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焊接过程静悄悄打造“无人焊接厂”

2015年9月，董春林调到广州工作，得到了广东省科学院人才计划支持。他利用自己在搅拌摩擦焊领域的科研基础和技术积淀，带领团队针对现有的搅拌摩擦焊技术及装备深入研发，***在该领域引入智能控制技术，开发“智能机器人搅拌摩擦焊装备”，为打造环保型“无人焊接工厂”提供一体化解决方案。

记者在广东省技术焊接研究所的实验厂房里看到，一个巨大的、高达3米的机器人正在对铝合金材料进行焊接，短短几分钟便完成“工作任务”，焊接过程安静、无飞溅、无辐射，与大家想象中火花四射、气味呛人的焊接工厂场景有天渊之别。

董春林介绍，搅拌摩擦焊是一种绿色环保的固相焊接技术。之所以称为“绿色”，是因为焊接过程无尘、无污染、无噪音；称为“固相”，是因为其在焊接过程中不需要将材料熔化，通过搅拌工具的高速旋转，使连接部位的材料温度升高发生塑化，从而获得致密的焊缝***。

此外，董春林还带领科研团队开展了多项技术创新研发，如搅拌工具结构的优化设计及创新型工艺技术（双轴肩、静轴肩、无针搅拌焊等）。董春林告诉记者，开发一个新型搅拌工具，至少要经过2个月工艺试验，实验达到上千次。

尽管搅拌摩擦焊技术经历了20多年的发展，钢板焊接机器人哪家便宜，但搅拌摩擦焊装备技术发展缓慢，通常采用专机设备，实际焊接过程多靠人工手动控制。董春林在国内较早地提出了将工业机器人及人工智能技术应用于搅拌摩擦焊，并带领团队开发了多台套机器人搅拌摩擦焊装备，目前已经与国内新能源汽车、航天、造船、3C电子等生产企业合作，联合开展技术应用研究和成果转化。

焊接机器人的系统构成

完整的焊接机器人系统一般有如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪和焊钳等）、焊接传感器、***控制计算机和相应的安全设备等。

根据用途，将工业机器人配置不同的焊接系统，将组成不同的焊接机器人系统。

弧焊机器人

弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而性能有特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中的速度稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约为5～50㎜／s，轨迹精度约为±（0．2～0．5）㎜。由于焊枪的姿态对焊缝质量有一定的影响，因此希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，其一些基本性能要求如下所示：

设定焊接条件（电流、电压、速度等）；

摆动功能；

坡口填充功能；

焊接异常功能检测；

焊接传感器（起始点检测、焊道跟踪）的接口功能。

点焊机器人

汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域。***初，点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成***焊作业性能，具体来说有：

安装面积小，工作空间大；

快速完成小节距的多点***（例如每0．3～0．4s移动30～50㎜节距后***）；

***精度高（±0．25㎜），以确保焊接质量；

持重大（50～100㎏），以便携带内装变压器的焊钳；

内存容量大，示教简单，节省工时；

点焊速度已生产线相匹配，同时按全可靠性好。

焊接机器人自动化生产方面的优势可以总结为以下几条：

(1)稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度和干伸长量等对焊接结果有着决定作用。采用机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，因此焊接质量稳定。而人工焊接时，焊接速度、干伸长量等都是变化的，很难做到质量的均一性。

(2)改善了劳动条件。采用机器人焊接，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、炯雾和飞溅等。对于点焊来说，工人无需搬运笨重的手工焊钳，使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。

(3)提高劳动生产率。机器人可24h连续生产。随着高速焊接技术的应用，采用机器人焊接，效率提高得更为明显。

(4)产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是同定的，因此安排生产计划非常明确。

(5)缩短产品改型换代的周期，减小相应的设备***。可实现小批量产品的焊接自动化。

机器人与专机的区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。当然焊接机器人优势远不止于此，随着焊接自动化技术的不断发展，焊接机器人替代人工作业将会越来越明显，这也是未来的发展趋势。