人工智能在钢箱梁焊接中的发展

吴兆营 黄斌 陈帅

摘要： 在焊接机器人快速发展的新形势下，焊接机器人技术在钢箱梁焊接中取得了很大的进步。系统探讨了人工智能在钢箱梁焊接中的发展，从而提出智能编程、远程智能焊接操作、焊缝跟踪技术等技术在钢箱梁焊接中的作用。焊接机器人的操作方式和操作流程都要通过编程语言来实现;远程智能焊接操作主要是通过远程操控焊接机器人来对钢箱梁进行焊接监测和控制;焊缝跟踪技术可以通过一系列传感器来随时跟踪检测焊接过程中的焊接质量和稳定性。因此，智能编程、远程智能焊接操作、焊缝跟踪技术等为人工智能在钢箱梁焊接中的发展和应用提供可行性参考。

关键词： 钢箱梁焊接;智能编程;远程焊接技术;焊缝跟踪技术

【中图分类号】TM92【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）12-0231-01

引言：钢结构辅助施工结构在现代钢箱梁施工的过程中必不可少，在保证钢箱梁工程的施工进度、保证钢箱梁工程主体的施工质量、降低钢箱梁主体的施工成本等优点，尽管其自身的优点很多，但是在实际施工的过程中还是存在很多的问题，不但影响钢箱梁主体的施工质量，也成为钢箱梁施工辅助钢结构自身安全的重要因素，所以必须要采取相应的措施加以解决。

1钢箱梁钢结构自动化焊接工作的难点分析

1.1构件结构的影响

钢箱梁钢结构中的构件一般较为新颖，且结构具有多元化的特点，不利于采用自动化的焊接技术。在实际工作中，受到空间结构因素的影响，在箱型杆件内部区域、整体节点间隙区域实际焊接期间，由于空间很小，所以很难使用自动化焊接设备，不能确保整体的焊接工作质量和效果。

1.2钢结构构件制作几何尺寸不符合要求

钢结构构件尺寸不符合施工图设计要求，表现在钢结构构件尺寸不在规范允许偏差范围内。这种情况下我们在施工制造过程要注重下料的配件尺寸，同时要考虑制造过程中的相关变形。

1.3焊缝的布置对焊接变形的影响

有时在钢箱梁设计时没有充分考虑焊接变形，导致杆件制造中焊缝布置不合理，多条焊缝集中布置在一起，或者分布距离太近，导致焊接热影响区重叠交互，焊缝收缩量增加，造成焊接变形更加严重。同时焊缝不对称分布在杆件上，不对称的分布导致变形量反而增加了。

2人工智能在钢箱梁焊接中的发展

2.1钢箱梁焊接中的智能编程

在钢箱梁智能焊接中一般用到焊接机器人，而焊接机器人的操作方式和操作流程都要通过编程语言来实现。一般机器人的智能编程包括示教编程和离线编程两种方法，这两种方法都是从传统编程方法演化发展而来，主要借助于微机图形学和几何算法来实现机器人与钢箱梁在不同工作环境下的完好配合，通过设定相关的焊接路径、焊接参数和几何尺寸来合理规划焊接轨迹，从而保证钢箱梁焊接的高品质和高精准。对于钢箱梁中存在的规则性、重复性的焊接位置可以使用示教编程的方法进行。示教编程的主要方法是：首先，操作人员通过手动操作示教器来控制焊接机器人到达预定的焊接位置并记录当前所在位置。其次，将记录的位置传输到焊接机器人的控制器中。最后，焊接机器人可以根据控制指令来进行焊接任务。一次的焊接结束以后，焊接机器人可以根据控制指令重复进行焊接任务。操作人员也可以通过示教编程法定义不同的焊接坐标系对焊接机器人进行控制。示教编程方法具有快捷高效、操作简单、无需设定环境模型等优点，可以实现钢箱梁在焊接中存在的重复性操作，同时可以修正钢箱梁结构带来的误差。而对于钢箱梁中存在的复杂的、特殊的构型，示教编程就无法实现智能化了，因此就需要离线编程来实现。离线编程主要是通过软件，如RobotArt，RobotStudio等，在电脑里重构钢箱梁中复杂构件的三维虚拟环境，然后软件可以根据结构的形状、尺寸和材料操作机器人来实现焊接轨迹，通过在离线编程仿真软件中模拟整个焊接过程，可以随时监控和调整焊接轨迹和形态来确定最终的焊接方案，最后通过软件生成最终的焊接程序。示教编程与离线编程并不是对立存在的，而是相互补充相互促进的关系，在钢箱梁的焊接中，需要根据具体的工程环境，合理选择能提高工作效率和工作质量的编程方式。利用智能编程可以缩短焊接工艺技术的准备周期，可提高10倍以上的工作效率，并提高了焊接工艺标准化和规范化程度。

2.2板单元的机器人焊接技术

钢箱梁钢结构的板单元构建质量非常重要，而焊接质量对整体结构的建设稳定性和强度会产生影响，尤其是顶板单元的U形肋角焊缝，要保证熔深达到标准，并确保工作效果。在此期间，应该合理地采用先进的机器人自动化焊接技术，编制出完善的计划方案，在提升自动化焊接质量的情况下，利用疲劳试验对比方式，通过自动化机器人焊接的方法，提升整体的抗疲劳强度，将自动化焊接技术的作用发挥出来，这样在板单元相关机器人焊接技术合理应用的情况下，遵循合理化的工作原则，编制出较为完善的自動化焊接计划方案，有效地提升整体自动化焊接的技术水平与综合质量，从而促使钢箱梁钢结构自动化焊接工作的合理落实。

2.3利用合理的焊缝分布减小焊接变形

杆件设计制造时焊缝数量尽量少;满足受力要求的情况下，焊缝尺寸能小则小;尽可能将焊缝对称分布，减少和避免焊缝过度集中，焊缝与焊缝的距离一定要合理。尽可能减少交叉焊缝的存在。焊缝的纵向收缩要比横向收缩小，所以要将焊缝尽可能分布在平行于焊缝收缩量小的地方，使实际的焊接缝缩小。将焊缝分布到尽可能靠近截面中心轴的位置，并尽量让其对称于杆件的中心轴，能够很好地减小弯曲变形。

结语：钢箱梁作为一种典型的大跨径钢箱梁，目前的施工技术和施工难度也对焊接工带来很大的考验。随着人工智能科技创新的发展，钢箱梁实现自动焊接在未来发展中具有巨大潜力。通过智能编程、远程智能焊接操作、焊缝跟踪技术等为人工智能在钢箱梁焊接中的发展和应用提供可行性参考。

参考文献

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