編者按

在港珠澳大橋、深中通道等重大橋梁工程建設(shè)的推動(dòng)下，近十年來(lái)我國(guó)的鋼橋制造機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用有了長(zhǎng)足的發(fā)展。機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了焊接質(zhì)量，有效提高了關(guān)鍵焊縫的抗疲勞性能。對(duì)板單元機(jī)器人、橋面板立體單元件機(jī)器人、便攜式全位置機(jī)器人與鋼護(hù)欄立柱機(jī)器人的焊接應(yīng)用與發(fā)展情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)鋼橋制造機(jī)器人焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)作了一定的展望。

1 序言

焊接是鋼橋制造最主要的工序及加工工藝，在廠(chǎng)內(nèi)制造階段，幾乎所有零部件都需要焊接加工；在工地安裝階段，焊接也是主要的連接方式之一。焊縫質(zhì)量好壞直接關(guān)系到鋼橋的結(jié)構(gòu)安全和服役壽命，焊接效率高低很大程度上決定了鋼橋產(chǎn)品的制造周期。傳統(tǒng)的鋼橋制造是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)作業(yè)以人工操作為主，生產(chǎn)效率低，人力成本高，受人為因素影響，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差。焊接機(jī)器人在國(guó)內(nèi)許多行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用，乘用轎車(chē)行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、鐵路車(chē)輛行業(yè)應(yīng)用得已經(jīng)比較普遍，其他行業(yè)大部分是剛剛開(kāi)始應(yīng)用或開(kāi)始不久，目前在工程建設(shè)領(lǐng)域，橋梁鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的一些龍頭企業(yè)也得到應(yīng)用 。焊接智能化升級(jí)不僅能夠使工人避免近距離接觸焊接煙塵、弧光等有害源，還能夠達(dá)到提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量的目的。

2011年，中鐵山橋集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中鐵山橋）、武船重型工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)武船重工）等以中標(biāo)港珠澳大橋鋼箱梁制造項(xiàng)目為契機(jī)，建設(shè)了鋼箱梁板單元自動(dòng)化制造生產(chǎn)線(xiàn)，配置了各式的焊接專(zhuān)機(jī)，基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化焊接，改變了以焊工手工焊、半自動(dòng)焊為主的生產(chǎn)方式；同時(shí)研究應(yīng)用了U形肋板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)、橫隔板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)鋼橋機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用的先河。

2019年，武船重工、中鐵寶橋集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中鐵寶橋）、中鐵山橋中標(biāo)深中通道鋼箱梁制造項(xiàng)目，深中通道是世界級(jí)的集“橋-島-隧-水下樞紐互通”于一體的超大型跨海交通集群工程，項(xiàng)目建設(shè)條件復(fù)雜、工程規(guī)模宏大、綜合技術(shù)難度非常高。該項(xiàng)目提出以智能制造推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，確保橋梁工程高品質(zhì)建設(shè)和長(zhǎng)壽命服役，由此開(kāi)展了鋼箱梁智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究，為進(jìn)一步提升機(jī)器人焊接技術(shù)在鋼橋制造的應(yīng)用水平提供了重要的工程實(shí)踐機(jī)會(huì)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)橋梁建設(shè)取得了令人矚目的成就，在“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略支撐下，憑借跨度大、施工周期短、環(huán)保效益好等優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有廣闊的發(fā)展空間。目前鋼橋制造行業(yè)的機(jī)器人焊接應(yīng)用仍處于起步與發(fā)展階段，僅在部分橋型與結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，其中在鋼箱梁板單元焊接中的應(yīng)用范圍相對(duì)較大。本文對(duì)國(guó)內(nèi)近十年來(lái)鋼橋行業(yè)機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)作一些展望。

2 板單元機(jī)器人焊接技術(shù)

鋼箱梁制造總體上分為板單元制造、節(jié)段總拼、工地安裝三個(gè)階段，板單元類(lèi)型包括U肋板單元、板肋板單元、橫隔板單元及橫肋板單元等，寬度一般為3~4m，長(zhǎng)度一般為10~20m。板單元制造主要涉及到加勁肋角焊縫的焊接，焊縫數(shù)量多，質(zhì)量要求高。

2.1 U肋板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)

圖1為U肋自動(dòng)組裝與機(jī)器人定位焊系統(tǒng)，由中鐵山橋與唐山開(kāi)元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司合作開(kāi)發(fā) 。該系統(tǒng)由兩個(gè)機(jī)械臂、液壓系統(tǒng)、龍門(mén)結(jié)構(gòu)件、電氣控制系統(tǒng)、機(jī)床走行系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、工作平臺(tái)、夾緊定位裝置、橫向調(diào)位機(jī)構(gòu)及滾輪導(dǎo)向裝置等部分組成，該系統(tǒng)已在港珠澳大橋鋼箱梁制造等項(xiàng)目中成功應(yīng)用，定位焊采用實(shí)芯焊絲富氬氣體保護(hù)焊工藝。

在U肋單面焊條件下，焊縫熔深及焊根熔合質(zhì)量對(duì)于U肋角焊縫的疲勞性能有重要影響，定位焊縫往往是質(zhì)量薄弱的部位，采用機(jī)器人定位焊系統(tǒng)有效避免了手工定位焊質(zhì)量不易控制的情況，提高了焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性。當(dāng)然，目前隨著U肋雙面焊技術(shù)的推廣應(yīng)用，定位焊作為接頭內(nèi)部焊縫或臨時(shí)焊縫被后續(xù)焊道重熔，其質(zhì)量突出地位不再明顯。

圖1 U肋自動(dòng)組裝與機(jī)器人定位焊系統(tǒng)

（1）基于氣體保護(hù)焊的機(jī)器人焊接系統(tǒng)

圖2為U肋板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)，由中鐵山橋和唐山開(kāi)元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司合作開(kāi)發(fā) 。該系統(tǒng)由兩個(gè)懸臂式半龍門(mén)架、移動(dòng)裝置、四個(gè)機(jī)械臂、焊接電源和變壓器、控制系統(tǒng)、水冷箱和清槍剪絲裝置等設(shè)施等組成，配合液壓反變形胎架，可以對(duì)4條焊縫同時(shí)進(jìn)行機(jī)器人船位焊接。機(jī)器人具備接觸傳感、電弧跟蹤功能，焊前通過(guò)在焊絲前端加載傳感電壓，檢測(cè)出工件位置，避免因工件的尺寸或位置誤差而造成誤操作。焊接過(guò)程中通過(guò)機(jī)械手的擺動(dòng)，檢測(cè)焊接電流和電弧電壓的變化，根據(jù)變化隨時(shí)調(diào)整焊槍位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的跟蹤。對(duì)于板厚8mm的U肋，一般采用金屬粉芯藥芯焊絲CO2 氣體保護(hù)焊工藝，分打底、蓋面兩道焊成形，焊縫外觀(guān)成形好，焊縫熔深穩(wěn)定，可滿(mǎn)足80%熔透率要求。

相比于門(mén)式多頭（6頭）氣體保護(hù)焊專(zhuān)機(jī)焊接，U肋板單元機(jī)器人焊接在焊縫跟蹤精度與外觀(guān)成形方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，但一套焊接系統(tǒng)中僅有4把焊槍?zhuān)瑹o(wú)法實(shí)現(xiàn)板單元上所有U肋同步焊接，在焊接效率方面明顯落后。此外，由于U肋內(nèi)焊技術(shù)的應(yīng)用，有了U肋內(nèi)角焊縫的“封底”作用，目前越來(lái)越多的U肋外焊采用埋弧焊工藝進(jìn)行，埋弧焊工藝具有更大的焊縫熔深和更高的焊接效率。

圖2 U肋機(jī)器人焊接系統(tǒng)

（2）基于埋弧焊工藝的U肋機(jī)器人焊接系統(tǒng)

陳錦等介紹了一種新型的 U肋外側(cè)角焊縫焊接設(shè)備——U肋埋弧外焊機(jī)器人焊接系統(tǒng)，采用4套FANUC生產(chǎn)的M-20iA六軸機(jī)械手及R-30iB（Plus）控制系統(tǒng)，同時(shí)行走懸臂的行走臺(tái)車(chē)、橫移滑板模組及升降滑座模組所采用的伺服電動(dòng)機(jī)均為FANUC伺服系統(tǒng)，并接入到 R-30iB（Plus）控制系統(tǒng)內(nèi)。在每臺(tái)機(jī)器人上均加掛一臺(tái)英國(guó)Oxford Sensors公司生產(chǎn)的OSL-50型激光焊縫跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行尋位跟蹤，并與機(jī)器人建立通信聯(lián)系，能實(shí)時(shí)反饋焊縫位置數(shù)據(jù)并指導(dǎo)機(jī)器人糾正位置，使焊槍精確對(duì)正焊縫進(jìn)行焊接。焊接系統(tǒng)匹配了φ1.6mm和 φ3.2mm焊絲，以應(yīng)對(duì)多種焊接用途；同時(shí)，在每臺(tái)焊槍上還安裝有焊劑回收輸送系統(tǒng)，用來(lái)完成焊接時(shí)的焊劑輸送以及回收工作。U肋埋弧機(jī)器人焊接系統(tǒng)局部如圖3所示。在完成U肋內(nèi)焊工序后，埋弧外焊機(jī)器人焊接系統(tǒng)能夠?qū)穸葹?2mm的U肋板單元坡口進(jìn)行一次焊接全熔透，無(wú)需進(jìn)行焊接打底。該設(shè)備受機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響，只安裝了4套焊接系統(tǒng)，相較于焊接專(zhuān)機(jī)的至少6套焊接系統(tǒng)，其焊接效率較低。

圖3 U肋埋弧機(jī)器人焊接系統(tǒng)局部

2.2 橫隔板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)

橫隔板單元是鋼箱梁的主要組成部分，主要由面板、水平加勁肋、豎向加勁肋及人孔圈等組成，相比U肋/板肋板單元，焊縫形式更加多樣化，包括直線(xiàn)段、曲線(xiàn)段、平角焊、立角焊與包角焊等。采用機(jī)器人焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化焊接的有效途

徑。

（1）基于離線(xiàn)編程技術(shù)

根據(jù)港珠澳大橋鋼箱梁制造項(xiàng)目的需求，中鐵山橋、武船重工、中鐵寶橋等配置了橫隔板焊接機(jī)器人系統(tǒng)。橫隔板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)采用門(mén)式結(jié)構(gòu)，每套系統(tǒng)配備2個(gè)機(jī)械手，機(jī)械手固定在可以旋轉(zhuǎn)的托架上。托架在門(mén)架橫梁上左右移動(dòng)，門(mén)架由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在縱向軌道上行走，從而使機(jī)械手的工作范圍可以覆蓋整個(gè)板單元，如圖4所示。

焊接系統(tǒng)配備專(zhuān)用的離線(xiàn)編程軟件和示教編程操作器，操作人員可利用離線(xiàn)編程軟件在計(jì)算機(jī)上完成編程工作，用示教編程的方式進(jìn)行校對(duì)和修正，靈活、高效地完成編程工作。機(jī)器人具有電弧跟蹤和接觸傳感功能，焊前先檢測(cè)工件的位置，焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)修正焊接路徑，能有效地消除工件組裝偏差、卡固位置偏差對(duì)焊接的影響。機(jī)器人焊接可消除采用機(jī)械小車(chē)焊接時(shí)的焊接盲區(qū)，減少焊接接頭。此外，通過(guò)程序設(shè)置，實(shí)現(xiàn)板肋端部自動(dòng)連續(xù)包角焊接，保證了焊接質(zhì)量，如圖5所示。橫隔板單元一般采用金屬粉芯藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊焊接，對(duì)于焊腳尺寸9mm以上的角焊縫，需采用多層多道焊工藝。

圖4 離線(xiàn)編程橫隔板機(jī)器人焊接系統(tǒng)

圖5 自動(dòng)連續(xù)包角焊焊縫成形

（2）基于視覺(jué)識(shí)別技術(shù)

為進(jìn)一步提升橫隔板單元焊接智能化水平，武船重工于2020年將基于視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的焊接機(jī)器人用于深中通道鋼箱梁橫隔板單元焊接。該焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用門(mén)式結(jié)構(gòu)，在移動(dòng)門(mén)架橫梁下倒裝2個(gè)機(jī)械手，門(mén)架在縱向軌道上行走，機(jī)械手在橫梁上橫向左右移動(dòng)，機(jī)械手的工作范圍可以覆蓋整個(gè)板單元，如圖6所示。利用安裝于門(mén)架橫梁上的激光傳感器對(duì)工件輪廓進(jìn)行掃描采集，自動(dòng)識(shí)別待焊位置；采用自適應(yīng)邏輯編程技術(shù)（ALPT），根據(jù)采集數(shù)據(jù)智能規(guī)劃焊接路徑，無(wú)需3D模型導(dǎo)入和編程示教，可節(jié)約前期準(zhǔn)備時(shí)間，降低操作人員技能水平要求。智能規(guī)劃焊接路徑時(shí)遵照效率優(yōu)化原則，盡可能提高機(jī)器人焊接總體的燃弧效率，而一定程度上增加了焊接接頭數(shù)量。

圖6 視覺(jué)識(shí)別橫隔板機(jī)器人焊接系統(tǒng)

采用點(diǎn)激光傳感方式進(jìn)行焊接尋位，自動(dòng)尋找合適的起弧點(diǎn)，焊槍擺動(dòng)焊接，采用電弧傳感焊縫跟蹤技術(shù)，保證焊接精度。為避免定位焊縫對(duì)于激光尋位精度的影響，定位焊縫需與起弧點(diǎn)保持一定距離。機(jī)器人焊接系統(tǒng)可完成橫隔板孔圈加勁、斜邊加勁、平角焊、立角焊與包角焊等多種形式焊縫的焊接?？兹觿藕缚p成形如圖7所示。

圖7 孔圈加勁焊縫成形

2.3 橫肋板單元機(jī)器人焊接系統(tǒng)

2020年，武船重工將焊接機(jī)器人用于橫肋板單元焊接（見(jiàn)圖8），該機(jī)器人系統(tǒng)在軌道式門(mén)架下倒裝2個(gè)機(jī)械手，門(mén)架橫梁上配備有一組工業(yè)相機(jī)。門(mén)架縱向移動(dòng)，深度相機(jī)全景識(shí)別系統(tǒng)掃描工件生成三維點(diǎn)云圖，相關(guān)數(shù)據(jù)提供給工件識(shí)別算法軟件，完成工件的類(lèi)型和包含組件的智能識(shí)別與定位，而后自動(dòng)完成工件焊接的編程，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)編程功能。在此之前需要建立橫肋板的類(lèi)型庫(kù)和組件的特征庫(kù)，并建立與之對(duì)應(yīng)的焊接工藝庫(kù)。在機(jī)械手端部安裝有激光傳感器，采用線(xiàn)激光掃描技術(shù)（見(jiàn)圖9），可精確定位焊縫并在焊接過(guò)程中實(shí)現(xiàn)跟蹤功能，焊槍采用不擺動(dòng)方式進(jìn)行焊接。在焊槍上安裝有焊接煙塵吸收裝置，達(dá)到了良好的除煙除塵效果。

圖8 橫肋板機(jī)器人焊接系統(tǒng)

圖9 線(xiàn)激光掃描焊接尋位

由于橫肋板機(jī)器人焊接系統(tǒng)具有工件智能識(shí)別與定位功能，焊接前工件無(wú)需嚴(yán)格定位；將橫肋板單元兩兩組對(duì)，2個(gè)機(jī)械手可同時(shí)進(jìn)行焊接，提高焊接效率，待胎架上的全部橫肋板一面焊接完畢后，整體翻轉(zhuǎn)后進(jìn)行另一面焊接。應(yīng)注意，待焊區(qū)域打磨不可過(guò)于光亮，以免影響激光傳感焊接尋位與跟蹤的可靠性。橫肋板單元一般采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊工藝進(jìn)行焊接。

3 橋面板立體單元件機(jī)器人焊接技術(shù)

橋面板立體單元件由U肋板單元與橫肋板單元焊接而成，橫肋板齒形邊與U肋板及面板的連接焊縫形成多組“槽形焊縫”，包括平角焊、立角焊、端部圍焊。出于抗疲勞性能需求，對(duì)于焊縫細(xì)節(jié)質(zhì)量要求很高，平位焊轉(zhuǎn)立位焊時(shí)要求不斷弧連續(xù)施焊，立角焊端部圍焊成形飽滿(mǎn)勻順。根據(jù)深中通道鋼箱梁制造項(xiàng)目建設(shè)需求，武船重工于2020年采用橋面板立體單元件機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該部件焊縫的自動(dòng)化焊接。機(jī)器人焊接系統(tǒng)在軌道式門(mén)架下倒裝2個(gè)機(jī)械手，具有離線(xiàn)編程、接觸傳感、電弧跟蹤及多層多道焊等功能，移動(dòng)門(mén)架橫跨兩個(gè)立體單元件工位。立體單元件機(jī)器人焊接工作站如圖10所示。

圖10 立體單元件機(jī)器人焊接工作站

在每一組“槽形焊縫”焊接之前，采用三方向接觸傳感技術(shù)（見(jiàn)圖11），依次對(duì)圖中5個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)。接觸傳感是用于檢測(cè)對(duì)象工件位置偏移的一種手段，當(dāng)工件的一致性不能滿(mǎn)足焊接要求時(shí)，在焊接前自動(dòng)判斷焊接偏差，根據(jù)偏差量，機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)既定的焊接程序進(jìn)行補(bǔ)償修正，從而保證了實(shí)際焊接路徑的精確性。由于每條焊縫長(zhǎng)度較短，焊接過(guò)程中可不采用電弧傳感跟蹤。

圖11 離線(xiàn)程序三方向傳感點(diǎn)設(shè)置

機(jī)器人焊接在立焊端部包角圍焊時(shí)，需適時(shí)調(diào)整焊槍姿態(tài)及焊接參數(shù)，每側(cè)焊槍的熄弧熔池需越過(guò)齒形板的中線(xiàn)，保證圍焊處的焊縫成形飽滿(mǎn)勻順。當(dāng)雙焊槍在一條焊縫兩側(cè)同步進(jìn)行圍焊時(shí)，由于焊接熔池?zé)崃窟^(guò)大、冷卻速度緩慢，易下淌形成焊瘤，因此采用2個(gè)機(jī)械手在“槽形焊縫”左右兩側(cè)錯(cuò)位焊接，利于保證良好焊縫成形（見(jiàn)圖12、圖13）。

圖12 兩機(jī)械手錯(cuò)位焊接

圖13 端部包角圍焊成形

在機(jī)器人焊接前，對(duì)于組裝間隙較大部位（2~3mm以上）需采用手工焊打底，相比于實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊，采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊對(duì)于組裝間隙控制、定位焊打磨要求相對(duì)較低，焊縫外觀(guān)成形質(zhì)量一致性更好，焊接效率也相對(duì)較高，如圖14所示。部分齒形板與面板間的平角焊要求焊腳尺寸10mm，共需兩層三道焊，預(yù)先采用機(jī)器人在平角焊位連續(xù)焊接兩道，清渣后再進(jìn)行“槽形焊縫”的連續(xù)焊接。多層多道焊外觀(guān)成形如圖15所示。

圖14 “槽形焊縫”

圖 15 多層多道焊外觀(guān)成形

4 便攜式全位置焊接機(jī)器人應(yīng)用

對(duì)于鋼橋節(jié)段拼裝或橋位現(xiàn)場(chǎng)焊接，由于結(jié)構(gòu)件的空間尺寸很大，且有大量的艙內(nèi)結(jié)構(gòu)焊縫，工況復(fù)雜，其自動(dòng)化焊接的實(shí)施難度大，目前仍以手工焊為主。對(duì)于部分長(zhǎng)直焊縫采用便攜式全位置自動(dòng)焊接小車(chē)或機(jī)器人進(jìn)行焊接，實(shí)際生產(chǎn)中便攜式自動(dòng)焊接小車(chē)應(yīng)用比例相對(duì)較高，智能化焊接機(jī)器人應(yīng)用比例相對(duì)較小，其中MICROBO便攜式全位置智能焊接機(jī)器人應(yīng)用具有代表性。MICROBO主要由機(jī)器人本體、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制箱、示教器、導(dǎo)軌、焊接電源、送絲裝置與焊槍等構(gòu)成。MICROBO能夠自動(dòng)獲取工件板厚、坡口角度、根部間隙等數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成焊接電流、焊接電壓、焊接速度等焊接參數(shù)，其可根據(jù)焊接坡口角度和板厚及根部間隙自動(dòng)生成焊接層數(shù)及焊槍擺幅等參數(shù)，具有智能、高效、易操作等諸多優(yōu)點(diǎn)。

目前，MICROBO焊接機(jī)器人在鋼箱梁節(jié)段拼裝面板底板對(duì)接、索塔鋼錨箱主角焊縫上已有應(yīng)用案例。武船重工深中通道鋼箱梁節(jié)段拼裝MICROBO焊接機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景如圖16所示，焊縫外觀(guān)成形如圖17所示。

圖16 MICROBO焊接機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景

圖17 焊縫外觀(guān)成形

5 鋼護(hù)欄立柱機(jī)器人焊接應(yīng)用

防撞護(hù)欄是橋梁重要的附屬結(jié)構(gòu)，護(hù)欄立柱一般由鋼板焊接而成。如寧波舟山港主通道橋梁工程項(xiàng)目鋼護(hù)欄立柱總數(shù)量約5萬(wàn)件，單件重量約70kg，最大外形尺寸380mm×240mm×1270mm，其外形尺寸統(tǒng)一，便于批量化自動(dòng)化焊接制造。焊縫形式為角焊縫，焊腳尺寸5~7mm。

武船重工在業(yè)內(nèi)開(kāi)發(fā)與研制了首臺(tái)鋼護(hù)欄立柱自動(dòng)組焊機(jī)器人工作站系統(tǒng)，零件組裝與焊接均由機(jī)器人來(lái)完成，首次將機(jī)器人技術(shù)引入到橋梁零件的組裝工序（見(jiàn)圖18）。系統(tǒng)集智能零件識(shí)別、7軸系抓舉、360°全回轉(zhuǎn)無(wú)死角安裝、吸附性無(wú)損夾持、紅外掃描比對(duì)、電弧跟蹤及功率參數(shù)智能匹配等功能。變位機(jī)可翻轉(zhuǎn)工件將焊縫調(diào)整到平焊位，有利于焊縫外觀(guān)成形。采用桶裝藥芯焊絲焊接，焊絲直徑1.6mm，焊接效率較高。

圖18 鋼護(hù)欄立柱機(jī)器人焊接工作站

6 結(jié)束語(yǔ)

1）近十來(lái)年，在港珠澳大橋、深中通道等重大橋梁工程建設(shè)的推動(dòng)下，機(jī)器人焊接技術(shù)在國(guó)內(nèi)鋼橋制造中開(kāi)始起步應(yīng)用，并在逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，大幅提高了鋼橋加工制造的自動(dòng)化和智能化水平，有效提升了焊接質(zhì)量和關(guān)鍵焊縫抗疲勞性能。

2）基于離線(xiàn)編程技術(shù)的焊接機(jī)器人用于U肋板單元、橫隔板單元、面板立體單元等結(jié)構(gòu)的焊接，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自由規(guī)劃焊接路徑及焊槍姿態(tài)；基于視覺(jué)識(shí)別與自主編程技術(shù)的焊接機(jī)器人已在橫隔板單元、橫肋板單元焊接中應(yīng)用，可節(jié)約前期準(zhǔn)備時(shí)間，有效降低對(duì)操作人員的技能要求；便攜式全位置焊接機(jī)器人在節(jié)段拼裝焊接上有一定的應(yīng)用，適應(yīng)性還有待進(jìn)一步提高。接觸傳感、電弧傳感、激光傳感等技術(shù)在鋼橋制造機(jī)器人焊接中均有應(yīng)用，在焊接起始位置尋位、焊縫跟蹤中起到良好的作用。

3）焊接工藝方案是影響機(jī)器人焊接應(yīng)用效果的重要因素，對(duì)于板單元等以單道焊縫主要的焊接接頭，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊工藝是相對(duì)較好的選擇，其中對(duì)于平角焊位的角焊縫，金屬粉芯藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊工藝性能更優(yōu)；對(duì)于厚板多層多道焊，采用實(shí)芯焊絲富氬氣保護(hù)，免去清渣工序，適應(yīng)性更強(qiáng)。

4）基于視覺(jué)識(shí)別與自主編程技術(shù)的焊接機(jī)器人具有更高的智能化水平，是機(jī)器人焊接技術(shù)發(fā)展方向，但其可靠性和適應(yīng)性有待進(jìn)一步提高。

5）高效化焊接是機(jī)器人焊接技術(shù)的重要發(fā)展方向，增加機(jī)器人焊接系統(tǒng)中的機(jī)械臂數(shù)量，減少焊前準(zhǔn)備工作時(shí)間，提高燃弧效率，采用高效化焊接工藝可有效提高機(jī)器人焊接工效產(chǎn)能。

6）鋼橋節(jié)段拼裝和厚板結(jié)構(gòu)焊縫是機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)，零部件組裝精度控制、機(jī)器人焊接智能化技術(shù)、先進(jìn)焊接工藝的發(fā)展將是解決以上問(wèn)題的重要技術(shù)途徑。

《金屬加工（熱加工）》2021年第12期第1~6頁(yè)，作者：武船重型工程股份有限公司張華，阮家順，李立明，鄒威，黃超，王簡(jiǎn)，深中通道管理中心宋神友。