招商局金陵鼎衡船舶(扬州)有限公司 江苏省江都区
摘要：现如今，我国是科学技术快速发展的新时期，国际先进造船技术正朝着高效化、绿色化、智能化的方向快速发展，我国的船舶焊接技术与之相比还有很大的差距，如何减少生产成本，提高生产效率和产品质量，是当前我国船舶行业发展的关键。本文就我国船舶焊接机器人技术的研究现状及应用，分析了我国船舶焊接技术面临的问题及发展前景。
关键词：高效；智能；船舶制造；焊接机器人；应用
引言
现阶段，国内造船技术逐渐向着智能化、高效化方向发展，各项造船技术应用也更具成熟度。焊接作业机器人智能化技术，属于现阶段最具智能化、高效化的一种造船技术，对于船舶制造专业化水准可起到良好的提升作用。对此，深入研究船舶制造技术当中焊接作业机器人关键技术的具体应用，有着一定的现实意义和价值。
1概述
在船舶等大型复杂构件的生产过程中，焊接是十分关键的工序之一，焊接的质量严重影响构件的后续使用。由于构件本身的特点，同时考虑形变控制和实际焊接过程中的工艺约束要求，虽然满足一定焊接要求，但是存在效率低，柔性适应性差，无法满足大批量，多种类的生产要求。本文针对机器人焊接工艺的约束求解针对大船体复杂构建焊接，建立构件的三维模型，考虑工艺因素影响，如焊接的方向性，以及整体的焊接时间。制定适当的适应度函数，采用改进蚁群算法，对机器人的焊接路径以进行优化。
2船舶焊接机器人技术的研究现状及应用
2.1焊接路径和焊枪位姿的选择
焊接路径指的是机器人一次性焊接多块筋板时对焊接顺序的选择，包括对每条焊道起熄弧位置的选择。焊接路径的选择对机器人燃弧效率的影响很大。焊枪位姿指的是焊枪相对于待焊点的空间位置和姿态，除了由焊接电流、电压和速度决定的线能量以外，对焊缝成型质量有重要影响。焊枪空间位置决定被焊母材的熔化量和焊丝的熔敷量；焊枪姿态决定电弧力对熔池液态金属的作用方向，与重力共同决定熔池液态金属的流动行为，进而影响焊缝成形质量。先行小组立结构简单，没有立角焊，且任意筋板之间不存在位置限制，机器人有足够大的空间进行寻位、焊接和撤出，因此在排布焊接路径时只需保证机器人在更换作业位置（熄弧后到下一个起弧位置）时移动的距离尽量短即可；焊枪位姿的选择只需保证焊缝成形即可，一旦在焊接工艺调试时确定合适的位姿，即可将其作为不变量保留在程序中。与先行小组立不同，小组立部件的结构稍显复杂，存在很多相互靠近的筋板，对焊枪的限制较多。以双层底肋板焊接顺序（见图1）为例，机器人会首先焊接y方向的筋板，随后焊接x方向的筋板。在焊接x方向的筋板时，焊枪为避免碰撞y方向的筋板（图1标注位置，间距约为30mm），需调整焊枪的姿态，此时焊枪与底板的角度大于45°。对于存在立角焊的小组立部件而言，焊接路径会更复杂一些，机器人会在焊接y方向的筋板的同时完成立角焊和x方向的筋板部分长度的焊接，随后再补充焊接完x方向的筋板。
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图1 双层底肋板焊接顺序
2.2采集模型信息
焊接作业机器人，依据其内部的控制系统、模型数据，采集模型信息技术可划分成3D基础模型导入与离线编程、现场采集与自动识别2种。3D基础模型导入与离线编程技术，需预先将小组立相应部件3D基础模型制作好，并把焊接作业路径离线规划好；现场采集与自动识别技术，智能化程度较高，技术员无需先将模型数据准备好，借助被动或者主动视觉的形式，便可实现对于待焊接作业位置自动识别，焊接作业具体路径也能自动生成。现场采集与自动识别技术之下，前期做准备的时间可以省去，对技术员无特别高的要求。若不考虑到前期制作模型时间，3D基础模型导入与离线编程技术所需准备时间相对较少一些，且有着较高的燃弧效率。如激光采集，现场所采集指导位置信息大致是±10mm偏差，如果筋板末端属于斜切形式，偏差会相对较大。为保证起弧所在位置信息更具精准度，需采用传感手段，如触碰寻位与激光寻位。在一定程度上，激光寻位在精度、速度方面优势突出，而触碰寻位速度较慢一些。为保证焊丝实际伸出长度具有一致性，务必将自动剪丝设备配备好。如果小组立相应部件筋板的末端为R孔形式，需借助点激光式传感，将门架位置调整好，防止焊接作动作逐渐超出机械臂运动极限情况的出现。
2.3焊接工艺
1)焊材的选择小组立焊接机器人在寻位、焊接时，第4、第5和第6轴转动频繁且角度较大，送丝软管会随之频繁弯曲，普通的有缝药芯焊丝会出现药粉泄露堵塞送丝软管的问题，因此采用无缝药芯焊丝；通用部件焊接机器人在寻位、焊接时动作幅度不大，因此采用普通的有缝药芯焊丝。目前2台机器人都采用盘装焊丝，为通过降低更换焊丝的频率来提高效率，计划换用桶装焊丝。需注意的是，换用桶装焊丝意味着送丝距离更长，应通过配备合适的矫直装置来保证出丝挺直。2)焊接参数的选择通用部件机器人采用不摆动的焊接方式，与船厂广泛采用的角焊机类似，因此调试工艺可参照角焊机参数；小组立机器人采用正弦摆动的焊接方式，除了焊接电流、电压和速度以外，还需匹配合适的摆动参数，包括摆动幅度、频率和极限位置停留时间。
3我国船舶焊接面临的问题及发展前景
焊接工人恶劣的劳动环境加上不断上升的人力成本使得我国绝大多数船企存在焊接高技能人才缺乏的问题，如何减少人为因素的不利影响，减少生产成本，提高生产效率和产品质量，是当前我国船舶行业亟待解决的问题。近年来造船业和国际航运不断推出新标准、新规范，安全环保要求也在不断升级，以豪华邮轮、LNG船、LPN船等为代表的高技术船舶和海洋工程装备对焊接接头在严苛条件下的服役性能提出了更高的要求，依靠传统的焊接工艺难以满足使用要求。随着计算机技术、微电子技术、网络技术的不断进步，机器人技术也在迅速发展，其价格也在不断降低，这也为焊接机器人在船企中的推广应用提供了有利的条件。综上所示，我国船舶企业采用自动化焊接制造已是大势所趋。目前，我国船舶工业生产规模逐步跨入世界第一方阵。从发展趋势上来看，用机器人带动精细造船，将有力地促进我国船舶工业的跨越式发展。中国的造船业不仅要做大，还要做强。我们要缩短与发达国家造船业之间的差距，除了采取有效的技术和管理方法外，还要尽快推进实施我国造船业的机器人化。这一举措将增强我国造船企业的竞争力，进一步推动我国船舶工业的高效化、智能化发展。
结语
通过以上分析论述之后，对于焊接作业机器人及船舶制造当中焊接作业机器人关键技术的具体应用情况有了更加深入的认识。从总体上来说，焊接作业机器人实操流程极具复杂性，对各项技术要求相对较高，那么，为了能够在今后更好地发挥焊接作业机器人的关键技术优势，高效化开展船舶制造实践活动，便还需更多技术专家及研究者们能够积极投身于实践探索当中，多积累相关实践经验，不断提升自身专业化的技术水准，有效把握及完善焊接作业机器人各项现代化科学技术，为现代船舶制造行业的进步发展提供技术支持。
参考文献
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