焊接機(jī)器人為什么能夠在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)得到應(yīng)用

進(jìn)入2000年以后，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)顯著增長(zhǎng)，國(guó)力明顯增強(qiáng)，鋼產(chǎn)量大幅提高，在建筑中提出了“積極、合理地用鋼”，從此甩掉了“限制用鋼”的束縛，鋼結(jié)構(gòu)建筑在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)逐漸增多。④可以運(yùn)用間隙示教功能靈活選擇上電極示教、下電極示教方式，大大縮短了示教時(shí)間。從2008年奧運(yùn)會(huì)鳥巢場(chǎng)館、中國(guó)尊到如今的港珠澳大橋，出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑熱潮，強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)建筑迅猛發(fā)展，建成了一大批鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、車站和高層建筑。

在鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)過程中，焊接是鋼結(jié)構(gòu)工程制作和安裝的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量控制手段，在建設(shè)工程中有著十分重要的作用。焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術(shù)的共同提高，而系統(tǒng)工程技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)和焊接技術(shù)的粘合劑。由于鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的多樣性，加之其安裝過程多在戶外，自動(dòng)化焊接程度較低，多數(shù)采用手工進(jìn)行焊接。機(jī)器人焊接在鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中的應(yīng)用于前期在車間內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)部件的組裝連接，如圖1所示，例如H柱、梁、箱型柱、U形肋、板肋板單元和橫隔板單元的組裝連接等。

由于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)所的重要性，因此在鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)安裝過程中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接提出了更高要求。多關(guān)節(jié)機(jī)器人作為占比本體類型，輕小負(fù)載產(chǎn)品（負(fù)載≤20kg）同質(zhì)化嚴(yán)重，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，成為內(nèi)外資工業(yè)機(jī)器人廠商較量的主戰(zhàn)場(chǎng)，同時(shí)也是增速下滑明顯的細(xì)分產(chǎn)品之一。鋼結(jié)構(gòu)的焊接性包含以下兩個(gè)方面的含義：一是工藝焊接性，是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得致密、無(wú)缺陷并具有一定使用性能的焊接接頭的能力；二是使用焊接性，是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度，包括常規(guī)的力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性等）或特定工作條件下的使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。

點(diǎn)焊機(jī)器人的特點(diǎn)

由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以點(diǎn)焊機(jī)器人的變壓器必須盡量小型化。焊接機(jī)器人由示教再現(xiàn)型向智能型發(fā)展，增強(qiáng)其柔性和適應(yīng)性，傳感器是必不可少的。對(duì)于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對(duì)于容量較大的變壓器，工業(yè)上已經(jīng)開始采用逆變技術(shù)把50Hz工頻交流變?yōu)?00～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進(jìn)行二次整流，用直流電焊接，焊接參數(shù)由定時(shí)器調(diào)節(jié)。目前，新型定時(shí)器已經(jīng)微機(jī)化，因此機(jī)器人控制柜可以直接控制定時(shí)器，無(wú)需另配接口。點(diǎn)焊機(jī)器人的焊鉗，用電伺服點(diǎn)焊鉗，焊鉗的張開和閉合由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，碼盤反饋，使焊鉗的張開度可以根據(jù)實(shí)際需要任意選定并預(yù)置，而且電極間的壓緊力也可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

　電伺服點(diǎn)焊鉗具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）每個(gè)焊點(diǎn)的焊接周期可大幅度降低，因?yàn)楹搞Q的張開程度是由機(jī)器人控制的，機(jī)器人在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)過程，焊鉗就可以開始閉合；而焊完一點(diǎn)后，焊鉗一邊張開，機(jī)器人就可以一邊位移，不必等機(jī)器人到位后，焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機(jī)器人再移動(dòng)。

　　（2）焊鉗張開度可以根據(jù)工件的情況任意調(diào)整，只要不發(fā)生碰撞或干涉，可盡可能減少?gòu)堥_度，以節(jié)省焊鉗開度，節(jié)省焊鉗開合所占的時(shí)間。

　?。?）焊鉗閉合加壓時(shí)，不僅壓力大小可以調(diào)節(jié)，而且在閉合時(shí)兩電極是輕輕閉合，可減少撞擊變形和噪聲。

室內(nèi)噴涂機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)墻面、天花板進(jìn)行全自動(dòng)噴涂，既大幅提高了施工效率，又減少油漆對(duì)人體的危害，有效降低人工登高作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)等；如，在焊接工作站中，我們會(huì)遇到各種機(jī)器人安裝形式（如圖1a），在每種安裝方式中，機(jī)器人各軸所受的重力矩各不相同，我們只要在ARM控制中正確地設(shè)置機(jī)器人對(duì)地面的角度（如圖1b），就會(huì)克服各種安裝方式對(duì)軌跡精度造成的不利影響。 外墻噴涂機(jī)器人代替了傳統(tǒng)施工中的高空作業(yè)，安全性大大提升，且工效較人工提高了 4-6倍； 樓層清潔機(jī)器人能在粉塵環(huán)境下清掃施工現(xiàn)場(chǎng)樓層石頭、碎塊及灰塵，自動(dòng)清空料盒等，清潔覆蓋率達(dá)90%，施工效率較人工提高1倍多；

預(yù)制內(nèi)墻板搬運(yùn)機(jī)器人可一次性搬4塊、每塊重約180公斤的內(nèi)墻板，運(yùn)輸安全平穩(wěn)、、節(jié)省勞力。