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                企業新聞

                焊接自動化現狀

                2020-03-23 19:43:10

                焊接是通過加熱熔融(有時輔以壓力)將兩塊金屬或熱塑材料連接在一起,使兩者之間達到原子結合的制造方法,它在工業生產中具有極其廣泛應用,被稱為工業制造的“裁縫”,廣泛應用于汽車、航空宇航、船舶制造、石油化工、能源動力、機械制造等行業中。

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                隨著焊接技術發展,焊接產品中以往存在的諸如毛刺、夾渣等外觀缺陷越來越不能為人們所接受,而焊接疏松、氣孔、裂紋等制造缺陷因為存在潛在的安全隱患也被更多的關注,解決這些制造問題,其根本是防止生產者勞動過程中的操作不當。然而由于焊接工人的技術水平、心態情緒、生產責任等因素均因人而異,在人工操作的基礎上解決上述問題的成本極高。另一方面,大量制造企業操作工人稀缺,焊接作為一種工作環境惡劣,對人體損傷大的工種,愿意從事的人很少,嫻熟的焊接工人更加以稀為貴。舉例來說:經過對大批制造企業調查發現,大量80后、90后勞動者對單調、枯燥、環境惡劣的焊接工作表現排斥態度,盡管焊接工作平均薪水高于電子產品制造企業27%以上——可見薪酬已經不是造成焊接工人匱乏的唯一原因。

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                目前在工廠車間中由于勞動力短缺、人工操作的不穩定等原因,自動化焊接工作站已經成為大量制造業的經濟之選。從成本角度來考慮:焊接是一種對技術要求較高的加工方式,目前在工廠一線上勞動者工資很容易達到4000元/月,市場一臺焊接工業機器人均價咋15萬元左右,其勞動效率可以頂替三個工人,如此算下來人力成本與機器人使用成本相差無幾,再考慮到機器人的使用壽命至少3—5年,成本優勢更顯著。經濟上的可行性由以下兩個方面構成:一是機器人使用成本的降低與勞動者工資的上升形成“此消彼長”的局勢,在五年前一臺焊接工業機器人價格在50萬元以上,現在則降到15萬元不到;與此同時,制造業工人工資每年以10%—20%的速度遞增。第二個方面是機器人的持久性遠優于工人,也不會有人類的情緒波動,其生產的產品質量穩定性和一致性更高。調查應用數據顯示,將焊接機器人引入汽車白車身焊接工藝流程后,車身焊接優良率從87%提升到93%。

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                上述原因使焊接自動化工作站取代人工焊接成為主流。研究發現,目前的焊接工作站面向的焊接對象要么是單一焊接參數,固定焊縫布置,固定型號任務的大批量零件;要么是產品任務經常改變,需要針對不同任務采取不同的工裝,使用不同的焊接參數,而且因為焊縫布置不同因此焊接機器人運行程序也不同;第三類則是焊縫極長,焊接條件復雜,需要有針對性的開發專用的自動焊接流動站,典型的如造船業中的船體焊接。調查發現目前的焊接自動化應用中,有一種需求被關注的相對偏少,即針對同一產品系列,而在系列產品間某個方向或某兩個方向的尺寸有所變化的任務。這種焊接自動化的需求在工裝上不能像固定焊接任務工作站那樣采用固定工裝模式也不需要像小批量焊接任務那樣必須采用靈活廣泛適用的焊接工裝,而對于每個焊接任務設計專用工作站也是不切實際的。

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                焊接自動化布置方式分為生產線方式和工作站布置方式,具體表現有剛性自動化工作單元、剛性自動化生產線、柔性制造單元、柔性自動化生產線,其中剛性自動化工作單元處于加工自動化的最底層,針對加工任務更換時需要大量調整工作,而且加工質量也很難保證。剛性自動化生產線主要面向少品種大批量產品生產,投資較大,調整周期也很長。柔性焊接制造單元是以自動化焊接執行裝置如焊接機器人為工作核心,由計算機實現數字化控制、采用工件柔性裝夾技術的焊接制造系統。柔性自動化生產線一般由多個柔性焊接制造單元構成加工節點,由自動化物料流通存儲系統實現物流自動化,多級計算機組成控制及管理系統。柔性自動化生產線的加工質量可靠、效率高、容易與ERP系統及工藝管理系統組成上級自動化制造系統,但是該種生產線投資額度最大。

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                自動化焊接工作站屬于柔性制造單元的一種,自動化程度雖然略低于柔性焊接生產線,但是投資卻少得多,而經濟效益接近因此在生產中應用也很廣泛。

                焊接有多種方法,如電阻焊、壓焊、激光焊、電弧焊、水下焊接等等。但其中在工業現場應用最為廣泛的是電弧焊,在生產中最為常見。車間中廣泛應用的焊接自動化工作站也是針對這種焊接方式開發的?;『赴ㄊ只『?、埋弧焊、鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊等焊接方式,這些焊接方式的焊接參數、操作方法雖然有一定程度的不同,但是它們都是以移動焊槍為焊絲載體,通過藥芯焊絲與焊接母材之間形成的電弧熔融母材或填充金屬形成結合。因此在實現自動化焊接中也具有相似的特質[[i]~[ii]]。這些相似性可以為實現弧焊焊接自動化站提供普遍性依據。

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                自動化焊接工作站一般由機械、電氣、焊接三大部分模塊組成,是綜合利用現代工業機器人技術、柔性工裝技術、智能焊接電源技術、傳感技術,用于高效高質自動完成焊接操作的機電液氣一體化產品。隨著人口紅利逐年降低,我國制造業面臨升級轉型的艱巨課題,自動化技術受到越來越多的重視,在這樣的背景下,焊接自動化工作站受到以汽車制造企業為代表的廣大企業的歡迎。一個典型的焊接工作站一般具有以下幾個基本的模塊:

                工裝夾具,包括焊接工裝平臺、定位裝夾工具、感知裝夾情況的傳感系統。將待焊部件依照工藝需求定位裝配夾緊,并通知執行部分準備就緒。

                焊接操作,該部分主要為工業機器人,起到的作用是攜持焊槍形成焊接軌跡。除工業機器人外焊槍、焊機、繞片機及送片機也是焊接操作完成必不可少的設備。

                變位機或外部軸,在焊縫分布比較復雜或者工件體量較大情形下,工作站會配有焊接變位機配合焊接操作機器人動作或者機器人移載平臺實現多工位轉換。

                工作站控制系統,主要包括焊接參數控制模塊、機器人控制器模塊、實現工位轉換的機器人移載模塊或外部軸控制器、傳遞信號和加工信息的傳感器、電磁閥系統以及工作站整體協調控制模塊等等

                安全防護系統,焊接時容易產生焊渣、飛濺等現象,不僅會造成氣缸或者定位元件的損傷還有可能對操作人員產生傷害,因此近年受到越來越多的重視。傳統防護裝置一般是防護圍欄或氧化鈷有機玻璃罩,但是這些裝置降低了焊接過程的可視性。近期一種采用紅外傳感器技術的光柵防護欄可以通過安全光幕檢測工作過程中的異物進入,不過成本昂貴。

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                焊接自動化工作站始終是焊接領域研究的熱點,隨著計算機技術、傳感技術的不斷進步,焊接自動化技術也在飛速發展。幾乎在所有焊接領域都能看到它的應用,自動化焊接使焊接效率得到了很大提高,焊接產品的質量有了堅實的保證,已經逐步取代人工焊接乃至最終實現全焊接流程的操作無人化。近年來,國內外焊接行業對于自動化焊接工作站的研究主要集中在柔性焊接工裝、工作站先進控制、工作站先進設計技術、機器人軌跡規劃、焊縫識別與跟蹤等關鍵技術。


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