的焊接，为机器人焊接工位。工件经过工件传输工位到纵肋点装区对工件的纵肋及纵肋边框的端头进行点固焊接，通过链条传输进入纵肋龙门焊接工位对纵肋及纵肋边框进行焊接，完成焊接工作的工件进入后段传输及缓存区在此处安装模板的横边框同时进行点固焊接，完成的工件进入机器人焊接区对横边框进行焊接，完成的成品工件进入卸件区在该区对工件进行检查，补焊同时吊走合格品。整条生产线电控系统采用PLC（可编程序控制器）为主控单元，控制工件传输、定位、压紧及焊接的全过程。过程控制稳定可靠。配有人机界面，可以方便地设置和修改工艺参数，并可显示运行过程参数（如断续焊缝的间距和长度等）。人机界面与可编程序控制器联机，即可监视运行状态，修改参数。人机界面可提供调整维修用手动控制面板，共六种类型的画面。即：主菜单画面、手动操作画面、自动流程画面、参数修改画面、输入状态画面、符号表画面等。

图2 纵肋/边框龙门焊接焊接工位

3 纵肋/边框龙门焊接焊接工位：（见图2）

该工位包括机械系统、电控系统和焊接系统等三部分。机械系统包括工件传输系统、夹紧/导向龙门架、焊接龙门架和工件压紧机构等。工件传输系统分前后两段，前段工件传输系统由多排辊轮及相配套的传输链所组成。工件由传输链上的驱动小车推动而使之移动，并通过焊接位置的导向定位机构和龙门焊接区。传输系统的后段即为链式传送辊道，可将焊后工件传送至机器人焊接工位，并可作为缓冲区，暂存工件。焊接龙门架上装有交错布置的焊接机头，其上方装有相应的送丝机构；焊接机头与相应的跟踪机构连在一起。整机共装有10把焊枪，焊枪除可进行左右位置的调节之外，尚可手动调节焊枪倾角，以适应初始位置的焊枪对中调节。

工件的压紧采用三套压紧辊来实现：前两套压紧辊装在夹紧/导向龙门架上，分别位于纵肋和纵边框定位/导向机构的前后，满足工件点固焊和焊接时的定位压紧要求；第三套压紧辊安装在焊接龙门架的后方，有利于减小焊接过程中工件变形。

焊接系统采用OTC 500A焊接电源、送丝系统及焊枪，以最宽的工件计算，四条纵肋和两个纵边框的同时焊接共需10套焊接系统，焊接中采用工件连续移动而肋板两侧的焊枪交错布置、同时起弧焊接的方法，实现其两侧交错断续角焊缝的焊接。按照要求切换焊机所控制的焊枪，已达到断续焊缝在工件上交错排列，同时根据工件型号变化可以自由切换工作焊机的数量。

图3 机器人自动焊接工位

4 机器人自动焊接工位：（见图3）

本工位进行横边框焊接，包括有2套机器人系统、工件传输系统、定位夹紧系统等部分组成。

工件传输系统亦由多排辊轮及相配套的传输链所组成。工件由缓冲传送工位传输到本工位，在工传输过程中工位升起气动定位挡块，工件到位后侧面有顶紧气缸将工件准确固定在工作台上，并由压紧气缸将工件压紧以保证焊接工作的进行。

工件准确定位后，系统指令焊接机器人工作。机器人倒挂安装在C型架上，完成前、后两个横边框以及纵肋端部立角缝的焊接。考虑到部件制造中的误差，在机器人系统上安装有碰撞寻位系统，该系统是通过机器人焊丝与工件的接触，引发电容放电用来确定工件焊缝的位置。这样工件虽然有一定的误差，有寻位过程的修正，机器人仍可以准确确定焊缝的空间位置，保证焊接过程顺利完成。

在该处机器人所要焊接的焊缝形式有角接和对接，空间位置上有平焊和立焊两种焊接姿态。

5 建筑模板机器人自动焊接生产线应用

5.1 建筑模板机器人自动焊接生产线可以满足标准模板的焊接生产。

5.2 该生产线的生产效率高，同时可以有效减少工人的劳动强度。

5.3 经过运行实践表明机器人生产线的设计成熟而稳定，系统运行平稳，产品质量有了明显提高，设备使用良好故障率低。在生产中取得了显著的效果。