工业焊接机器人发展探析

陈恒峰 盛会 郭辉 刘宇

摘要：根据焊接机器人的国内外研发及应用现状，分析现有焊接机器人在工业生产中的应用优势及存在的主要问题，探讨其需要解决的关键技术，展望其未来的主要发展方向，旨在为焊接机器人在工业制造业中广泛应用提供参考。

关键词：焊接机器人；智能化；控制技术；自动化

中图分类号：TG456；TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0060-02

焊接技术是衡量一个国家工业制造业发展水平的重要指标。随着工业生产技术的快速发展，对焊接技术的要求越来越高。根据使用环境对焊接产品提出动载荷、强韧度、高压性、耐高温性、抗低温性和耐腐蚀等多项要求；从焊接产品安装结构形式上提出焊接零件加工厚度、焊接成型美观与安装尺寸精度等要求；从焊接材料选择上提出焊材与母材机械性能与物理性能的要求。

焊接生产过程可分为人工焊接和机器人焊接2种。人工焊接效率低下，而且工作环境恶劣，劳动强度和负荷高，不适于焊接铝、钛等活泼金属，以及难溶金属、低熔点金属。机器人焊接生产效率高，焊接成型较完美，且可焊接活泼、难溶及低熔点金属，通过固定程序消除人为不可控因素，可保证焊接产品的品质。

1 焊接机器人应用优势

众所周知，焊接是一个高技术的工作，要求从业人员除具有高超的焊接技能、丰富的实践工作经验、稳定可靠的焊接水平外，还要能在多烟尘、高危险、大热辐射量的恶劣环境中工作，对从业人员的身体伤害严重。焊接人员从业周期短，熟练技术工培养周期长，导致从业人员素质水平良莠不齐，生产产品质量无法保证。工业机器人的出现，减轻了焊接从业人员的劳动强度，使他们远离高危险、热辐射量大的恶劣环境，通过固定的控制程序与路径保证焊接质量。

焊接与其他的工业加工过程不同，被焊接件在焊接部位局部加热、冷却时产生焊接应力，发生局部变形，导致焊缝轨迹发生变化，零件产品的尺寸精度、外形形状发生改变，无法满足装配要求。有经验的焊工从业人员可以根据观察焊缝的实际位置，适时调整焊枪角度、焊接姿态、焊枪行走速度、焊缝焊接顺序、焊机工艺输入参数，保证焊接质量水平。焊接机器人要完成此项工作，必须对焊接物在焊接过程中发生的变化进行时时跟踪，再根据情况对焊枪位置和状态进行调整。

焊接过程中存在强烈的弧光、噪声、烟尘、焊接短路、电流强磁场等复杂因素，焊接机器人提取焊缝检测信号特征很不稳定。因此，焊接机器人早期的应用领域比较狭窄，多应用于汽车装配生产线上的电阻点焊。原因在于电阻点焊的运动过程相对少，动作比较单一，焊缝的焊接长度短，控制程序操作方便，且不需要对焊缝轨迹进行时时跟踪反馈，对焊接机器人的运动定位精度和动作重复精度、程序控制准确性要求比较低。点焊机器人在汽车装配生产线上的大量应用，提高了汽车装配零部件的焊接生产效率与成品质量，电子控制程序使焊接机器人具有柔性工作特点，即只要改变电子控制程序，就可在同一条生产流水线上对不同车型装配零部件进行焊接。

随着电子科技的快速发展，为了对焊接机器人的速度、精度、动作进行精准控制，研发了电弧传感器技术，使焊接机器人能够准确应对焊缝变化，对过程进行时时跟踪，再根据情况对焊枪位置和状态进行调整。此后，焊接机器人的应用从比较单一的电阻电焊发展到汽车零部件、零件装配过程中的电弧焊。

另外，电弧焊接机器人不仅在汽车制造业中使用，还涉及电弧焊其它制造工业，如船舶制造业、交通车辆制造业、锅炉压力容器件、重型机械零部件，用范围日趋广泛，在数量规模上将赶超点焊机器人，成为工厂制造业的新宠儿。

2 焊接机器人国内外应用现状

机器人在80年代前发展缓慢，直到90年代，计算机技术、网络通信技术、电子信息技术的快速发展，推动机器人产业快速发展，使机器人的制造水平、反应速度、运动精度、运行可靠性等指标不断提高。工业规模化、零件通用化、产品标准化生产让机器人的制作成本、使用成本降低，使大批量采购、使用成为可能。据不完全统计，全世界一大半的工业机器人从事着各种各样的焊接工作。焊接机器人具有焊接质量稳定、改善劳动环境、生产效率高等优点，因此，西方国家加大焊接机器人数量，建设标准的自动化、智能化无人流水生产线，用于汽车零部件、工程、通用机械的金属结构件生产。

我国从20世纪80年代开始进行机器人研究与开发，目前基本掌握了相关工业制造、控制系统硬件生产和软件开发、运动行走轨迹选择等技术，可独立生产机器人核心关键零部件，开发多种工业机器人，特别是用于汽车制造生产线上的电弧焊机器人。

但整体上来看，我国的焊接机器人制造水平还不高，如产品的工作可靠性能不稳定，工业应用领域起步晚、应用范围小、生产技术落后、软件开发时间周期长，应用产业的规模小，未形成焊接制造机器人产业链。目前，我国焊接器人发展模式是根据用户要求，单一定制重新设计，导致品种规格繁多、产业批量小、零部件的通用性差、标准化程度低、生产周期长、生产成本高、使用维护不便，使用的稳定性、可靠性差。因此，迫切需要解决焊接机器人工业产业化前期关键技术，对产品进行全面细致规划，搞好产品系列化生产，使零件具有通用性、互换性，积极推进整机工业化产业进程。

3 焊接机器人发展趋势

焊接机器人的研究取得很大进步，在焊缝跟踪、信息传递、路径规划、自动化控制、遥控焊接工艺等方面取得很多成果。但在大型船舶焊接过程中，重要部件还需要人工焊接。这是因为焊接件材料厚度过厚或两焊接材料厚度差过大时，受热不均、溶池过浅、点受热过于集中等问题，易导致焊缝未融合、未焊透、冷裂纹等致命缺陷，这是焊接机器人无法解决的。焊接机器人的主要发展方向是大批量、结构相对简单、空间便于操作、母材焊接厚度10 mm以下的零件产品及其装配焊接。

随着网络、计算机、智能控制技术的快速发展及工业生产系统的不断完善，焊接机器人将向智能化控制、视觉化控制、网络远程控制等方面发展。

4 结语

在新的国际产业结构调整过程中，我国将逐步从世界制造工厂向集创新、生产、研发、销售为一体的新型经济体转变。近年来，欧美国家加快自动化、数控化、智能化、柔性化生产大型成套设备研发，尤其是加快工业机器人智能化、集成化发展。我国也应加快包括焊接机器人在内的工业机器人产品系列化生产，提高零件通用性、互换性，创新结构部件模块化设计，将现有的智能化控制、视觉化控制、网络远程控制技术融入产品开发生产中。

参考文献

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[2] 刘丽，金艳艳.焊接机器人在机车车体制造中的应用[J].精品，2016（2）：65-66.

[3] 黄绍允.焊接机器人控制系统的研究[J].中国机械，2016（2）：68-69.

Abstract： According to the development and application status of the welding robot at home and abroad， this paper analyzed the advantages and the main existing problems of the available welding robot in the application of industrial production， discussed the key technology needed to solve， and looked forward the main development direction in the future. Aim to provide a reference for welding robot to use widely in industrial manufacturing.

Key words： welding robot； intelligent； control technology； automation