周燕陽，范 偉

（中車山東機車車輛有限公司，山東 濟南 250000）

焊接自動化技術可以通過系統(tǒng)設備的自動調(diào)控，實現(xiàn)自動檢測、自動調(diào)整、自動加工機械設施、相關儀表等，其本質(zhì)上是一種按照預定程序執(zhí)行命令而實現(xiàn)自動化操作的技術方法。應用焊接自動化技術的主要目標，就在于在相關生產(chǎn)作業(yè)中實現(xiàn)產(chǎn)量的增加、質(zhì)量的提升、投入成本以及勞動強度的減少、確保安全生產(chǎn)等。隨著時代的發(fā)展，焊接自動化技術已經(jīng)成為相關行業(yè)發(fā)展必不可少的重要技術手段。

1 焊接自動化技術及設備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 焊接自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀

隨著數(shù)字技術的逐漸成熟化，作為焊接自動化代表技術的數(shù)字化焊機、數(shù)控技術等已經(jīng)逐漸進入市場，并趨于穩(wěn)定與成熟。近年來，我國大型工業(yè)工程、航天工程、船舶工程等基礎工程的蓬勃發(fā)展推動了焊接技術，尤其是在焊接自動化技術的發(fā)展。隨著時代的發(fā)展，車輛制造、零件制造等均對焊接自動技術的發(fā)展提出了推陳出新的要求。因而，我國焊接行業(yè)勢必要朝著智能化、自動化以及高效化的方向發(fā)展。

當前，國內(nèi)焊接界已經(jīng)將焊接流程的自動化、機械化作為戰(zhàn)略發(fā)展目標，著重推進焊接生產(chǎn)的自動化發(fā)展、相關流程控制的智能化發(fā)展，以及焊接生產(chǎn)線柔性生產(chǎn)技術的研發(fā)，在計算機信息技術的輔助下，相關技術的發(fā)展呈現(xiàn)出良好態(tài)勢。一是高效化、節(jié)能化的CO2類電焊接、埋弧類電焊機的使用概率呈逐漸上升的趨勢；二是對焊機參數(shù)進行高效化、節(jié)能化的自動調(diào)整，使其逐漸實現(xiàn)智能化并逐漸代替手弧類焊接與普通的晶閘管電焊機，且焊機操作也在朝著簡捷化、智能化的方向發(fā)展；三是焊接自動化技術在諸多領域獲得了普及推廣，如車輛制造行業(yè)、造船行業(yè)、工程機械行業(yè)以及航空行業(yè)等，基本實現(xiàn)了焊接生產(chǎn)效果與質(zhì)量的全面提升；四是焊接自動化技術已經(jīng)以焊接機器人作為代表裝備，其數(shù)量方面不斷增加，并逐漸得到了普及推廣。

當然，受到諸多因素的影響，我國焊接技術的自動化水平與發(fā)達的工業(yè)國家相比還有著不小的差距，在焊機數(shù)控化、工藝智控化、系統(tǒng)集成化、焊接行業(yè)集團化以及機器人焊機技術的迭代升級等諸多層面尚未真正實現(xiàn)均衡發(fā)展。

1.2 焊機設備發(fā)展現(xiàn)狀

電焊機作為國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的設備，同時也是工業(yè)生產(chǎn)中所需用到的常用設備，其主要通過正負電流瞬間接觸短路所產(chǎn)生的電弧融合焊料以及被焊材料。按輸出電源種類劃分，電焊機一般分為兩個類別，即交流電源和直流電源。就焊機使用企業(yè)而言，其日常使用的焊機主要包括交流焊機、直流焊機、埋弧焊機、氣體保護焊機（如氬弧焊、二氧化碳保護焊等）、激光焊機等，具體如表1所示。

表1 常用焊機類別及具體應用

據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會相關數(shù)據(jù)資料顯示，自2015年以來，我國電焊機產(chǎn)量呈持續(xù)增長態(tài)勢，而2020年H1由于受特殊公共事件影響，我國焊機產(chǎn)量為414.17萬臺，同比下降十分明顯，具體如表2所示。

表2 2015-2020年H1我國電焊機產(chǎn)量

就各大類焊機生產(chǎn)的實物量與價值量對比而言，以2017-2018年為例，據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會相關數(shù)據(jù)資料顯示，這兩年實物量占比最大的是輔機具及配套件，價值量占比最大的是電弧焊機，具體如表3所示。

表3 2017-2018年我國部分焊機設備占比

2 焊接自動化技術未來的發(fā)展展望

2.1 成套焊機微機自動控制技術

焊機裝備在發(fā)展過程中，需要運用到各種微機自控技術，如焊接電源的數(shù)字化控制、智能化焊接設備、全自動式專項焊接設備以及柔性化焊機人工操作站點等。在各種自動化焊機和切割裝備中，微機控制體系不僅需要發(fā)揮對各項焊機參數(shù)的控制作用，還要具備自動化調(diào)整成套焊機構成部分的各項操作，以確保自動無人作業(yè)的常態(tài)進行，也即要通過微機自動控制技術實現(xiàn)焊機生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化、自動化控制。就成套焊接設備微機自控技術的發(fā)展和完善而言，要進一步選擇趨于成熟的焊機微機控制成果改造制造工藝，使其能夠實現(xiàn)生產(chǎn)的批量化，產(chǎn)生效益以及形成規(guī)模，從而獲得事半功倍的過小。具體而言，焊接電源的微機控制晶閘管具備易制造、低成本、強過載能力、方便維修等傳統(tǒng)優(yōu)勢，其數(shù)控性能中除了波控性能不強以外，可以優(yōu)化控制靜動特點，焊接參數(shù)的編程記憶控制和適應控制，可以實現(xiàn)一機多元化以及多功能化，此類焊機在后續(xù)發(fā)展中，仍以TIG焊、埋弧焊等專用類或是通用類焊接設施基礎構成設備。今后，如果能夠通過生產(chǎn)的批量化實現(xiàn)其自身功能和可靠性的提升，焊接電源的微機控制晶閘管便能夠進一步簡化相關制造以及調(diào)試工作，從而更加突出其程控化、功能化以及系列化等明顯優(yōu)勢；IGBT逆變類焊機同樣在我國具有較高的研究水平，此類焊接設備外加微機控制波形后屬于理想的智能焊機電源，就目前而言，此類焊機規(guī)?；a(chǎn)的主要問題在于器件參數(shù)分散影響電路的穩(wěn)定性，其主要解決方法是通過微機自適應的控制性能。此外，還要憑借相關科技的法陣，進一步促進高檔焊機電源的高效發(fā)展，從而有力保障國家MIG焊、MAG焊、二氧化碳焊等節(jié)能化、高效化焊接方式和焊接設備的持續(xù)發(fā)展。

2.2 焊機智能化控制技術

就焊接設備而言，如硅弧焊整流器、脈沖弧焊電源、焊接變壓器等，結合微機控制的焊機電源和焊接流程中的傳感器，可以實現(xiàn)視覺追蹤、熔深控制等，從而推動焊接設備的智能化發(fā)展。近年來，我國正大力發(fā)展氣體保護焊焊接設備的計算機智能控制技術，如波控技術、電弧參數(shù)的模糊控制技術、脈沖焊控制技術等。通過對微機控制體系的良好運用，能夠有效降低焊接自動化的作業(yè)成本，若使用可編程控制器，還可以對已有焊機或焊機生產(chǎn)線進行改造，使其成為可以控制邏輯順序的自動成套焊機。此時，如果對微機控制焊機電源等相關技術結合使用，就能夠實現(xiàn)對焊接流程的智能化控制功能。就當下而言，焊接流程的智能化控制體系仍是焊接自動化中的關鍵問題，而在焊接設備控制中引入更加先進的自動化技術，如焊接流程模糊控制體系、神經(jīng)網(wǎng)控制體系以及專家體系等，可以進一步推動焊接設備智控體系的發(fā)展和完善。

2.3 焊接設備集成化制造體系

CIMS（Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，計算機/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）技術目前正處于不斷發(fā)展和完善態(tài)勢，將CIMS技術應用到焊接結構的生產(chǎn)當中，能夠以焊接機器人作為核心，在保證數(shù)控焊機以及工藝裝備等相關技術的前提下，可以建成集物資流、信息流一體化的集成制造體系。在焊接結構的生產(chǎn)過程中，CIMS能夠集裝配、下料、焊接等一體化焊接結構為生產(chǎn)核心，可以保證焊接實現(xiàn)真正的精準度較高、全自動以及現(xiàn)代化革命，是焊接設備未來迭代升級的必然的發(fā)展方向。近年來，隨著計算機軟硬件水平的不斷提升，我們可以利用計算機CAD軟件，按照其圖形庫當中的焊縫空間部位實現(xiàn)提前離線編程，在將焊接參數(shù)控制傳感設備得到的數(shù)值通過計算機處理后，就可以實現(xiàn)對焊接電源、焊槍空間部位、送絲機構等的合理調(diào)整。當然，對于CIMS焊接技術的開展是要分層次進行的，一方面，要進一步強化系統(tǒng)中基層設備的智能化與自動化研究，同時進一步簡化工程設計系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)與計算機控制等上層系統(tǒng)的操作流程；另一方面，要進一步關注系統(tǒng)中的信息流與物資流，最大化地減少對于信息量與適時控制的要求，重視系統(tǒng)運轉過程中操作人員的主觀能動作用，綜合人與自動化系統(tǒng)的各自優(yōu)點，切實發(fā)揮出系統(tǒng)識別出現(xiàn)狀況時工作人員的判斷力與人工干預能力。在焊接設備的生產(chǎn)過程中，CIMS技術能夠保證在無人操作焊接流程的同時，實現(xiàn)作業(yè)效果的大幅提升，而對于必須有人工參與的環(huán)節(jié)，也可以呈現(xiàn)出計算機系統(tǒng)與焊接專家以及焊接機器人的緊密結合。當下，我國經(jīng)濟社會飛速發(fā)展，焊接市場也瞬息萬變，各生產(chǎn)企業(yè)都面臨著巨大的競爭壓力，無論是對于經(jīng)驗不足的技術人員，還是操作熟練的老員工而言，焊接CIMS技術的發(fā)展都是整個焊接產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向之一。當然，我們也要注意到完整化的焊接CIMS技術的構建所需要的巨大的資金成本投入，從企業(yè)角度而言，可以采用分階段、分層次開展的舉措，以減輕成本壓力。

3 結語

就目前而言，我國焊接領域與經(jīng)濟社會的發(fā)展形勢基本保持一致，已經(jīng)進入到了平穩(wěn)增長時期，而面對日益復雜的國內(nèi)外經(jīng)濟環(huán)境，相關生產(chǎn)企業(yè)也要有意識的轉變經(jīng)營理念，要通過理性思維和創(chuàng)造性思維，堅持走創(chuàng)新驅動的發(fā)展道路，腳踏實地做好焊接自動化技術的研究工作?？梢灶A見的是，在我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展、且對于自主科研能力不斷重視的當下，只要對先進的計算機技術、制造技術等的發(fā)展的保持高度關注并堅持自主研發(fā)，在尖端科學技術不斷發(fā)展的良好態(tài)勢下，我國焊接自動化技術必然會得到進一步發(fā)展和突破。