摘" " 要：本文以某船舶外場EH36鋼材的智能化焊接法為例，對智能焊接機器人工藝在船舶外場焊接中的應(yīng)用進行分析。希望通過本次的分析，可以為智能焊接機器人的合理應(yīng)用與此項焊接工藝質(zhì)量的提升提供一定參考。

關(guān)鍵詞：智能機器人；船舶外場；EH36鋼材；焊接工藝

中圖分類號：U671.8" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A

Ship Outfield Intelligent Robot Welding Technology and

Application Strategy

LI Wenjian

（ China Classification Society Certification Co.， Ltd. Hainan Branch，" Haikou 570203 ）

Abstract： This article takes the intelligent welding method of EH36 steel in a certain ship's external field as an example to analyze the application of intelligent welding robot technology in ship external field welding. I hope that this analysis can provide some reference for the rational application of intelligent welding robots and the improvement of welding process quality.

Key words： intelligent robot; ship field; EH36 steel; welding method

1" " "引言

在對船舶外場的EH36鋼材進行智能化焊接時，工作人員首先需要對智能焊接機器人做到充分了解，明確其主要的應(yīng)用優(yōu)勢；然后再結(jié)合實際情況，進行智能焊接機器人焊接工藝評定；并以此為依據(jù)，采取合理的措施來控制其焊接質(zhì)量。通過這樣的方式，才可以充分發(fā)揮出智能焊接機器人的作用與優(yōu)勢，最大限度確保此項焊接工藝質(zhì)量。

2" " "智能焊接機器人及其在船舶外場的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1" "智能焊接機器人基本情況

智能焊接機器人是焊接工作中專用的一種機器人，通常情況下，此類機器人是由機器人本體、擺動結(jié)構(gòu)、控制箱、示教器、控制轉(zhuǎn)換器、焊接電源、焊接導(dǎo)軌、焊槍、送絲裝置、防干擾變壓器、激光跟蹤定位傳感器、送絲電纜、電磁開閉器控制電纜等組成。其中的控制箱主要負責(zé)對該機器人的顯示、操作及其電源、電弧等開關(guān)進行控制。示教器主要負責(zé)對該機器人的開始、停止、焊接動作及其畫面顯示進行控制。通過這些主要組成部分的協(xié)調(diào)合作，便可使智能焊接機器人在實際的焊接工作中達到良好的自動化與智能化控制效果，以此來擺脫傳統(tǒng)的人工控制模式，使焊接工作真正實現(xiàn)智能化的發(fā)展[1]。圖1為智能焊接機器人實拍圖。

2.2" "智能焊接機器人在船舶外場的應(yīng)用優(yōu)勢

就目前來看，智能焊接機器人在船舶外場焊接作業(yè)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾方面：1）該機器人的編程十分精準(zhǔn)，執(zhí)行能力非常強大，可實現(xiàn)24 h連續(xù)工作，從而顯著提升船舶外場的焊接生產(chǎn)效率；2）憑借著精準(zhǔn)的編程與智能化控制，機器人可在船舶外場焊接中實現(xiàn)焊接質(zhì)量及其穩(wěn)定性的有效控制，避免傳統(tǒng)焊接工藝中人為因素所導(dǎo)致的誤差或損失等情況，從而實現(xiàn)焊接質(zhì)量的有效保障和焊接材料的合理節(jié)約；3）因機器人可完全實現(xiàn)智能化的操作與控制，焊接生產(chǎn)中不需要人工操作，可顯著降低船舶外場焊接中的人工成本；4）此類機器人在船舶外場危險性焊接作業(yè)中十分適用，通過該機器人的合理應(yīng)用，可有效避免焊接工人受到不必要的傷害，具有非常高的安全性；5）此類機器人可根據(jù)船舶外場焊接工作的實際需求來合理實施自身編程的調(diào)整與優(yōu)化，從而可適應(yīng)各種條件下的船舶外場焊接工作需求[2]。憑借著這些優(yōu)勢，智能焊接機器人受到了現(xiàn)代船舶建造業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，而其應(yīng)用策略也成為了相關(guān)單位和研究者的重點關(guān)注內(nèi)容。

3" " 船舶外場智能焊接機器人的主要應(yīng)用策略分析

智能焊接機器人實施船舶外場焊接作業(yè)的過程中，其主要的應(yīng)用策略包括以下幾方面：第一是鋼板材料與焊材質(zhì)量的合理匹配；第二是焊接工藝的科學(xué)評定；第三是現(xiàn)場機器人的合理操作。以下是此類機器人主要的應(yīng)用策略分析。

3.1" "鋼板材料與焊材質(zhì)量的合理控制

針對船舶外場焊接施工中的EH36鋼材，在通過焊接機器人進行智能化焊接的過程中，一項首要策略就是合理控制鋼板材料與焊材質(zhì)量。

對于EH36鋼材，在具體的質(zhì)量控制中，工作人員需要根據(jù)國際焊接學(xué)會規(guī)定的碳當(dāng)量計算方法來計算其碳當(dāng)量，使其控制在0.25%～0.40%之間[3]。比如，在本次焊接項目中，根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，所選的EH36鋼材厚度是25.5 mm，其抗拉強度是546 MPa，屈服強度是430 MPa，-40℃條件下的沖擊吸收功均值是339 J。其化學(xué)成分中的C含量是0.11%，Mn含量是1.36%，Cu含量是0.09%；Ni含量是0.06%，Cr含量是0.06%，Mo含量是0.027%，V含量是0.001%。通過國際焊接學(xué)會碳當(dāng)量計算方法計算之后得出，其碳當(dāng)量為0.34%，處在0.25%～0.40%之間，由此可判斷該鋼材具有良好的焊接性能。

對于焊接材料，本次焊接中選擇的是牌號Supercored 71藥芯焊絲，其直徑是1.2 mm，抗拉強度是549 MPa，屈服強度是459 MPa，-20℃條件下的沖擊吸收功均值是105 J。其化學(xué)成分的實測值為：C含量為0.04%，Si含量為0.38%，Mn含量為1.39%，P含量為0.009%，S含量為0.008%，均滿足AWS A5.36 、GB/T 10 045 E501T-1標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可判斷該焊接材料的質(zhì)量合格。

將上述鋼板材料以及焊接材料合理應(yīng)用到此次全自動智能化焊接工藝中，通過智能焊接機器人進行焊接施工，便可實現(xiàn)對焊縫力學(xué)性能的初步控制。

3.2" "焊接工藝的科學(xué)評定

本次試驗的試板尺寸為1000 mm（長）×200 mm（寬）×25.5 mm（厚），焊接坡口開成V型，角度控制在40°，間隙預(yù)留出8 mm，試板背面粘貼陶質(zhì)CO2焊襯墊，采用二氧化碳藥芯焊絲實施焊接。因顧及到船舶外場的焊接坡口間隙不夠均勻，所以研究者先通過半自動二氧化碳氣體保護焊的方式來完成打底工作，之后再通過智能焊接機器人來實施填充以及蓋面焊接[4]。為使此項焊接工藝具備更好的實用性，研究者還進行了完全通過智能焊接機器人打底、填充以及蓋面焊接工藝的試驗，并結(jié)合該船舶外場實際的生產(chǎn)情況，研究了45°坡度條件下的立焊工藝。表1為45°坡度的智能焊接機器人立焊工藝參數(shù)情況。

同時，在此次試驗中，研究者還對焊接后的構(gòu)件實施了沖擊、拉伸、彎曲以及硬度等力學(xué)性能檢測，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，所有的檢測結(jié)果均符合船級社規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由此可判斷，基于智能焊接機器人的船舶外場EH36鋼材焊接工藝質(zhì)量完全合格。

3.3" "現(xiàn)場機器人的合理操作

在船舶外場EH36鋼材的智能化焊接中，智能機器人的合理操作至關(guān)重要。本次試驗中，試驗者結(jié)合現(xiàn)場實際情況，總結(jié)出了以下幾項操作技巧：1）焊接時應(yīng)了解焊接環(huán)境風(fēng)速，并以此為依據(jù)來合理控制二氧化碳保護氣體流量；2）合理控制焊絲干伸長度，起弧前剪絲及清除噴嘴內(nèi)飛濺，并調(diào)整焊絲角度，以免噴嘴觸碰斜立板坡口；3）在智能焊接機器人上安裝好焊槍，合理調(diào)整軌道位置，使焊接坡口不超出機器人行程范圍；4）調(diào)整智能焊接機器人動作時應(yīng)對其前后軸進行遙控，對其行程范圍做出科學(xué)確定；5）焊接斜立板時，工作人員應(yīng)在設(shè)備啟動后將后退角設(shè)置為合理的度數(shù)，這樣才可以確保智能焊接機器人的焊接操作到位，從而達到正常焊接效果[5]。表2為本次研究中的智能焊接機器人主要操作參數(shù)設(shè)置情況。

4" " nbsp;船舶外場智能焊接機器人焊接質(zhì)量控制策略

在通過智能焊接機器人實施船舶外場焊接的過程中，為使其焊接質(zhì)量得到良好控制，工作人員需采取以下幾方面的策略。

4.1" "安裝防風(fēng)裝置

為智能焊接機器人設(shè)置合理的防風(fēng)裝置，以免焊接現(xiàn)場風(fēng)速過大對其焊接質(zhì)量的不良影響。例如可以建立擋風(fēng)墻，在智能焊接機器人周圍建立圍欄或屏風(fēng)，以阻擋外部風(fēng)力直接影響焊接區(qū)域?？梢允褂媒饘侔宓葓怨滩牧洗罱〒躏L(fēng)墻。同時需要安裝風(fēng)向標(biāo)，在焊接現(xiàn)場安裝風(fēng)向標(biāo)，用于準(zhǔn)確測量風(fēng)向，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)的顯示情況，可進行相應(yīng)的調(diào)整和防范措施，例如改變焊接方向或增加防風(fēng)措施。還可以利用細小孔徑材料，在焊接區(qū)域周圍設(shè)置有細小孔徑的屏障，可以有效地減小風(fēng)力對焊接區(qū)域的影響。這些屏障可以是金屬網(wǎng)、微孔玻璃板等，可以允許熱傳導(dǎo)和氣體排出，同時減小風(fēng)速。最后使用風(fēng)速監(jiān)測儀器，實時監(jiān)測焊接現(xiàn)場的風(fēng)速情況。當(dāng)風(fēng)速超過一定限制時，可以及時采取措施，例如中斷焊接工作或調(diào)整氣體流量，以確保焊接質(zhì)量。

4.2" "外場機器人焊接電力、數(shù)據(jù)和監(jiān)視保障措施

為了確保智能焊接機器人的焊接質(zhì)量，船舶外場焊接包括多個關(guān)鍵的措施。其中之一是提供UPS（不間斷電源）、備用電源或應(yīng)急電源裝置。船舶外場焊接過程中可對智能焊接機器人加裝UPS，可以確保智能焊接機器人在主電源突然中斷時能夠連續(xù)供電，保障數(shù)據(jù)的完整性，避免數(shù)據(jù)缺失對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，便于后續(xù)的恢復(fù)工作。

此外，建立實時數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)也是船舶外場焊接的核心。通過設(shè)置或連接數(shù)據(jù)備份設(shè)備，可以實時備份關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如焊接參數(shù)和工作數(shù)據(jù)。即使發(fā)生斷電或數(shù)據(jù)丟失的情況，備份系統(tǒng)能夠快速恢復(fù)數(shù)據(jù)，并使焊接工作重新開展。

最后，建立可視化監(jiān)控系統(tǒng)也是船舶外場焊接的一部分。通過安裝攝像頭或其他傳感器，實時監(jiān)測智能焊接機器人的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生斷電或其他異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時報警并提供相應(yīng)提示，以確保數(shù)據(jù)的完整性和及時處理。

4.3" "焊縫直線度控制

智能焊接機器人的焊縫直線度對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，為了實現(xiàn)良好的焊接效果，工作人員需要在起弧檢查和熔池調(diào)整控制方面嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)程序。

在焊接前，工作人員應(yīng)仔細檢查焊接設(shè)備的起弧裝置，確保其正常工作。通過調(diào)整焊槍或焊嘴與工件的距離，并根據(jù)工作要求調(diào)整氣體供應(yīng)量等參數(shù)。

在焊接過程中，工作人員需要精確控制熔池的大小和位置，以保證焊縫的直線度。通過調(diào)整焊槍或焊嘴的角度、焊槍擺幅、氣體流量和焊接速度，可以有效控制熔池的形狀和溫度分布，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠。

5" " "結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代船舶外場焊接作業(yè)中，智能焊接機器人是一種新穎的智能化焊接設(shè)備。通過該設(shè)備的合理應(yīng)用，可使其焊接質(zhì)量、效率、安全性和經(jīng)濟性等都得到良好控制?；诖?，相關(guān)單位與工作人員一定要注重此項技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合實際情況與具體的焊接工藝需求等，將其合理應(yīng)用到實際的船舶外場焊接作業(yè)中，以此來充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，促進船舶外場焊接作業(yè)的自動化與智能化發(fā)展。

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