摘要：随着目前科技水平的不断进步，焊接机器人的技术越来越成熟，价格逐渐降低，焊接机器人迎来难得的发展机遇。相信在未来几年，焊接机器人将会在机电安装行业得到更加成熟广泛的应用。
关键词：焊接机器人；机电安装；施工；应用
1焊接机器人发展历程
1959年，世界上第一台焊接机器人在美国诞生。机器人技术和应用的发展经历了三个阶段，即示教再现型的第一代机器人，具有感知能力的第二代机器人，智能型的第三代机器人，焊接机器人就是在焊接生产领域能够替代焊接工人从事焊接任务的工业机器人。近段时间来，随着计算机控制技术、人工智能技术及网络控制技术的迅速发展，焊接机器人也取得了长足的发展，主要向着更加智能化的柔性加工单元方向发展。
2焊接机器人技术
2.1焊接机器人
焊接机器人是由一个具有多个自由度可自由编程的轴构成的工业机器人。工作时，能将焊接工具按照要求的运动轨迹及速度进行移动，是一种能够自动控制并模仿人的动作且可以重复编程，能在三维空间完成规定的各种焊接作业的自动化生产设备。目前，焊接机器人已经广泛应用于制造业，它能在恶劣的环境下连续工作并能保证焊接质量，大大的提高了焊接生产效率，改善工作环境，减轻焊接技术工人的劳动强度。
焊接机器人广泛于汽车、航空航天、船舶、机械制造、电工电子、食品加工及其它相关制造领域中，并成为先进制造技术中必不可少的重要装备[3]。焊接机器人按焊接工艺可分为弧焊机器人和点焊机器人两类，从结构上看，绝大多数焊接机器人是在六轴关节型机器人的机械手上安装不同的焊接工装设备来实现自动化焊接生产的。
2.2焊接机器人工作原理
目前应用最广泛的焊接机器人属于第一代机器人，即“示教-再现”型机器人。机器人学习的过程称为“示教”，在这个过程中，操作者需要手把手的教机器人做各种规定的动作，而机器人的自动控制系统会以程序的将动作记下来。“再现”过程就是机器人按照示教时记录下来的程序重现这些动作。
3应用简介
万科云城项目位于深圳市南山区西丽街道打石一路与石鼓路交汇处，总建筑面积100万m2。机电系统中机电管道50万m.其中焊接管道长度约1.8万m;通风管道25万m2，其中法兰连接风管约5万m2。项目机电安装施工中需大量焊接作业。经项目考察研究.决定引进工业化焊接机器人对风管法兰等进行自动化焊接作业.进行焊接机器人机电安装施工中的应用研究，并借此提高项目焊接效率与质量。
4焊接机器人选择
项目采购1台JR-1450/10型6轴自动焊接机器人，该型机器人体型轻巧，操作简单，方便在项目加工车间安装，只需1名经培训合格工人辅助便可完成焊接作业。同时该型机器人还具有速度快、精度高、可电弧跟踪等优点，适合用于机电安装施工中的焊接作业。
5焊接机器人焊接效果测定
焊接机器人焊接方式为CO2气体保护焊，其焊接质量与气体流量、焊接电流与焊接速度等三个关键因素有关，只有气体流量与电流大小合适、焊接速度快慢适中才能达到焊接最佳效果。
5.1气体流量
本项目机器人配用H08Mn2SiA1.2mm实心焊丝，CO2气体流量一般为6-15L/min。同时根据机器人焊接说明手册中介绍，气体流量可按照流量计算公式Q=10Φ计算，则本焊接机器人C02气体流量为Q=10Φ=10*1.2L/min=12L/min。
5.2焊接电流
本项目风管法兰采用L30*3/L40*4镀锌角钢材料焊接制作，根据焊接机器人说明手册中对焊接电流的要求，1.2mm焊丝的焊接电流范围见表1。
表1 短路过渡参数表
镀锌钢材表面有一层镀锌保护层，焊接电流需适当加大。因此选择110A为起始测试电流，测试适用于焊接本项目镀锌钢材的最佳电流，测试结果见表2。
表2 焊接机器人焊接电流测试表
表3 焊接机器人焊接速度测试表
通过表2中测试数据对比可知，当焊接电流为140A时，焊接效果良好。同时经过进一步微调得出焊接电流在138-140A之间均有不错焊接效果，经精细比对后最终认为焊接电流139A时效果最佳，由此设定电流值为139A。
5.3焊接速度
说明书中没有给定具体焊接速度值，根据一般规定.焊接速度为20-30m/h(5.55-8.33mm/s)，在实际测定过程中，以5.OOmm/s为起始焊接速度进行测试，测试结果见表3。
根据表3测试数据对比，可得出当焊接速度在6.OOmm/s时，机器人焊接效果最好，因此确定焊接速度6.OOmm/s。
6效率对比
焊接机器人的运行速度可在0%～100%之间调节，项目根据对机器人生产速度、现场机电安装进度以及操作工作业强度的综合分析，将焊接机器人的运行速度调至60%，既保证机器作业的连续性，又保证生产产品满足现场安装需要，更保证操作工的作业强度适中。
项目挑选3名具备3年以上焊接工作经验的熟练焊工，同1台60%运行速度的焊接机器人一起，进行通风空调角钢法兰焊接效率对比测试。机器人由1名培训合格的操作工操作，法兰规格1000x800mm，作业时间1个工作日。其工效对比见表4。
由表4可得出，使用焊接机器人(60%运行速度)焊接法兰，不仅焊接速度比人工提高了约5倍，生产效率值远高于人工作业，生产质量也明显高于人工作业。且相对人工焊接作业，机器人焊接可有效降低工人劳动强度，改善工作环境，大幅减小焊接时强光、强热、有毒气体对人体的危害.实现绿色施工。
7经济效益分析
7.1设备采购及维护费用摊销
焊机机器人的正常使用寿命在10-15年，焊机的正常使用寿命在10年左右。考虑技术进步与产品升级的因素，为方便统计比较，本次分析统一将设备使用寿命设定为5年。
焊接机器人一次采购成本50000元每年维护费用约200。元;COZ保护焊机市面价格一般5000元/台，每年维护费用约500元。
表4 焊接机器人与人工焊接工效对比
因此设备每天成本摊销为:
1台焊接机器人每天成本摊销费=(50000元+2000元x5)/5x365天=32.87元/天。1台焊机每天成本摊销费=(5000元+500元x5)/5x365天=4.11元/天。
7.2操作情况对比
万科云城项目法兰风管约5万m2,法兰数量估算为15,000副。焊接机器人与焊机都考虑1名操作工人，焊机机器人操作工与焊工工资均按240元/天计。焊接机器人焊接效率按350副/天，人工焊接效率按71副/天。
8焊接机器人在机电安装行业中的应用前景展望
焊接机器人在云城项目的成功运用实践，总结出焊接机器人不仅可以在机电安装施工中应用，而且其在焊接效率、焊接质量、改善作业环境、降低工人劳动强度、节约成本等方面均较传统人工焊接施工有巨大优势，值得在机电安装行业推广使用。同时在机电安装施工中使用焊接机器人代替人工作业，不仅可以极大节省劳动力，有力破解我国机电安装行业现阶段技术工人短缺与劳动力成本不断上升的困境，更能使机电施工效率与施工质最得到跨域式提升，是机电行业向自动化、工业化发展的必要助推器。
结束语
在机电安装施工中，需要进行大量焊接作业，焊接质最为机电安装施工过程中的重要质量控制点，直接关系整个机电系统的施工质量与运行质里。传统人工焊接操作的低效率和质量的不稳定性往往成为提高生产效率和保证机电安装施工质最稳定的最大障碍，而焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高生产效率等优点，使用焊接机器人代替人工作业，不仅保证机电系统质量稳定可靠，更可极大地提高生产效率，将机电安装行业向自动化、工业化、绿色化推进。
参考文献
[1]聂云鹏,张培磊,庄乔乔,李雷.焊接机器人智能化关键技术与研究现状[J].热加工工艺,2017,46(15):7-10+14.
[2]霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨.我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J].焊管,2017,40(02):36-42+45.
[3]孙双双.移动焊接机器人的轨迹规划与跟踪控制[D].南京理工大学,2017.
[4]栾佳绘.焊接机器人系统可靠性设计技术的研究与应用[D].南京理工大学,2017.
论文作者:谷利勃
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：机器人论文; 机电论文; 作业论文; 电流论文; 项目论文; 速度论文; 法兰论文; 《基层建设》2019年第11期论文;