孙树成
河北凯帕斯钢结构工程有限公司 北京市通州区 101100
摘要：通过对建筑钢结构构件结构复杂多样、批量小、无重复构件、焊接接头形式多样、零件精度低、装配控制等特点的分析。提出了焊接机器人应用的具体要求，如满足各种结构形式的快速编程、丰富强大的焊接工艺数据库、对零件和装配偏差的高度适应性等。现有的焊接机器人具有成熟的通用传感和电弧跟踪功能，具有离线编程软件，可实现基础构件的焊接，并为实现建筑钢结构构件的自动焊接提供了技术基础。
关键词：建筑钢结构；焊接机器人；制造
1焊接机器人是钢结构行业发展的必然产物
1.1建筑钢结构产业的发展
钢结构作为一种绿色环保产业，受到社会各界的关注和支持，推动了钢结构产业的快速发展。随着社会的发展，我们对生存环境的要求越来越高。习近平主席提出“青山绿水是金山银山”。政府控制钢筋混凝土结构、木结构和砖混结构的原材料，以减少对生态环境的破坏。然而，人类对生活和工作环境提出了更高的要求，对建筑材料提出了新的要求。随着装配式建筑的蓬勃发展，钢结构体系更符合国家政策和未来发展方向，更符合人类对生活和工作环境的需求。钢结构制造企业遍地开花。钢结构行业所用钢板、钢管、型钢、钢丝绳、钢束的性能和生产能力显著提高，品种和数量日益提高，耐候钢等新型钢材在工程中得到广泛应用，为钢结构的发展创造了条件。
1.2钢结构发展的技术基础
随着钢结构行业的发展，许多高校相继开设了钢结构专业、焊接专业和钢结构设计软件研发；为社会不断输出技术人才。目前，钢结构行业从业人员的素质和技术水平在实践中不断提高，为钢结构的发展做出了贡献。
1.3智能制造系统在钢结构制造中的应用
该系统采用物联网连接设备，集成了BIM和信息技术。执行系统的核心软件是MES系统项目信息智能制造管理系统。系统的核心是对钢结构产品的全过程信息进行集成和管理，实现制造安装全过程的精细化管理和可追溯性管理。智能制造系统提高了管理效率，降低了管理成本。通过业务级和数据集级的数据积累，分析生产过程中的相关因素，包括成本和绩效分析，形成过程检索数据、人均产出数据、成本数据、设备运行数据、人员数据等，提高管理效率。
1.3钢结构工程案例为钢结构发展打下基础
世界第二高上海中心632米，香港珠海澳门大桥55公里，横跨扬子江输电塔345米，首都国际机场，鸟巢国家体育中心等许多重要的钢结构建筑工程项目为钢结构的发展奠定了基础，积累了宝贵的经验。
2焊接机器人在建筑结构工程中的应用现状及优缺点
2.1焊接机器人在建筑钢结构工程中的应用现状
目前，由于现场复杂，施工条件恶劣，现场焊接以手工焊接为主，只有构件截面规则，焊接工作量大，且工程中使用机械人才，存在一定的局限性。因此，焊接机器人在钢结构建筑中还没有得到广泛的应用，它与焊接机器人的一般指标和焊接机器人的特殊指标不匹配，导致焊接问题超出了机器人的自动调整范围，需要人工校正和调整。例如，存在以下问题：1）存在焊接偏差：焊接位置可能不正确，或在寻找焊枪时出现问题。此时应考虑焊枪中心位置是否准确，并进行调整。如果经常发生这种情况，应检查机器人各轴的零位，并校正零位。2）出现咬边问题：可能是焊接参数选择不当，焊枪角度或位置不对，可适当调整。3）气孔问题：可能是气体保护不好，部件的底漆没有清洗干净或保护不够干，可以进行相应的调整处理。4）飞溅过大问题：可能是焊接参数选择不当，造成气体成分，或焊丝伸出长度过长，通过调节机器功率来改变焊接参数，通过调节气体比例混合器来调节气体混合比，调整焊枪与工件的相对位置。5）冷却后在焊缝末端形成焊口：可编程时，在工作步骤中增加埋弧焊的功能来填充焊口。
2.2焊接机器人在超高层建筑钢结构工程中的优势与功能
2.2.1摆焊功能
以增加焊缝宽度。为了提高焊接强度，在手工焊接过程中，焊枪经常以一定的角度（形状）沿焊接方向周期性地左右摆动。焊接机器人也具有这种摆动焊接功能，可以选择正弦摆动焊接方式有圆形摆动焊、8形摆动焊、L形摆动焊等多种形式，摆焊条件的设定分为频率、振幅、右停留时间、左停留时间、角度等几个参数。
2.2.2焊缝跟踪功能
电弧传感器可定期监测焊接电流，并与设定值进行比较。根据预设增益、偏差等参数值，可补偿焊炬上下左右方向。该功能对处理工件的加工偏差或热变形非常有效，能及时纠正焊缝的偏差或宽度差。
2.2.3多层多道焊接功能
变压器箱罐底、罐盖等厚板的焊接，常采用多层、多道焊。焊接机器人可利用焊接路径记忆和再现功能，以及焊接路径偏移功能，利用位置寄存器使跟踪传感器存储的焊缝在第二层焊接时略有偏移，实现重复多层焊接。多层焊接功能只需教背焊一次，其余焊接层自动焊接。
2.3焊接机器人在超高层建筑钢结构工程中的不足
1）使用范围相对固定。焊接机器人只能在有工作空间的施工中使用，规则断面的施工视现场而定。焊接机器人可在中心巨柱外使用，但巨柱内空腔较多，焊接量大，空间小，轨道无法固定，焊接机器人无法使用。2）缺乏灵活性。焊接机器人非常适合反复做同样的事情。但是，现场组件的截面一般小于4米。焊接完成后，需要重新选择和固定轨道，重新安装设备，并自动重新调整焊接参数。因此，如果需要一个机器人焊接系统来执行各种制造任务，需要重新配置它。3）成本很高。焊接机器人是一个完整的系统，其价格是普通焊机的30倍。而且路段不一样，赛道需要根据路段大小进行定制，所以成本会不断增加。4）这是有风险的。现场焊接一般为高空作业，焊接机器人重量约85kg，固定轨道及安装设备有高空坠落的危险。在焊接过程中，一旦系统出现故障，焊接机器人无法手动操作和停止，会造成质量风险。
3焊接机器人在建筑钢结构焊接中的应用
3.1建筑钢结焊接的特点
建筑高层钢结构一般采用巨型柱+核心简支+外伸（转换）桁架和巨型斜撑结构，高性能建筑钢结构多采用GJ钢板。焊接部位多集中在柱柱连接、柱梁连接、桁架结构和巨型斜撑等部位，钢板多为厚板，截面形式多样，接头形式复杂，焊接工程量大，焊接变形难以控制。因此，在钢结构安装过程中，钢结构的焊接质量控制是整个施工质量控制的重点。钢结构焊接的重点和难点是巨型柱的厚板焊接。巨型柱具有截面大、钢板厚、材料强度高等特点。在大多数焊接施工中，高空作业是困难的。控制焊接变形，消除残余应力，防止层状撕裂是焊接操作的关键。
3.2焊接机器人是建筑钢结构焊接的最佳选择
根据建筑钢结构的焊接特点，采用手工焊接。首先根据构件的材质、焊接材料和接头形式形成焊接工艺报告。其次，组织持证焊工进行焊工考试，合格人员参加焊接。再次，重新确定焊接顺序和方向，合理安排焊工班次，保证连续焊接。手工焊接工序多，对焊工要求高，连续焊接容易造成工人疲劳，焊接质量不能保证一致性，高空作业隐患多，夜间施工质量检查存在隐蔽性。由于上述情况，手工焊接效率低，资源浪费，焊接质量难以保证。焊接机器人的高效、环保、安全、高质量正好弥补了手工焊接的缺陷，满足了建筑钢结构焊接的要求。
4结束语
焊接机器人只有在工程中得到广泛应用，才能实现数字化焊接管理、智能化制造和简单化生产。只有实时输出焊接过程中的信息，才能及时反映焊接质量状况，最终保证焊接质量。总之，推动焊接机器人在钢结构工程中的应用势在必行。建筑钢结构焊接技术的发展离不开智能焊接机器人。只有机器人焊接技术的应用，才能提高焊接质量和生产效率，提高企业竞争力，促进钢结构行业的发展。
参考文献：
[1]周军红,高如国,栾公峰,王春林,严亚飞,邱明辉,唐宁.智能化焊接机器人在建筑钢结构行业中的应用[J].焊接技术,2020,49(02):73-75.