戴為志，俞海濤，王繼文

1.中國(guó)工程建設(shè)焊接協(xié)會(huì) 北京 100082

2.浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司 浙江紹興 312030

3.安徽工布智造工業(yè)科技有限公司 安徽巢湖 230000

1 序言

隨著中國(guó)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車、軌道交通、工程機(jī)械、船舶、鋼結(jié)構(gòu)及電力裝備等行業(yè)，都在加快智能制造的步伐[1-3]。機(jī)器人作為智能制造中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，如何實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)制造中機(jī)器人的快速應(yīng)用，一直是工程技術(shù)人員不斷研究的課題，并且已經(jīng)取得了很好的成果。比如，大興機(jī)場(chǎng)與港珠澳大橋等工程中機(jī)器人焊接的成功應(yīng)用[4]。因此，未來隨著焊接應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步的不斷加速，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)普遍采用焊接機(jī)器人肯定是焊接應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向之一。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人應(yīng)用過程與現(xiàn)狀

1986年，由中冶集團(tuán)建筑研究總院與北京市機(jī)械施工有限公司合作開發(fā)的自動(dòng)橫焊設(shè)備，應(yīng)用于第一個(gè)由國(guó)內(nèi)施工單位實(shí)施總承包管理的京城大廈全鋼結(jié)構(gòu)超高層建筑，這是國(guó)內(nèi)焊接自動(dòng)化設(shè)備在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的首次應(yīng)用。

2005年，在鳥巢工程施工期間，由北京石油化工學(xué)院和浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司共同研發(fā)的焊接機(jī)器人在鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工中得到了應(yīng)用，該機(jī)器人基本滿足了鳥巢鋼結(jié)構(gòu)焊接現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。后續(xù)又對(duì)機(jī)器人焊接設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改造，使其具有焊縫軌跡示教、焊接參數(shù)儲(chǔ)存記憶、焊接電源聯(lián)動(dòng)控制等功能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了焊縫電弧跟蹤控制、多層多道自動(dòng)排道等技術(shù)[5]。

此外，浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司進(jìn)口了日本的一套梁貫通節(jié)點(diǎn)焊接機(jī)器人，此設(shè)備開發(fā)應(yīng)用得比較成功。

近幾年，由中鐵山橋集團(tuán)有限公司、中鐵寶橋集團(tuán)有限公司和唐山開元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司聯(lián)合研發(fā)的焊接機(jī)器人在港珠澳大橋鋼箱梁U形肋中得到了成功應(yīng)用。此外，還研發(fā)了板單元自動(dòng)組裝和機(jī)器人定位焊系統(tǒng)、U形肋和板肋單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)、橫隔板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)、腹板軌道式機(jī)器人焊接系統(tǒng)，建成了正交異性板單元的機(jī)器人焊接生產(chǎn)線。同時(shí)，開發(fā)了小型焊接機(jī)器人，用于鋼箱梁整體拼裝時(shí)斜底板對(duì)接焊和索塔鋼錨箱焊接。

由寶鋼鋼構(gòu)有限公司和唐山開元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司聯(lián)合研發(fā)的焊接機(jī)器人在建筑鋼結(jié)構(gòu)制造中得到了應(yīng)用。開發(fā)了一套可滿足建筑鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)構(gòu)件進(jìn)行機(jī)器人焊接的系統(tǒng)，以及適用于非標(biāo)件機(jī)器人焊接的快速、智能軟件編制技術(shù)；初步建立了非標(biāo)件焊接機(jī)器人工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并嘗試解決機(jī)器人焊接精度和零部件裝配偏差件與安裝精度不高的矛盾。

針對(duì)箱型鋼結(jié)構(gòu)施工安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)縫焊接問題，清華大學(xué)和中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司聯(lián)合開發(fā)了一種直-弧組合軌道式焊接機(jī)器人系統(tǒng)，并提出了綜合軌跡規(guī)劃法，使機(jī)器人以最少的自由度在箱型鋼結(jié)構(gòu)環(huán)縫焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)焊槍任意空間位姿調(diào)整功能，焊接軌跡規(guī)劃更加簡(jiǎn)便高效。

另外，中建鋼構(gòu)有限公司、中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司等鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)也開展了機(jī)器人焊接應(yīng)用實(shí)踐工作。

綜合分析以上機(jī)器人焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用情況可看出，現(xiàn)階段在橋梁鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是橋梁板單元的焊接制造中，焊接機(jī)器人的應(yīng)用已比較成熟，得到行業(yè)普遍認(rèn)可。在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尚處于應(yīng)用初始階段，例如機(jī)器人焊接小批量、復(fù)雜構(gòu)造或制造和安裝精度較低的構(gòu)件中還存在各種問題，尚不成熟。但隨著鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)程度的提升、機(jī)器人智能化程度的提高以及焊接數(shù)據(jù)庫的豐富，機(jī)器人焊接技術(shù)必將在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)揮重要作用。

提高鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是機(jī)器人焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。構(gòu)建完善的焊接數(shù)據(jù)庫，開發(fā)智能編程軟件，提升焊接機(jī)器人智能化程度，以逐步解決鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用的難題，這也許是鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人技術(shù)的工作方向。

需要指出的是，目前在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中，焊接機(jī)器人大多數(shù)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)制作工廠，除北京大興機(jī)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)焊接工程成功應(yīng)用北京石油化工學(xué)院研制的焊接機(jī)器人，以及浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司在一些重點(diǎn)工程中多次應(yīng)用了焊接機(jī)器人外，在其他鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)很少應(yīng)用。盡管如此，我國(guó)在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用焊接機(jī)器人的規(guī)模和水平在全球范圍內(nèi)，仍然處于領(lǐng)先地位。

總體上說，隨著鋼結(jié)構(gòu)用鋼量的持續(xù)增加和人工成本的不斷攀升，開展機(jī)器人智能化焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用已成為共識(shí)，許多鋼結(jié)構(gòu)制造施工企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)、大專院?；蛟O(shè)備廠商聯(lián)合攻關(guān)，取得了一些成果。但相比于汽車、工程機(jī)械、鍋爐壓力容器等焊接機(jī)器人利用率較高的行業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展較遲緩，這一點(diǎn)和除日本之外的大多數(shù)國(guó)家相同。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人的具體技術(shù)

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是高端技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)代科技進(jìn)步的重要標(biāo)志，是中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展有其深厚的客觀原因，從長(zhǎng)期因素來看，隨著中國(guó)社會(huì)老齡化的不斷加深，勞動(dòng)力資源短缺和勞動(dòng)力成本不斷提高，需要不斷裝備機(jī)器人來代替人的簡(jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)；從國(guó)內(nèi)外制造業(yè)發(fā)展環(huán)境來看，客戶定制、柔性制造、成本效率，以及全球資源整合成為核心要素，在此大背景下，機(jī)器人不斷發(fā)展成為重要裝備。

由于機(jī)器人最忠實(shí)執(zhí)行WPS的工藝紀(jì)律，故對(duì)于操作人員的焊接技術(shù)水平要求較低，焊接過程中受人為因素的影響小，并且具有焊縫成形美觀，焊接過程穩(wěn)定，焊接效率高等優(yōu)勢(shì)。因此，在厚壁、長(zhǎng)焊縫、多位置焊接的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，機(jī)器人自動(dòng)焊具有很大的應(yīng)用空間。

焊接機(jī)器人是指具有三個(gè)和三個(gè)以上可自由編程的軸，并能將焊接工具按要求送到預(yù)定空間位置，按要求軌跡及速度移動(dòng)焊接工具（焊槍）的機(jī)器；比較完整的機(jī)器人自動(dòng)焊應(yīng)有精密焊接質(zhì)量閉環(huán)控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制電源、焊接過程動(dòng)態(tài)建模與控制、自主跟蹤等系統(tǒng)，并隸屬于焊接專家系統(tǒng)。

因此，全套技術(shù)分為兩大部分，即機(jī)器人部分和焊接電源部分。目前，由于大專院校專業(yè)設(shè)置的問題，所以我國(guó)既懂得機(jī)器人技術(shù)，又懂得焊接技術(shù)的工程技術(shù)人員太少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)需求。

3.1 機(jī)器人部分

機(jī)器人同其他自動(dòng)化機(jī)器的根本區(qū)別是自動(dòng)化編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，目前編程技術(shù)分為以下4種。

（1）離線編程 針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接，試圖通過離線編程來解決。由機(jī)器人工程師通過專用三維軟件對(duì)構(gòu)件上每道焊縫，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)以及焊接工藝進(jìn)行描述，生成機(jī)器人可執(zhí)行的焊接指令。

但是目前零部件加工工序基本依靠半自動(dòng)和手工，焊縫位置偏差大，重復(fù)件少，弊端明顯，主要表現(xiàn)為：①每個(gè)工件均需要離線編程或者人工示教等大量重復(fù)性工作，效率低下。②編程根據(jù)工程師能力分質(zhì)量高低，后期無法持續(xù)改進(jìn)。

這個(gè)技術(shù)理論無差，但其可靠性需實(shí)踐檢驗(yàn)，僅適合單道焊縫的工程。目前離線編程技術(shù)是大專院校的主要方向。

（2）示教程序 根據(jù)焊接技師的經(jīng)驗(yàn)，操縱機(jī)器人進(jìn)行有效焊接，每進(jìn)行一次，儲(chǔ)存一次到數(shù)據(jù)庫，每一種結(jié)構(gòu)（板厚及坡口）都需要作一種成功的示教。在以后的工程中，相同類型的結(jié)構(gòu)可調(diào)出直接使用。

顯而易見，示教程序工作量巨大，成本很高。但實(shí)踐證實(shí)，示教編程是最可靠的技術(shù)之一。

（3）可視性編程 這是編程的高端技術(shù)，要求機(jī)器人帶有視覺能力，機(jī)器人數(shù)據(jù)庫準(zhǔn)確而龐大?？上攵?，機(jī)器人的成本和建立機(jī)器人數(shù)據(jù)庫的成本都是非常高的。

（4）可視性建模編程 指應(yīng)用相機(jī)拍攝現(xiàn)場(chǎng)坡口形態(tài)，調(diào)出或自動(dòng)生成相應(yīng)工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)焊接。目前，這是成本最低、最先進(jìn)的技術(shù)，但是僅限于角焊縫的焊接。

3.2 焊接電源

這部分常被人們忽視，這是因?yàn)槟壳昂附与娫促|(zhì)量和可靠性有所提高，在同機(jī)器人匹配中比較隨意，忽略了自動(dòng)焊對(duì)電弧的要求。同機(jī)器人匹配的焊接電源多數(shù)為MIG/MAG氣體保護(hù)焊機(jī)，電弧為普通電弧，對(duì)脈沖特殊電弧開發(fā)研究不夠，同時(shí)極少數(shù)應(yīng)用埋弧焊焊機(jī)。

焊接工藝的開發(fā)研究，離不開焊接設(shè)備和材料，焊接機(jī)器人自動(dòng)焊技術(shù)應(yīng)當(dāng)重視焊接工藝的研究，才能有效地使用機(jī)器人。

3.3 焊接機(jī)器人貼角焊縫焊接技術(shù)

安徽工布智造工業(yè)科技有限公司利用Tekla等三維軟件，開發(fā)了一種應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)的智能焊接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無需人工示教和編程，解決了非標(biāo)金屬結(jié)構(gòu)件的智能焊接問題。

具體創(chuàng)新點(diǎn)如下[6]：

1）開發(fā)了焊接模擬系數(shù)軟件（S m a r t Moder），可快速建立焊縫模型，并同機(jī)器人進(jìn)行數(shù)字互聯(lián)。

2）開發(fā)了構(gòu)件自動(dòng)快速定位技術(shù)，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)快速定位方式，將模型與構(gòu)件對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)非標(biāo)構(gòu)件一次性自動(dòng)焊接。

3）研發(fā)了相機(jī)自動(dòng)識(shí)別和三維數(shù)字處理技術(shù)，通過激光定位與糾偏，可快速計(jì)算工件位置，自動(dòng)形成精準(zhǔn)的焊接路徑及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

4）研發(fā)了焊接程序自動(dòng)生成技術(shù)，應(yīng)用與機(jī)器人相匹配的數(shù)據(jù)格式和接口參數(shù)，可自動(dòng)調(diào)用、修改存儲(chǔ)焊接參數(shù)，根據(jù)焊接路徑快速生成焊接程序，實(shí)現(xiàn)貼角焊縫智能焊接。

該技術(shù)工作原理與焊接現(xiàn)場(chǎng)如圖1、圖2所示。由于其可靠性及效率較高，所以目前在全國(guó)范圍內(nèi)貼角焊縫機(jī)器人自動(dòng)焊已得到廣泛應(yīng)用。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)智能焊接工作原理

圖2 鋼結(jié)構(gòu)智能焊接現(xiàn)場(chǎng)

3.4 埋弧焊與機(jī)器人匹配的貼角焊縫焊接及全熔透焊縫

H形鋼智能化焊接制造示范線由浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司牽頭實(shí)施，由中國(guó)京冶工程技術(shù)有限公司、北京時(shí)代科技股份有限公司共同參與建成。該示范線集成了基于焊接起始位置自動(dòng)識(shí)別、激光跟蹤的焊道定位、跟蹤與糾偏的機(jī)器人智能焊接技術(shù)，以及相控陣超聲波傳感的焊接質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等，集成創(chuàng)新了焊道自動(dòng)糾偏、智能檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了H形鋼智能焊接裝備國(guó)產(chǎn)化，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。其中焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡通過激光跟蹤系統(tǒng)控制，焊接位置采用船型焊。以不同翼板、腹板厚度為主要影響因素，焊接參數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)工藝為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，開展了不同規(guī)格H形鋼構(gòu)件的焊接試驗(yàn)，形成了用于H形鋼機(jī)器人智能焊接制造示范線的焊接參數(shù)。

H形鋼的埋弧焊由機(jī)器人智能焊接工作站（見圖3）完成，工作站由2套直角懸臂機(jī)器人組成，每套機(jī)器人由機(jī)器人主體、集成控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、焊劑輸送回收裝置、激光跟蹤裝置、輔助及安全裝置等組成。在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，我國(guó)第一次采用埋弧焊技術(shù)同機(jī)器人匹配，實(shí)用價(jià)值很高，并獲得了成功。

圖3 H形鋼機(jī)器人智能焊接工作站

埋弧焊焊接機(jī)器人是機(jī)器人智能焊接工作站的主體，主要用于控制、調(diào)整焊接機(jī)頭的運(yùn)行軌跡及位置。集成控制系統(tǒng)由控制柜、手持操作器及連接電纜等組成，具備示教和離線編程等軌跡引導(dǎo)功能和急停、暫停、斷點(diǎn)恢復(fù)等安全功能。焊接系統(tǒng)由埋弧焊接電源、送絲裝置、埋弧焊接機(jī)頭、線纜及附件等組成，可與控制系統(tǒng)信息連成一體，操作調(diào)整更加便捷。焊劑回收裝置由焊劑輸送回收一體機(jī)、電動(dòng)料斗、輸送與回收管路等組成，回收位置可調(diào)，其操作集成于控制系統(tǒng)。激光跟蹤系統(tǒng)主要由激光器、光學(xué)傳感器和中央處理器、防護(hù)裝置、線纜等組成。工作過程中可把焊縫偏移反饋給控制系統(tǒng)，引導(dǎo)焊槍實(shí)時(shí)跟隨焊縫行走。

機(jī)器人智能焊接工作站集成了基于接觸傳感和空間坐標(biāo)變換的鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接位置精準(zhǔn)識(shí)別技術(shù)，解決了焊縫定位偏差導(dǎo)致的焊接程序失效問題；集成了激光跟蹤定位技術(shù)，利用光學(xué)傳播與成像原理，基于激光掃描區(qū)域內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的位置信息，檢測(cè)到實(shí)際焊縫與焊槍之間的偏差（見圖4）；通過專用的程序算法輸出偏差數(shù)據(jù)，由運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)糾正偏差，實(shí)現(xiàn)焊接過程焊縫的實(shí)時(shí)定位、跟蹤和糾偏。

圖4 H形鋼埋弧焊接激光跟蹤

H形鋼構(gòu)件采用機(jī)器人智能埋弧焊接，是十分容易掌握的實(shí)用技術(shù)。在工作實(shí)踐中，焊接速度的平均值為58cm/min，即機(jī)器人焊接1m構(gòu)件的基本時(shí)間為6.9min（已考慮H形鋼構(gòu)件有四條焊縫），構(gòu)件吊裝、翻身消耗的輔助時(shí)間為基本時(shí)間的3%，調(diào)節(jié)程序、設(shè)備及過程監(jiān)控消耗的服務(wù)時(shí)間為基本時(shí)間的5%，休息時(shí)間為基本時(shí)間的2%，即焊接1m構(gòu)件總耗時(shí)7.6min，且機(jī)器人智能化焊接工作站配有2套機(jī)器人焊接系統(tǒng)，則機(jī)器人智能化焊接工序的時(shí)間定額為0.2632m/min，每日可加工構(gòu)件284.2m。

埋弧焊工藝同機(jī)器人匹配，是建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人在一次成形的焊接工程應(yīng)用中最實(shí)用的技術(shù)。由于埋弧焊技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、熔敷量大、焊接性能可靠等特點(diǎn)，所以同機(jī)器人匹配如虎添翼。另外，埋弧焊容易一次成形，因此避開了焊接坡口熱變形的問題，使機(jī)器人工作穩(wěn)定可靠，不僅提高了生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，而且使貼角焊縫達(dá)到教科書式的成形質(zhì)量，如圖5所示。

圖5 埋弧焊工藝同機(jī)器人匹配貼角焊縫宏觀金相

此外，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了25mm板厚的H形鋼不開坡口一次成形全熔透，焊接接頭的力學(xué)性能和微觀金相全部達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，這對(duì)提高鋼結(jié)構(gòu)制作效率和質(zhì)量有很大意義。貼角焊縫全熔透宏觀金相如圖6所示。

圖6 埋弧焊工藝同機(jī)器人匹配貼角焊縫全熔透宏觀金相

3.5 采用MIG/MAG技術(shù)同機(jī)器人匹配

有專家斷言，在目前的焊接設(shè)備狀況下，提高熔敷金屬的效率必須從新型電弧研究開發(fā)開始。目前我國(guó)的新型電弧研究開發(fā)已初見成效。

快速脈沖壓縮電弧工藝適合與焊接機(jī)器人匹配，該技術(shù)熔敷效率高，熔深大，基本無飛濺。浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司試驗(yàn)結(jié)果顯示，厚度為45mm的全熔透焊縫模擬機(jī)器人自動(dòng)焊，用快速脈沖壓縮電弧工藝需焊接28道；而模擬機(jī)器人自動(dòng)焊采用相同焊接參數(shù)，用傳統(tǒng)GMAW常規(guī)純CO2保護(hù)需焊接32道。經(jīng)分析，快速脈沖壓縮電弧焊接工藝較傳統(tǒng)GMAW常規(guī)純CO2焊接工藝，熔敷效率提高了12.5%。

4 焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向

在我國(guó)，隨著制造業(yè)更新?lián)Q代、轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求，已經(jīng)不再是高端用戶的概念，眾多中小企業(yè)對(duì)使用工業(yè)機(jī)器人有更加強(qiáng)烈和迫切的意愿，這為我們國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展提供了很好的時(shí)機(jī)。同時(shí)，借助獨(dú)特的服務(wù)優(yōu)勢(shì)和了解國(guó)情的優(yōu)勢(shì)，可以設(shè)計(jì)出更加滿足國(guó)情的強(qiáng)適用型弧焊機(jī)器人系統(tǒng)。

機(jī)器人焊接技術(shù)的核心是信息技術(shù)，是融合人的感官信息（焊接過程視覺、聽覺、觸覺）、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)（熔池行為、電弧聲音、焊縫外觀）、推理判斷（焊接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)、推理與決策）、焊接過程控制以及工藝各方面專門知識(shí)的交叉學(xué)科。突破機(jī)器人焊接智能化關(guān)鍵技術(shù)，是機(jī)器人智能焊接技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用的迫切需要。

針對(duì)機(jī)器人智能化焊接技術(shù)應(yīng)用難題，國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)開展了大量研究工作，主要集中在鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接數(shù)據(jù)庫、焊縫跟蹤技術(shù)研究、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造生產(chǎn)線等方面。

4.1 焊接數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)庫是鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接的核心，開發(fā)研究工作量巨大且十分復(fù)雜。包括軌跡規(guī)劃、焊槍位姿、焊接電流、電弧電壓及焊接速度等多個(gè)焊接參數(shù)。由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為非標(biāo)構(gòu)件，接頭形式復(fù)雜，材料種類、規(guī)格繁多，且裝配間隙及坡口角度偏差大，為滿足準(zhǔn)確編程的要求，需要基于實(shí)際裝配間隙和坡口角度建立焊接數(shù)據(jù)庫，可見適用于鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接的數(shù)據(jù)庫規(guī)模將十分龐大。

優(yōu)化焊接數(shù)據(jù)庫，使其適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)是研究重點(diǎn)。加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及焊接節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，是有效減小焊接數(shù)據(jù)庫規(guī)模的重要途徑。

4.2 焊縫跟蹤技術(shù)

焊縫跟蹤技術(shù)是焊接過程糾偏的重要途徑，也是焊接機(jī)器人技術(shù)研究開發(fā)的重點(diǎn)之一。

在實(shí)際焊接過程中，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝配偏差和焊接變形會(huì)導(dǎo)致焊縫軌跡偏離，需要采用焊縫跟蹤技術(shù)實(shí)時(shí)糾偏焊接軌跡。電弧跟蹤技術(shù)是焊縫跟蹤技術(shù)的一種，通過焊接電弧的擺動(dòng)，利用電弧與工件之間距離變化引起的焊接參數(shù)變化來探測(cè)焊槍位置偏差，從而檢測(cè)焊縫的中心位置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。電弧跟蹤具有反饋速度快、跟蹤實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，且不受焊接弧光、飛濺和煙塵的影響，特別適用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊縫跟蹤。

4.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造生產(chǎn)線

（1）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件機(jī)器人焊接智能化制造生產(chǎn)工藝 要研究適用于機(jī)器人焊接的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件接頭類型、焊接位置、焊接方法、焊接方式、坡口類型及坡口尺寸等，開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造生產(chǎn)工藝。

（2）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件機(jī)器人焊接智能化制造數(shù)據(jù)庫技術(shù) 建立基于專家系統(tǒng)的焊接智能化制造數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)用、修正和智能化生成。

（3）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件機(jī)器人焊接制造用焊接材料的研制 研究焊絲原材料盤條的化學(xué)成分、力學(xué)性能及生產(chǎn)制造工藝對(duì)其送絲穩(wěn)定性的影響規(guī)律，發(fā)展適用于焊接機(jī)器人用的配套焊接材料。

（4）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造生產(chǎn)線的示范 基于機(jī)器人焊接的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造技術(shù)、焊接質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)，升級(jí)智能化鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造生產(chǎn)線，并開展應(yīng)用示范。

（5）焊接機(jī)器人工作站匹配物流自動(dòng)化 這是建成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件智能化制造生產(chǎn)線的最基本的思維方法。