摘要：随着科学技术水平的创新发展，智能化焊接机器人应用范围不断扩大，在钢结构行业其主要体现在钢结构生产制作环节，文章主要结合智能化焊接机器人的价值和工艺，对该技术在建筑钢结构中的应用展开探讨。
关键词：智能化；机器人；智能焊接；钢结构
引言
近年来，我国伴随着金融经济逐渐提升，劳动成本也相应的升高，“中国制造”的经济模式不再以廉价劳动力为支撑。焊接作为工业生产中非常重要的一种加工手段，对于钢结构的组装，焊接质量的好坏和钢结构相关产品质量起着决定性的作用，同时焊接作业会产生烟尘、弧光、金属飞溅的污染物，焊接的工作环境呈现出脏乱差的表象。
1智能化焊接机器人相关概述
1.1机器人智能焊接价值
第一，提高仪表整体品质，缩短与进口仪表差距，国内精密仪表需求从20世纪50年代至今，对进口的依赖程度未有减小，究其原因：加工工艺达不到设计要求，而焊接工艺是至关重要的一环，展开精密仪表焊接工艺研究，提升焊接工艺及水平，是保证仪表品质的有效手段。第二，焊缝质量的稳定性和均一性。采用智能装备焊接技术，设置稳定的焊接参数（焊接速度，变位系数，焊接电流，电压）可直观的保证焊缝的质量。人工焊接，在焊接参数中得不到可靠的保证，而且工人的基本素质技能也是因人而异，焊接生产作业量及质量做不到均一性。第三提高生产效率。机器人智能装备焊接设备可连续24h进行生产。使用此设备焊接，可以高速高效焊接，明显的提高了生产效率。第四，产品周期及产量。机器人智能装备焊接设备的节拍固定，在生产计划的安排上更加合理，明确。第五，减小投资，和换型生产的周期。机器人智能装备焊接设备可实现产品小批量的自动化焊接作业。在生产过程中换型操作简单，工人操作机器人控制器调用相应产品型号与之对应的程序，快速的更换产品型号的更换工作。
1.2机器人焊接工艺性分析
机器人焊接工艺主要包括焊接方法、焊接电源、母材、焊材、气体、板厚（管径及壁厚）、坡口形式、焊前装配、焊接位置、焊接顺序、焊接轨迹、焊枪姿态及焊接参数等，在制定机器人焊接工艺前，首先要对被焊工件和焊材有着充分的了解，此后对焊件材料的焊接性、下料、成形加工工艺、装配方法的选用以及机器人的焊接轨迹、姿态、焊枪角度、焊接参数等进行分析，确定焊接重点及难点，制订解决措施，达到控制焊接质量、提高效率、降低成本等目的。根据焊件的技术要求，通过工艺分析，运用机器人焊接工艺知识来拟定机器人的焊接方案，并充分考虑焊接顺序、关键点的处理、焊枪角度及机器人的姿态等问题。在机器人焊接路径及姿态编程完成后，对焊接参数进行设置和调整，完成焊接工艺试验；最终从质量、效率、成本三方面进行工艺方案比较，选定最佳方案。
2智能化焊接机器人在钢结构生产制造中的经济性分析
以建筑钢结构中的装配式建筑方管柱为例，简析其生产制造过程及焊接机器人在生产中的应用。装配式建筑方管柱（长节柱）是由不同数量的短节柱和方管连接而成，其材质多为Q235或Q345，整个生产制造流程大致包含以下工序：原材料质检→下料→短节柱装配→短节柱焊接→焊缝检测→长节柱装配→长节柱焊接→焊缝检测→零部件装配→抛丸除锈→表面喷漆→成品。方管原材料进厂需参照GB50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》和JG/T178—2005《建筑结构用冷弯矩形钢管》进行质检。方管原材料按照工程设计图样要求经带锯床进行切割下料，加工成不同长度的方管，然后根据坡口加工要求，采用等离子切割开不同角度的钝边（36°、37°、38°），坡口钝边0～1mm。切割完成后需要进行质检，确保符合加工图样的工件尺寸和坡口加工尺寸精度的要求，方可进行下一道工序进行装配。按照图样要求，采用手工气体保护焊点焊的方式，添加5mm厚的垫板将方管与两端隔板连接起来，组装成短节柱。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆装配完成后，经行车运送至短节柱机器人焊接工作站，人工上料进行焊接。焊接工艺设计采用三层三道。首先将所有焊缝的打底焊完成，然后再进行所有焊缝的填充焊，最后进行盖面焊丝采用ER50-6实芯碳素钢焊丝，焊丝直径为1.2mm。焊接过程除每道焊缝的起始点有起收弧外，中间位置不允许有随意停弧。R角处在机器人示教编程时应保证有超过量，保证两道焊缝在R角处有重合。为了保证打底焊全熔透，在接头设计之初预留3.5～4mm间隙，背部添加5mm垫板。以每天8h工作制计算，人工焊接7个/天，机器人焊接12个/天，机器人焊接效率几乎是人工的两倍，同时机器人焊接焊缝成形美观、稳定，焊接质量高。
3智能化焊接机器人在建筑钢结构行业中的应用
3.1机器人专用弧焊电源技术
弧焊电源是机器人智能装备焊接设备的重要环节。弧焊电源应具备良好的电气性能，动特性，能够使机器人智能装备焊接的功能发展到最大限度。逆变弧焊电源系统已经发展成熟，该系统设计设备具体积小，质量轻，高效节能，控制灵活，动特性好。具备精细的波形控制技术，焊接工作频率宽广（20～200kHz），适用于机器人智能装备智能焊接。数字化控制是弧焊电源设计中的重要组成部分，具备稳定的焊接参数、电网电压波动小、元器件温升及老化影响小，重复精度高，焊缝成形好，质量稳定，可以采用DS快速响应，控制系统精确的给定控制指令，使电源输出稳定，输出的电流波形和电弧电压种类多，高速稳定调节适应于多种焊接电源要求。
3.2视觉识别焊接机器人
当前各行各业应用的焊接机器人基本都是通过在线编程或者离线编程技术将焊接指令传至焊接机器人，即通过示教编程的功能，通过手动操控示教器来指引焊枪到起始点，然后在系统内选择焊枪的摆动方式、焊接工艺参数等，以此来生成焊接程序，实现焊接功能。在钢结构行业应用焊接机器人，示教编程必然会成为一大阻碍，对于结构复杂、构件形式不一的焊缝，示教编程必然会耗费大量时间，且需要专业人员进行编程。
3.3多场耦合数值计算的机器人焊缝规划补偿技术
焊接机器人在进行焊接的时候，由于局部不均匀加热，焊接区域受热体积因周围冷金属的阻碍，发生弹塑性变形，使得工件发生形变，从而影响弧长、焊接电流和电弧电压等焊接参数。为了避免工件变形影响焊接过程稳定性，在焊接机器人施焊之前，需要根据不同焊缝部位与结构，直接进行误差修正。建立了多层多道焊接有限元模型，利用多物理场耦合方法，计算焊接过程中的温度差、流场及焊接变形；以模拟得到的数据来对机器人焊接误差进行修正，保证焊接质量。
4焊接机器人技术未来发展趋势
焊接机器人应用于工业生产中还存在着诸多问题，焊接的质量无法达到预期效果，为了进一步提高焊接成形质量，未来的焊接机器人技术发展必须提高适用性，同时促进自动化和智能化水平提升。焊接机器人刚开始焊接时自动识别焊缝位置，焊接过程中调整位置，纠正偏离的轨迹，实时跟踪和控制焊接，根据系统抓取的参数智能控制。焊接机器人在未来加强传感技术应用，完成自动定位，提高焊接的精确性，研究课题是多传感器技术。焊接机器人的主攻方向还在导引技术和识别技术上，使得焊接精准的找到初始点。发展焊缝跟踪技术，借助跟踪系统实现对焊缝智能跟踪。
结语
综上所述，实际生产中钢结构焊接自动化程度偏低，机器人焊接仅应用于一些结构简单、小批量化生产的部件生产中，主要原因在于钢结构部件属于非标产品，定制居多，在未来发展中机械人自动化焊接技术将会得到更广泛的应用。
参考文献：
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论文作者:金燕飞,何霞
论文发表刊物:《建筑模拟》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
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