焊工技术 电焊工初步技术怎么练

1前言

随着新一轮科技革命和产业变革的孕育和兴起，智能制造逐渐成为制造业的制高点，各大制造国纷纷出台相关战略和政策，如“美国CPS计划”、“德国工业4.0”、“中国制造2025”，抢占了新一轮产业发展的高地。2018年12月，中华人民共和国工业和信息化部发布《推进船舶总装建造智能化改造行动计划》，明确提出要加快推进新一代信息通信技术与先进造船技术融合，逐步实现数字化、网络化、智能化相结合。说明以“智能工厂、智能制造”为主导的智能造船产业革命已经悄然到来，造船企业的转型升级是在当前环境下进行的

此外，机器人焊接参数恒定性好，质量稳定性高，美观性强，焊接过程中焊渣少，减少了后续的清渣和打磨过程，使焊接自动化成为必然趋势。目前我国造船主要依靠手工焊接，焊接技术水平多处于半自动到自动焊接阶段，低于发达国家。摘要:介绍了管道焊接机器人技术、吊篮焊接机器人技术、移动焊接机器人技术和龙门焊接机器人技术在船舶建造中的研究和应用，探讨了船舶焊接机器人未来的发展趋势。

2.船舶管道焊接机器人技术

船舶建造过程主要分为船体和管道加工，管道生产加工占船舶建造总时间的8% ~ 12%。常见的管道结构类型有直管、弯管、锥形过渡管、偏心过渡管、等径三通管和鞍形连接管等。由于人工焊接的多样性、多样性和离散性，在管道加工过程中容易出现成形质量差、合格率低等问题，因此对管道焊接自动化的研究从未停止。首先是管道焊接过程中的对焊问题。传统的管道对接焊接主要依靠工人的经验，焊接前在管道接头处进行划线、定位和定位焊接，不仅不能保证高效率和高质量，而且耗时长。浙江大学蔡皋H针对船舶管道对接问题，研制了一种新型船舶管道辅助焊接装置。这种结构与液压电子锁装置相结合，可以更加方便、可靠地对中、锁紧两条焊接管道。其次，管道焊接机器人设备的设计。江苏科技大学、上海外高桥造船有限公司、昆山华恒焊接设备科技有限公司，结合机器人位置传感技术、电弧跟踪技术、机器人协作主从控制技术、开放式定位器链轮传动装置和MIG自动焊接专家系统，研发出国内首条船用管-管、管-法兰主从机器人焊接生产线。生产线主要由两台焊接机器人和一台开放式夹具定位器作为主导设备组成，如图1所示。应用结果表明，该生产线可根据焊缝形状实时调整焊枪位置，焊接效率比手工焊接提高5倍以上。

图1船舶中型直管法兰机器人柔性焊接系统

为了改进复杂环境下的管道焊接工艺，R.H.G等人研究了TopTIG管道焊接工艺。与传统的GTAW相比，这种焊接方法允许在靠近钨电极的区域切向引入焊丝，并将其集成到喷嘴中，这使得焊枪更加紧凑，便于机器人操作。在管道打底焊过程中，焊丝的焊接速度和熔化速度提高了两倍。焊接过程中除了控制焊接速度、电弧电压、焊接电流等因素外，电弧的弧长也是一个重要因素，它直接影响焊接过程中飞溅的产生、焊后焊缝的形成等。电弧的控制也是许多学者的研究方向。雷建立了脉冲氩弧焊机、激光传感器和CCD摄像机的管板焊接电弧长度不稳定性试验平台。利用激光传感器测量钨极与管板的距离，利用CCD摄像机结合标尺获得管板水平和垂直方向的标定图像标定、图像预处理和图像特征提取，可实时控制焊枪与管板的距离。

图2 TopTIG原理

国内焊接设备公司也在不断研发管道焊接设备。唐山开元自动焊接设备有限公司设计了全位置MAG焊接系统。四个电机结合DSP数字信号处理，可用于根部焊接、热焊、填充和覆盖，大大提高了管道的焊接效率。航运企业中，启东中远海洋工程有限公司采用“分割线、分割线”的做法，设置不锈钢、碳钢生产线，其中碳钢生产线按管道直径分为4条专用生产线，分别负责装车、喷码、切割、坡口加工、管端抛光、下料、装配、焊接，实现自动打底、填充、覆盖的自动控制， 有效提升效率和效益南通中远川崎造船工程有限公司通过对1号、2号智能流水线的改进和优化，建立了船舶管道加工智能车间，大大提高了生产效率，相应生产工序效率提高了70%。

图3全位置磁力焊接系统

图4数字管道加工车间

3船舶结构焊接机器人技术

在船舶建造过程中，更多的是板材的装配和连接，船体的板材装配主要是平面装配法和网格装配法。平面装配法是将纵向骨板和船板焊接形成板排段，然后在下一步焊接横向筋板和板排段；网格组装是指纵向骨板与横向框架预组装形成网格状，然后与船体板焊接。目前，船舶结构焊接机器人主要包括吊篮焊接机器人、移动焊接机器人和龙门焊接机器人。

3.1吊篮焊接机器人

20世纪90年代，吊篮多轴机器人自主焊接在韩国投入使用。吊篮焊接机器人由起重机从一个位置吊至另一个位置。当吊至要求的焊接位置时，由定位传感器定位并焊接电弧起点。大宇船厂固定六轴吊篮焊接机器人如图5所示。

图5大宇船厂吊篮焊接机器人

CSIC 716研究所设计了一种快速、高效、灵活的导轨舱焊接机器人系统，如图6所示。机器人配有模块化导轨，拆卸方便，灵活；焊接系统配有焊缝跟踪装置，可实时监控焊缝成形质量，可焊接舱内典型的多段T型焊缝。

图6导轨舱焊接机器人系统

3.2移动式焊接机器人

吊篮焊接机器人适用于连接开口板，类似于游轮、集装箱船、LNG船等双船体结构。双层结构由上下板、主梁和横向腹板组成，它们将双层船体结构分成几个封闭的部分。每个截面上平行布置几个纵向加劲肋，这些纵向加劲肋包含许多小加劲肋，形成U型结构。由于空的影响，使用吊篮焊接机器人进行焊接非常不方便，因此需要更加灵活的焊接机器人。因此，Namkug K针对船舶建造过程中的双船体结构设计开发了移动式焊接机器人，如图7所示。应用结果表明，移动焊接机器人可提高焊接效率25%。

图7移动式焊接机器人

德国迈耶造船厂引进了一种带有360度旋转机械臂的焊接机器人，如图8所示。机器人底座安装在行走导轨上，行走导轨由拆卸模块组成，拆卸方便。工人只需要先在控制面板输入一些参数，然后启动程序。机器人将启动自动测距定位、自动焊接和移动，可进行水平焊接、水平焊接、垂直焊接和仰焊。

图8 360°旋转机械臂焊接机器人

3.3龙门焊接机器人

吊篮焊接机器人和移动焊接机器人都可以通过行车或吊车快速运输到指定位置进行焊接。然而，由于大型船舶结构对臂跨和机器人大范围运动的需求，龙门焊接机器人也在船舶行业得到广泛应用。上世纪90年代，日本NKK公司天津造船厂将龙门焊接机器人应用于小型折叠生产线。焊接机器人倒挂在移动导轨上，导轨可以在X、Y、Z方向移动，使焊接机器人成为九个自由度。在NKK公司天津造船厂，龙门多关节机器人用于小合拢生产线上低框肋板框架与平板构件的焊接。对于框架和底板之间的水平角焊缝，龙门机器人或几个小型机器人用于“井”形部件的水平和垂直自动角焊。神户制钢所开发了一种龙门焊接机器人系统，可以进入狭窄的空房间进行分段焊接。如图9所示，机器人的主体倒置在运输装置上。焊接时，机器人首先下降到截面底部，然后定位焊缝，然后焊接。虽然机器人有很好的实用性，但缺乏广泛的应用。相比之下，igm龙门焊接机器人在豪华客船、油轮、集装箱船、巡洋舰等建造中的占有率较高，如图10所示。

图9神户制钢厂龙门焊接机器人

图10 igm龙门焊接机器人

近年来，国内造船企业开始逐步引进焊接机器人设备。2015年，南通中远川崎成功投产自动化型钢生产线、带钢机器人生产线、先进组焊机器人生产线、组材焊接生产线等4条机器人自动化生产线，建成工信部造船示范智能车间。在原来的型钢生产线上，标记、书写、切割和分发都是手工操作。现在型钢的划线、切割、布料工序都是由机器人完成，生产效率提高了2~4倍。在第一组生产线中，机器人实现了工件的自动回烧和出料。与传统制造工艺中钢板需要充分铺在固定板上，然后进行组装焊接、翻转、背烧等相比。，它不仅提高了效率，而且缩短了周期；小组生产线配备的四个焊接机器人可以独立焊接，也可以相互配合。利用KCONG软件模拟三维零件进行自动化生产，大大提高了生产效率，增加了灵活性。上海外高桥造船有限公司也投产了小型焊接机器人生产线，如图13、图14所示。在这条生产线上，两个焊接机器人被倒置在移动台架上。通过对需要独立焊接的零件进行采集分析，自动规划焊接路径，自动编程焊接，采用无缝药芯焊丝对一小群结构复杂的常见零件进行焊接。但机器人焊接也存在漏焊、偏焊、咬边、焊脚小等缺陷，需要人工修复。

图11南通中远川崎集团立式焊接机器人

图12南通中远川崎自动化生产线

图13上海外高桥造船有限公司通用件焊接机器人

图14上海外高桥造船有限公司集团生产线

4船舶焊接机器人的发展趋势

目前在造船行业，更多的焊接机器人是先固定在底座上，再结合焊枪位置的定位装置进行焊接，多应用于圆形和直线焊缝，而较少应用于曲面、拐角和现场三维曲线。国外已经开展了复杂柔性焊接制造系统的研究。为了提高国际造船竞争力，日本提出了创新、信息、物联网等智能造船的“i-Shipping”理论构想。2012年，三菱重工开发了自动离线制导系统3D-CAD MATES，成功应用于造船现场，主要用于VLCC、LPG、LNG船型的实际作业，实现了槽形件周围的焊接自动化。2018年，韩国现代重工基于物联网和自动化技术，成功研发出双曲面弯曲机器人系统，配备高频电流感应加热系统和六轴多关节机器人。该系统可自动生成加热轨迹，自动进行三维曲面成形加工，成功解决了弯曲工艺的标准化问题。未来，现代重工计划研究人工智能和更复杂的技术。

西班牙AIMEN技术中心基于CAD机器人编程和焊接参数化，结合视觉定位系统，开发了超柔性9 DOF焊接机器人，实现了不需要人工操作的完整生产，柔性机器人单元实现了不需要编程的自动焊接。美国SSI公司与Wolf Robotics公司联合开发了基于Autocad CAD/CAM生产线软件《船舶建造师》的自动驾驶全自主焊接机器人。肯塔基大学将人类智能与机器人的精确运动特性相结合，开发了虚拟现实人机协同焊接。通过建立电弧长度、电弧电压和焊接电流的映射模型，开发了焊缝跟踪算法，实现了无人现场控制焊接。结果表明，该系统具有良好的有效性。综上所述，种种迹象表明，数字化、互联网化、智能化的造船时代即将到来。

发达国家船舶的焊接轨迹有手工焊接、自动焊接、机器人焊接和智能焊接。但目前我国船舶建造过程中仍以手工焊接和自动焊接为主，机器人焊接较少，远未达到智能焊接阶段。要集聚行业内外满足技术需求的重点企业、高校、科研院所和配套供应商，实现跨界融合，搭建智能船舶合作交流平台，促进数据资源合理共享，深入开展焊接机器人在船舶建造中的应用研究，快速升级适合我国国情的船舶焊接技术和装备，促进我国船舶工业发展，提高国际竞争力，迎接数字化、互联网化、智能化造船时代的到来。

5结束语

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