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摘要：文中闡述了建筑鋼結構行業構件的特點以及焊接機器人在建筑鋼結構行業應用面臨的難題。通過對幾種焊接機器人功能及優缺點的闡述，分析了焊接機器人在建筑鋼結構行業目前應用的現狀。焊接機器人與新興技術的融合必將會推動鋼結構行業智能化制造的進程。

關鍵詞：焊接機器人；人工示教；激光掃描

隨著建筑鋼結構行業的快速發展，大跨度、場館類、超高層建筑鋼結構越來越多，構件類型也日趨復雜，其設計、制作精度要求較高。目前，焊接手工操作的低效率和質量的不穩定往往成為生產效率的提高和產品質量穩定性的最大障礙。鋼結構制造企業的焊接水平特別是自動焊水平的提高，是實現鋼結構技術快速發展的關鍵所在，實際制作構件如圖1所示。建筑鋼結構制造行業雖然焊接工作量很大，但由于目前我國建筑鋼結構多是非標設計、構件品種多、單件小批量生產、工藝復雜，再加上前道工序下料、組裝精度不高等特點，實現全自動化焊接存在著較大困難［1］；但是鋼結構制造行業先進焊接技術的不斷革新及高效智能焊接設備的應用，正逐步提升著鋼結構的質量。

1機器人應用難點

焊接機器人因為自身效率高、性能高、質量高的特點，已在汽車制造、醫療器械等行業成熟應用，這些產品均有標準化、批量大的特點。但是，由于建筑鋼結構產品的特點，相應的焊接機器人的應用需要克服如下難點：（1）當下機器人仍處于在線編程或者離線編程階段，需要專業人員投入較多的時間，鋼結構產品各異性驅使著機器人編程向簡易化方向發展；（2）鋼結構生產涉及人工操作工序較多，各工序誤差疊加；機器人對零部件組裝精度適應性要強；（3）各種類型的焊接坡口形式均在各類鋼結構產品中體現，焊接機器人的焊接工藝參數庫覆蓋范圍要廣。

2焊接機器人應用

目前，絕大多數的鋼結構企業考慮到焊接機器人成本高及應用不成熟的情況，在焊接機器人應用方面仍處于觀望階段。隨著焊接機器人行業的發展，其中在橋梁項目U肋與板單元的焊接中，機器人的應用比較成熟；且在非橋梁項目已有企業將焊接機器人及配套的工裝系統投入到實際構件生產線中；在機器人蓬勃發展的大浪潮下，小型焊接機器人及新興技術的涌現，也在推動著鋼結構焊接智能化的應用。2．1Mini型弧焊機器人。目前，在鋼結構制造行業中應用性比較高的是Mini型焊接機器人，在日本鋼結構的制作中應用較為廣泛。Mini型焊接機器人由焊接電源、控制箱、機器人本體、示教器、送絲裝置、焊槍及線纜組成；其借助直線型軌道可以實現多種焊接位置及焊接坡口形式的自動焊接，主要適用于一些平直構件主焊縫的焊接，在鋼結構件的制造廠及安裝現場均可應用，如圖2所示。Mini型焊接機器人最大的優點是在豐富的焊接數據庫的前提下，機器人可以自動識別實際的坡口信息，并根據數據庫，自動生成焊接層道次及焊接參數，此種方式大大提高了焊接的智能化及效率。但它也存在著焊前調試及參數庫填充耗費時間長的不足，其優缺點見表1。2．2柔性軌道機器人。在鋼結構制作構件中，弧形構件占有很大的比例，且不滿足現有埋弧焊等設備的范圍，此類構件的焊縫焊接主要依靠人工焊接，人工分段焊接，其焊縫成形水平參差不齊。當下的自動化設備主要是適用直線焊縫焊接，此類弧形構件若采用自動化設備需要借助于弧形軌道，不同弧度需匹配相應軌道，導致設備成本增加。因此，柔性軌道機器人產品可以解決此類問題，借助柔性軌道利用強磁吸附于構件外表面，實現弧形焊縫的自動焊接應用場景如圖3所示，其優缺點見表2。2．3視覺識別焊接機器人。當前各行各業應用的焊接機器人基本都是通過在線編程或者離線編程技術將焊接指令傳至焊接機器人，即通過示教編程的功能，通過手動操控示教器來指引焊槍到起始點，然后在系統內選擇焊槍的擺動方式、焊接工藝參數等，以此來生成焊接程序［2］，實現焊接功能。在鋼結構行業應用焊接機器人，示教編程必然會成為一大阻礙，對于結構復雜、構件形式不一的焊縫，示教編程必然會耗費大量時間，且需要專業人員進行編程。隨著行業的發展，市場上出現的視覺識別焊接機器人，研發者是將當下時興的視覺拍照、激光掃描與焊接機器人結合在一起，在電腦端通過視覺拍照選取所要焊接的起始點和結束點，并在系統內對焊縫形式進行定義，定義完成后機器人接收指令進行實際焊縫位置的激光掃描來自動糾偏，最終實現焊縫的自動焊接。此種方式的一大優勢即是省略了人工示教的程序，大大節約了在線操作編程的時間。但同時對于激光掃描采集的信息準確性也提出了更高的要求。目前，我國已有多家企業正在焊縫的三維掃描、實時跟蹤反饋、不同焊縫形式的自動焊接等方面進行研發，致力于焊接機器人在鋼結構中的應用，如圖4，5所示。

3結語

（1）由于建筑鋼結構行業產品的特點，焊接機器人的應用面臨著簡化編程、組裝偏差、焊接參數數據庫完善等難題。（2）通過對3種焊接機器人各自特點進行分析，從鋼構件制作的難點出發，從點向面擴展，逐步實現鋼結構焊接機器人的焊接。（3）新興的數字化、信息化等技術的融合，勢必會推動焊接機器人在鋼結構構件制造中的成功應用。

參考文獻：

［1］王磊．建筑鋼結構焊接機器人研究與應用［J］.焊接與切割，2015（24）：26－27．

［2］劉春波，賀明玄．焊接機器人在建筑鋼結構制造中的應用［C］/鋼結構建筑工業化與新技術應用，2016：130-143.

作者:周軍紅 高如國 欒公峰 王春林 嚴亞飛 邱明輝 唐寧 單位:中建鋼構有限公司