焊接机器人在输电铁塔制造中的应用分析

焊接机器人在输电铁塔制造中的应用分析

甘莉

广西桂升电力设备制造有限公司， 广西 贵港 537100

摘要：焊接是一种应用较为广泛的连接方式。在焊接加工过程中，如何在确保其精度和质量的基础上加快作业效率，是相关人员首要解决的问题。焊接机器人的出现，使得焊接技术水平得到了进一步提升。利用焊接机器人可以在较短的时间内完成一些人工无法完成的作业，降低了焊接作业安全事故的发生概率。为促进焊接机器人的持续发展，应当不断加大相关技术的研究力度。因此，本文就焊接机器人在输电铁塔制造中的应用展开分析探讨。

关键词：焊接机器人；输电铁塔；制造；应用；

1 焊接机器人概述

在科技变革的浪潮中，机器人产业已成为各国关注和竞争的焦点。当前，我国制造业正处于转型升级阶段，需要提高质量和效益。同时，随着劳动力成本的不断上升，“机器换人”现象在工业领域屡见不鲜。在劳动力成本高企的压力下，利用工业机器人改造智能制造已成为发展趋势，也是我国制造业的主要战略之一。焊接机器人起源于 20 世纪 60 年代的通用汽车产线，随后，这种焊接方式在美国迅速传播，并快速传播至欧洲、日本等国家。中国市场方面，一汽公司在 1984 年从德国引进了 3 台库卡点焊机器人，拉开了中国使用机器人焊接的序幕；20 世纪 90 年代，各个汽车公司都认识到工业机器人在生产应用的好处，开始规模化的引进机器人。焊接机器人是在工业机器人的末轴装接焊钳或焊枪，使之能从事工业焊接工作，主要包括机器人和焊接设备两部分。其中，机器人部分由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成；焊接设备部分由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，开拓了一种柔性自动化新方式，其主要优点体现在以下几点：①稳定和提高焊接质量，保证焊接产品的均一性。采用焊机机器人焊接时，对于每条焊缝、焊点的焊接参数都是恒定的，焊接质量受人的因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。②提高焊接生产率。相较于工人，焊接机器人没有疲劳度，可连续一天 24 小时工作；此外，随着高速高效焊接技术的应用，使用焊接机器人进行焊接工作，销量提高更加明显。③可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件。④降低了对工人操作技术要求，可实现批量产品焊接自动化。⑤产品周期明确，容易控制产品质量、产量、存货等。机器人的生产节拍是固定的，可以将生产计划安排的非常明确。

2 焊接机器人的特点与优势

按照焊接方式的不同，可以将焊接机器人分为激光焊型、弧焊型和点焊型等类型。其中，激光焊机器人由激光器、控制系统、运动系统、冷却系统以及上下料装置等部分组成，如图 1 所示。激光焊型机器人的焊接速度非常快，约为 20 m·min-1。弧焊型机器人的作业方式有熔化极和非熔化极两种。随着相关技术的快速发展，该类焊接机器人的智能化程度不断提高，目前已基本可以满足各种作业需要。点焊型机器人只能完成点焊作业，具有编程简单的特点。该类机器人接收到上位机的控制命令后，便可自行完成焊接任务。

图 1激光焊型机器人

2.1 提升焊接效率

在焊接作业企业中，焊接效率直接决定企业的焊接生产能力，焊接机器人可 ２４ ｈ 进行焊接作业，有效避免因工作时间、劳动强度、作业环境等对焊接作业的影响，同时焊接机器人以最优焊接顺序和工艺参数为原则规划焊接轨迹，有效减少轨迹的空行程，在焊接速度上，焊接机器人相比于手工焊接优势显著，使焊接机器人拥有较高的焊接效率。

2.2 提高焊接质量

焊接质量是焊接加工企业赖以生存和不断发展的重要保证。 目前人工焊接有诸多因素（焊缝分布特征、焊件结构刚度、焊接顺序、坡口形式、焊接工艺、焊接层数）影响焊接质量，通过选择合理的参数可减小对焊接质量的影响，减少或避免内部夹渣、裂纹、气孔、咬边、余高等焊接缺陷。 焊接机器人进行焊接作业时，焊接参数通过自动化控制能保持不变，避免因焊接参数变化对焊接质量的影响，降低了操作人员的技术要求，焊缝成型均匀且一致性好，接头处采用圆滑过渡，同时焊接机器人对操作人员的技术要求较低，在焊接过程中无需人工操作，依靠自动化控制完成整个焊接过程，保障了焊接成型的质量。

2.3 改善焊接作业环境

焊接机器人的数字化属性表明其控制可不受距离的限制，理论上操作者在焊接准备时输入相关参数后焊接机器人即可独立完成焊接作业，但在实际生产时为保证安全生产，须进行设备运行动态管理，但无需近距离接触焊接工作台，极大地改善了焊接作业的工作环境。

2.4 可柔性化作业

焊接机器人加工时，根据输入的参数完成焊接作业，当需要焊接不同类型的焊件时，只需更改工件的焊接参数即可。 操作简单便捷，具有高度的柔性化。

3 当前焊接机器人的应用

焊接机器人可为机械加工企业加工高精度、高质量的焊接产品，提高产品的性能和企业竞争力。 同时焊接机器人的高度数字化，能完成异型工件的焊接任务，达到复杂焊件的焊接质量要求。焊接技术是铁塔加工的关键技术之一，焊接加工质量和效率对铁塔生产进度和质量至关重要，传统焊接技术存在生产效率低、人工成本高、焊接质量无法保证等问题，严重制约铁塔制造业的快速发展。然而，现阶段市场上的焊接机器人在正式焊接铁塔产品前需要完成人工试拼和打底焊等准备工作，在焊接作业时存在因角度和空间的限制导致部分区域无法施焊的技术难题。 进一步优化焊接机器人在应用范围内的不足，就要对焊接机器人的结构和性能进行不断创新。

4 焊接机器人的发展方向

4.1 焊接机器人的机械结构

当前焊接机器人的尺寸普遍较大，空间的利用率不足，对焊接机器人视觉识别系统影响较大。 缩小机械结构尺寸，可提高其使用范围，减少占地面积，同时更利于焊接作业。

4.2 焊接机器人视觉识别系统

焊接机器人在进行焊接时，激光识别系统能精确识别焊缝的位置并判断起始点，由控制系统进行焊接路径的规划，能在恶劣的作业环境中准确地识别焊缝位置，确保焊接质量。 单一类型的识别系统无法较好地避免误差，类似于人对于外界的感知总是结合多种感官作出的判断，因此，焊接机器人视觉识别系统应综合多种传感器进行判断，以得到更加准确贴切的实物成像，辅助自动控制系统作出更准确的判断。

4.3 焊接机器人控制系统

机器人总体结构将朝着智能化方向不断发展，现阶段焊接机器人的控制系统能基本满足生产需求，但不能单独完成焊接作业全流程。 因此，焊接机器人的控制系统需要不断集成更多的工序，以满足企业对焊接作业的最大需求。

结束语

综上所述，焊接机器人作为时代发展中在机械加工领域的优质产物，提高了铁塔焊接作业的质量和生产效率，能为操作者提供良好的工作环境，同时降低劳动强度，保障安全生产。但应加快焊接机器人的创新和发展，助力铁塔制造业进行智能化的转型升级，以满足时代发展下对铁塔加工领域更高的需求。

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