集装箱自动化焊接技术现状及可行性分析

摘 要：经济新常态下，传统的人工或半自动焊接效率低，已经无法满足集装箱日益增长的需求。鉴于此，笔者结合自身经验，对集装箱自动化焊接技术的发展现状进行分析，并围绕技术可行性展开探讨，旨在为推动集装箱自动化焊接技术的应用提供良好的参考价值。

关键词：集装箱;自动化焊接;发展现状;可行性

前言

集装箱是全球规模化、标准化、适用于快速装卸、可反复使用、具有足够可靠性及强度的一种运输载体，同时还可以用于货仓、房屋等，在现实社会中具有良好的适用场景，需求前景广阔。而焊接作为集装箱加工制造中的重要一环，传统人工或者半自动化的焊接模式已经难以契合时代发展的需求，如何构建集装箱自动化焊接体系至关重要。

1 集装箱的结构组成

集装箱是一种标准化通用产品，从机械结构上分析，主要包含四侧侧板、前墙板、底架、顶板、门端板等构成，其中每一部分作为一个焊接部套，分别由若干零件拼焊而成。顶端结构主要前顶角加强板、顶板、后顶板加强板组成;底架主要由底横梁、底侧梁、鹅颈槽等部件而成;前端结构主要由角件、前角柱、前墙板门槛、前楣等组件构成;侧壁结构主要由顶侧梁、侧板等部件构成;门端结构主要由门板、锁杆、门槛、后角件、门楣等构成。

只有了解集装箱的机械结构件构成，才可以不同结构、不同焊缝下集装箱自动化焊接类型，为技术的发展提供铺垫。

2 集装箱自动化焊接技术的发展现状

当前，随着智能化技术的发展，我国机械化及自动化水平不断提升，机器人焊接及专机智能化焊接已经逐步渗透至传统手工焊接领域，在集装箱行业不断得到运用。

对于集装箱前端结构焊接而言，前墙波纹板块与前楣、前槛之间的波纹连续焊接基本实现了自动化焊接，目前已经有一种用于集装箱前墙板的自动焊接装置，利用焊缝轨迹识别装置对焊缝自动跟踪，并利用焊枪进行焊接，不需人员进行焊接操作，保证焊接质量，且大幅度提升作业效率，适用于批量化生产;同时波纹板与顶横梁之间波纹连续焊接已实现了自动化。但是，受集装箱结构及焊接技术的影响，目前仍有一些结构处在手工或者半自动焊接模式。如前墙板角柱与角件的焊接、波纹板与顶横梁之间的固定点焊、底架焊接中底横梁、底侧梁之间的拼接与焊接、门端件的组焊等。同时，对于一些较小结构标准件而言，在进行组焊时基本上还是通过人工固定点焊与连续焊接，工人劳动强度大，生产效率低，已经很难满足工业自动化生产的要求。所以，结合当前我国面向集装箱的焊接技术而言，从集装箱自动化焊接发展来看，为推行集装箱的自动化焊接技术，现阶段主要需要解决的是集装箱焊接中对一些非标准复杂构件难定位、空间受限、焊缝多且轨迹复杂、构件形状不规则等的问题。重点需要解决的是各种非标准复杂小构件的自动焊接问题，是未来集装箱自动化生产发展的重点攻坚领域。

3 集装箱自动化焊接技术的可行性分析

我国是世界集装箱生产大国，集装箱制造是劳动密集、材料密集型行业。集装箱用工有40%以上为焊接工人。在集装箱的生产工艺流程中，焊接是将材料永久链接，焊接工艺直接影响到集装箱产品的质量。对于不规则的集装箱部件，在焊接过程中存在焊件沿焊缝方向厚度不一致、曲面形状复杂等问题，导致在直线段的焊缝成形与在曲面波内斜边段的焊缝成形不能保持一致，进而导致在直线段焊接与在波内斜边段焊接的焊缝的质量不一样，进而制约集装箱的生产质量。而通过运用自动化焊接技术，对集装箱焊接机器人應用技术人研发，在集装箱制造过程中的焊接工艺进行机器人应用技术开发，通用应用点焊、弧焊机器人，组合配套相应工艺工装，改进集装箱焊接制造工艺，提高集装箱制造的自动化程度，提高集装箱生产效率，从实践层面具备良好的可行性。

首先，科技的发展为集装箱焊接自动化的实现提供了良好的现实条件。对于集装箱制造而言，焊接自动化已成为影响焊接技术的生产点，如何在墙板、底架、顶板、门端板等衔接处做好焊缝跟踪，实现监控焊缝轨迹，尤其是对于波纹板的曲面化焊接，根据焊枪运动轨迹来实现曲线焊缝跟踪变化，来对焊枪运动轨迹进行智能化控制。当前，技术的不断提升、算法的不断优化将为焊接的自动化技术提供有利条件。

其次，机器人是实现集装箱自动化控制的关键。对于集装箱焊接而言，采用智能机器人，借助于焊枪运动轨迹控制技术、焊缝识别技术、专家数据库技术等代替人工来进行焊接控制。当前，我国机器人产生在上一轮经济发展中实现了从小到大、从无到有的重大突破，目前已经形成了一百余家从事机器人研发设计、生产制造、工程应用以及零部件配套的产业集群，其中40余家上市公司在股市上形成了具有机器人概念的高技术板块，同时以abb、库卡、安川电机、发那科四大家族为代表的国外机器人企业占据中国机器人市场90%以上的市场份额，为实现智能化焊接提供了有力条件。

最后，焊接电源是影响焊缝质量的关键。机器人自动化设备是确保自动追踪焊缝轨迹的关键，而气保焊、氩弧焊、埋弧焊等配套机器人的焊接电源则是影响焊缝质量的关键。当前，我国配套机器人焊接电源技术日趋成熟，如山东奥太的逆变电源，唐山开元的埋弧焊电源、MEGMEET的机器人焊接电源等，发展十分迅速，这也为集装箱的自动化焊接提供了有力支撑。

综上所述，焊接技术的提升、机器人市场的大力拓展、焊接电源的配套等的不断发展，为集装箱自动化焊接提供了良好的可行性。

结束语

对于庞大的集装箱制造行业而言，传统的手工焊接已经难以满足时代发展的需求。智能机器人、焊缝识别、焊接专家库系统、集装箱专用焊接工装等进行集成开发，解决集装箱焊接生产的柔性化需求，以自动焊接代替人工焊接，提高焊接效率，减轻工人劳动强度等问题。集装箱实现自动化焊接是后续发展的主流趋势，因此充分做好焊接技术研发、提升配套机器人电源质量、做好相应焊缝跟踪、焊缝检测等，才可以使得集装箱自动化焊接技术不断提升，实现集装箱的高质、高效生产！

参考文献

[1] 罗小燕.我国集装箱行业发展及用钢情况浅析[N]. 世界金属导报，2019-07-30（A12）.

[2] 史雄华，周宏，等.20000 TEU集装箱船抗扭箱结构的焊接变形预控[J].船舶工程，2019，41（11）：110-119.

[3] 赵黎晶.射钉工艺与焊接工艺在集装箱起重机上的应用比较[J].起重运输机械，2019（05）：12-16.

[4] 刘刚. 集装箱铰链焊接机器人视觉系统开发[D].广东工业大学，2019.

[5] 浦轲. 罐式集装箱关键结构件焊接工艺优化研究[D].中国矿业大学，2019.

作者简介：肖秀吕，东方国际集装箱（广州）有限公司，男，1983年3月，湖南省安仁县，本科，职称：无，研究方向：机械设计制造及其自动化。