摘要：随着建筑焊接结构朝大型化、重型化、高参数精密化方向发展，焊接手工操作的低效率和质量的不稳定往往成为生产效率的提高和产品质量稳定性的最大障碍。为适应高强、厚板、长焊缝的特殊要求，焊接水平特别是自动焊水平的提高是实现钢结构技术快速发展的关键所在，因此，迅速提高我国焊接自动化程度已经成为一项刻不容缓的重要任务。基于此，本文主要对智能化焊接机器人在建筑钢结构行业中的应用进行分析探讨。
关键词：智能化焊接机器人；建筑钢结构行业；应用
前言
随着我国建筑钢结构制造行业的快速健康发展,大跨度、场馆建筑类、超高层类的建筑专用钢结构越来越多,构件的类型也日趋复杂,其对设计、制作工艺精度的要求也较高。目前,焊接手工操作的低效率和其产品质量的不完全稳定往往使钢结构成为其生产质量和效率的进一步提高和其产品质量稳定性的最大技术障碍。我国钢结构焊接设备制造企业的手工焊接技术水平特别是自动手工焊接技术水平的改善和提高,是推动和实现我国钢结构焊接技术快速进步和发展的重要关键所在。
1建筑钢结构构件焊接的特点和要求
1.1建筑钢结构产品的特点
虽然工程机械部件和建筑钢结构构件同为厚板坡口焊接，桥梁钢结构的Ｕ肋板单元也属于典型的钢结构形式，但对于建筑钢结构制造的机器人焊接来说，还是有建筑钢结构自身的特点。
（1）小批量、无重复构件
建筑钢结构相对汽车制造、工程机械行业，最大的特点就是没有批量，或者相同构件数量很少且所．占比例很小。
（2）结构形式复杂多样
建筑结构形式的多样导致钢结构产品结构类型也是五花八门，除了典型的异形钢结构外，常见钢结构的构件类型基本可分为柱、梁、支撑、桁架等，每种构件的主体截面一般又可归纳为Ｈ型钢、箱形、十字、圆管等多种形式。
（3）焊接接头形式多样
由于建筑钢结构钢板厚度范围较大，再结合搭接、角接、对接等焊接接头形式，可形成薄板的单道角焊缝到厚板的多层多道坡口熔透焊缝等各种焊接要求。
（4）零部件、装配控制精度不高
目前建筑钢结构零部件下料以火焰和等离子切割为主，部件组装和构件总体装配以画线定位和人工装配为主，基本没有复杂精准的工装胎架。由于传统钢结构制造基本以手工装配、焊接为主，对零部件的下料切割精度和装配偏差、装配间隙要求不高，在标准允许公差范围内即可。
1.2对机器人焊接的要求
基于上述特点，建筑钢结构产品制造对机器人焊接应用具有特定的要求：
（1）快速编程满足多样结构形式
建筑钢结构小批量无重复构件的特点要求焊接机器人在做焊前准备工作的时间要短，即焊接编程与设备焊接实施时间的比值要尽量小。虽然几乎麻有焊接机器人都具有离线编程的功能，可避免占用设备工作时间，但从焊接效率和人工成本的角度分析，也不允许编程时间过长。这就要求开发一种快速、高效的智能编程系统。
（2）要有丰富强大的焊接工艺数据库
焊接机器人的工作主程序为焊枪空间行走轨迹，同时在行走轨迹上还需附加电流、电压、枪姿、摆动等焊接工艺参数；为满足快速编程的要求，需要提前储备丰富的焊接工艺数据库。由于钢板厚度范围大、接头形式多样，再加上母材材质、焊材类型等影响因素，一个可满足大部分建筑钢结构焊接要求的机器人焊接工艺数据库的规模是惊人的。
（3）对零件、装配偏差具有高适应性
钢结构装配的主要偏差体现在：零部件切割边缘平直度和角度精度不高、装配定位和间隙偏差较大，焊缝的位置和宽窄一致性不高，并且在焊接过程中，先焊接的焊缝产生的变形会作用在构件上，使后焊接的焊缝偏离组对时的位置，为了保证焊接质量，要求机器人能够在焊接时自动找正焊缝的起始位置和正确的方向。
2焊接机器人应用
目前，绝大多数的钢结构企业考虑到焊接机器人成本高及应用不成熟的情况，在焊接机器人应用方面仍处于观望阶段。随着焊接机器人行业的发展，其中在桥梁项目U肋与板单元的焊接中，机器人的应用比较成熟；且在非桥梁项目已有企业将焊接机器人及配套的工装系统投入到实际构件生产线中；在机器人蓬勃发展的大浪潮下，小型焊接机器人及新兴技术的涌现，也在推动着钢结构焊接智能化的应用。
2.1 Mini型弧焊机器人
目前，在钢结构制造行业中应用性比较高的是Mini型焊接机器人，在日本钢结构的制作中应用较为广泛。Mini型焊接机器人由焊接电源、控制箱、机器人本体、示教器、送丝装置、焊枪及线缆组成；其借助直线型轨道可以实现多种焊接位置及焊接坡口形式的自动焊接，主要适用于一些平直构件主焊缝的焊接，在钢结构件的制造厂及安装现场均可应用。
Mini型焊接机器人最大的优点是在丰富的焊接数据库的前提下，机器人可以自动识别实际的坡口信息，并根据数据库，自动生成焊接层道次及焊接参数，此种方式大大提高了焊接的智能化及效率。但它也存在着焊前调试及参数库填充耗费时间长的不足，其优缺点见表1。
表 1 Mini 弧焊机器人优缺点
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2.2柔性轨道机器人
在钢结构制作构件中，弧形构件占有很大的比例，且不满足现有埋弧焊等设备的范围，此类构件的焊缝焊接主要依靠人工焊接，人工分段焊接，其焊缝成形水平参差不齐。当下的自动化设备主要是适用直线焊缝焊接，此类弧形构件若采用自动化设备需要借助于弧形轨道，不同弧度需匹配相应轨道，导致设备成本增加。因此，柔性轨道机器人产品可以解决此类问题，借助柔性轨道利用强磁吸附于构件外表面，实现弧形焊缝的自动焊接，其优缺点见表2。
表 2 柔性轨道机器人优缺点
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2.3视觉识别焊接机器人
当前各行各业应用的焊接机器人基本都是通过在线编程或者离线编程技术将焊接指令传至焊接机器人，即通过示教编程的功能，通过手动操控示教器来指引焊枪到起始点，然后在系统内选择焊枪的摆动方式、焊接工艺参数等，以此来生成焊接程序，实现焊接功能。在钢结构行业应用焊接机器人，示教编程必然会成为一大阻碍，对于结构复杂、构件形式不一的焊缝，示教编程必然会耗费大量时间，且需要专业人员进行编程。
随着行业的发展，市场上出现的视觉识别焊接机器人，研发者是将当下时兴的视觉拍照、激光扫描与焊接机器人结合在一起，在电脑端通过视觉拍照选取所要焊接的起始点和结束点，并在系统内对焊缝形式进行定义，定义完成后机器人接收指令进行实际焊缝位置的激光扫描来自动纠偏，最终实现焊缝的自动焊接。此种方式的一大优势即是省略了人工示教的程序，大大节约了在线操作编程的时间。但同时对于激光扫描采集的信息准确性也提出了更高的要求。目前，我国已有多家企业正在焊缝的三维扫描、实时跟踪反馈、不同焊缝形式的自动焊接等方面进行研发，致力于焊接机器人在钢结构中的应用。
3结语
（1）由于建筑钢结构行业产品的特点，焊接机器人的应用面临着简化编程、组装偏差、焊接参数数据库完善等难题。
（2）通过对3种焊接机器人各自特点进行分析，从钢构件制作的难点出发，从点向面扩展，逐步实现钢结构焊接机器人的焊接。
（3）新兴的数字化、信息化等技术的融合，势必会推动焊接机器人在钢结构构件制造中的成功应用。
参考文献：
［1］李玉河，吴晓健，吴国祥．工程机械智能化制造ＰＣＳ系统研究［Ｊ］．建筑机械．2015（10）．
［2］于永初．机器人推动汽车智能制造［Ｊ］．汽车工艺师，2015（10）．
［3］李震田．工程机械典型接头的弧焊机器人焊接技术［Ｊ］．中国机械．2015（6）．