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中国装备制造业走向制造强国之路设计工艺性审查发电设备制造业与先进数控机床铸件无模化数控成形制造技术及设备研究数控技术全面支持高速复合机床精度的提升中国自动化焊接技术扫描中国自动化焊接技术扫描P07P03P15P122009年8月总第139期P09P1702│2009年08月│机械工程导报热点聚焦CurrentTopic中国自动化焊接技术扫描——“2009’中国焊接产业论坛—焊接自动化会议”技术总结中国装备制造业走向制造强国之路设计工艺性审查产业趋势Trends发电设备制造业与先进数控机床铸件无模化数控成形制造技术及设备研究数控技术全面支持高速复合机床精度的提升金融危机下苏州制造业对策企业风采EnterpriseCultureSiemensPLM以创新应万变——访SiemensPLMSoftware大中华区市场总监邵颖博世力士乐提升数控机床性能SKF超精密性能——机床行业特有的解决方案FAG提升机床行业竞争力——建立新标准格兰富水泵使机床产品更强大北京天山新材料提高机床制造效率的创新管理新知ManagementInsight利润崇拜与商业干涉主义行业新闻TradeNews期刊精粹CollectionofPeriodicaContents机械工程导报月刊1998年创刊2009年第7期（总第139期）2009年8月20日出版主办：中国机械工程学会工作总部地址：北京市海淀区首体南路9号主语国际4号楼11层邮编：100048电话：010-68799045（编辑部）传真：010-68799050E–mail：huixun@cmes.org网址：www.cmes.org主编：陈超志责任编辑：文佳佳出版：《机械工程导报》编辑部发行：中国机械工程学会工作总部MechanicalEngineeringTrendsP09P07P15P30P31目录P03P07P22P12P27P27P27P27P27P28P17P09P15P25P30P32机械工程导报│2009年08月│03在第十四届北京•埃森焊接与切割展览会期间，中国焊接协会成功主办了“2009’中国焊接产业论坛—焊接自动化会议”。论坛组委会分析研究了国内焊接自动化的进程，通过专家们的专题报告，针对船舶制造、海洋工程、工程机械、铁路车辆、锅炉压力容器等5个行业，深入探讨了焊接自动化的目前现状、技术特点和发展前景。本文是这一论坛技术总结的重点摘录。一、船舶制造行业目前，自动化焊接技术在国内大型船厂已得到广泛应用，包括：单丝埋弧焊、双丝串列埋弧自动焊、自动CO2角焊、FCB单面焊、双丝单面MAG焊、双面双丝串列自动CO2焊（HS-MAG法）、多电极纵骨CO2自动角焊等。与日本、韩国的主要差距在于焊接机器人系统的应用和（激光+MIG）复合自动焊技术的应用。未来船舶自动焊的应用方向是：（1）批量部件焊接机器人系统的中国自动化焊接技术扫描文/李宪政应用型式为多轴机械手，可进行纵、横直线移动，实现无人连续焊接。（2）船体內底分段构件焊接机器人系统的应用型式为“井”字形结构，可以进行平、立角焊；可单人操作多台机器人。（3）激光+MIG复合焊技术（其设备与焊缝断面见图1和图2）①电弧先将母材熔化，提高激光吸收率；②利用激光束作用于电弧形成的熔池底部，进一步提高焊接熔深；③激光使气体电离产生等离子体，有助于电弧稳定；④降低焊缝装配精度，装配间隙可由0.3mm增大至1mm；⑤构件焊接变形小；⑥船体结构轻盈；⑦焊缝性能优异、一致性高；⑧高速、自动化。二、海洋工程行业海洋工程结构是一种大型、复杂、特殊的焊接结构，长期处于严酷环境。海洋工程自动化焊接技术分为陆上自动化焊接技术和水下自动化焊接技术。1．陆上焊接陆上焊接主要用于结构件的陆上预制和海上安装（包括海洋平台安装、海底管线铺设等）。海上安装的突出特点：一是作业环境通常表现为潮湿腐蚀海风侵扰；二是海上施工成本昂贵，要求焊接作业优质高效。目前的具体应用及发展情况如下：（1）双机头全位置全自动GMAW焊图1激光+MIG复合焊设备图2激光+MIG复合焊焊缝断面热点聚焦CurrentTopic——“2009’中国焊接产业论坛—焊接自动化会议”技术总结04│2009年08月│机械工程导报接设备（见图3）由焊接电源、焊接机头、机头控制系统、供气系统、编程器和轨道等部分组成的双丝熔化极气体保护焊（GMAW）的保护气体为50％Ar+50％CO2混合气，第二个焊炬改善了焊道韧性并降低了接头硬度。为了保证焊缝背面成形，管口内侧加铜衬垫，组对的对中器带有铜衬垫，组对、加铜衬垫同时完成。法国Serimax（即原来的SERIMERDASA）、美国CRC-Evans、荷兰VermaatTechnics等公司都有商业化产品。（2）多头多炬熔化极气体保护焊Serimax是海洋石油工程公司Acergy集团（即原来的StoltOffshore）下属的专业焊接设备生产厂家，对于直径24″以上的双头海底管线，该公司开发了4头双炬（Saturne8-Torch）全自动焊接系统，驱动4个Saturnax焊头同时工作（见图4）。（3）闪光对焊与单极脉冲焊J-RayMcDermott公司尝试将其推广应用于海洋铺管作业船，并将其工艺纳入API1104标准，尚未进行实际管线的铺设施工。单极脉冲焊（Homo-polarPulseWelding，HPW）是闪光对焊技术的其中之一，主要由美国AustinA&M大学的研究人员结合J型管线铺设工艺开发而成。HPW采用单向发电机产生大电流、低电压脉冲，由其快速生成的电阻热加热管子的对接端面以达到顶锻温度。此时，外加载荷形成锻压焊缝，整个焊接过程仅需几秒钟。现有研究表明，HPW能够形成高强度、低热影响区域的接头，但在结合面处存在薄的脆性层，从而使接头冲击性能受到影响。（4）激光焊与激光-电弧复合焊（HL-GMAW）英国焊接研究所（TWI）、英国石油公司（BP）、英国Cranfield大学、法国布依格海洋工程公司（BouyguesOffshore）、美国CRC-Evans公司和美国爱迪生焊接研究所（EWI）等先后研究了管线铺设用高功率激光焊接技术。2003年，TWI利用焦点功率密度为2.5×104W/cm2、直径为φ0.6mm的7kWYB光纤激光和瑞典伊萨（ESAB）公司的AMIG系统进行复合，对X80管线钢进行平焊、立焊和环缝焊等几个位置的焊接实验。结果表明，无论在何种位置焊接，焊后材料的强度、抗拉应力以及夏普冲击值都非常高。（5）电子束焊与非真空电子束焊法国Total石油公司1980年提出了采用EBW技术进行J型铺管作业的设想，并且认为使用EBW技术焊接φ609.6mm（24″）×31.75mm（1.25″）的X100管线时，每道焊缝用时不到3min。2000年，TWI受Saipem公司委托，研究了J型铺管作业用的非真空电子束（NVEB）焊接技术。如图3所示，试验样机使用两个电子枪完成φ710mm×41mm管线的环缝焊接作业，真空室的抽空时间约为30s，焊接作业120时间小于5min，大大提高了作业效率。但是，TWI的非真空电子束（NVEB）焊接技术仅在Saipem-7000铺管船上进行过实验，还没有工程应用案例。2．水下焊接水下焊接技术主要用于海洋平台水下部分的焊接和海底管道等的修复。按照不同的作业环境分为湿式焊接、局部干式焊接和干式焊接。最新的研究成果——摩擦叠焊是具备水下尤其是深水应用前景的连接技术。其焊接参数不受水深影响，浅水参数可以直接用于深水；作业在水中直接实施，无需营造高压环境等特殊空间；可与ROV配套、实现全套作业完全自动化，突破饱和潜水深度限制，从而第一次有可能真正促使水下连接技术走向深水。三、工程机械行业工程机械行业由于产品的特点和生产制造的特点，焊接自动化未来的发展重点是焊接机器人系统，尤其是具有智能化焊接机器人系统的应用。工程机械行业产品（挖掘机、装载机、起重机、泵车、路面机械……）的结构件大量应用中厚钢板。在中厚板的大型结构件焊接中，很难保证焊接夹具上的工件定位十分精准；而且，焊接时的热量经常会使结构件发生变形，这些都是焊接线位置发生偏移的原因。所以，焊接大型结构件时，检测并计算偏移量、进行位置纠正的功能必不可少。此外，中厚板焊接一般需要开坡口，由于前期坡口的加工精图4Serimax公司4机头全自动轨道式自动焊机热点聚焦CurrentTopic图3双机头全位置全自动GMAW焊接设备机械工程导报│2009年08月│05度、工件组对、焊接过程导致的变形等原因，实际焊缝坡口的宽度并不一致，也会产生错边等缺陷。这些问题在焊前示教编程时不易解决。根据焊接机器人系统的使用效率，用户在实际生产中也不可能接受对同样规格的每个工件逐一焊前示教编程，以修正上述焊接线偏离及坡口宽度的变化。因此，智能化焊接机器人系统的应用是解决上述问题的唯一出路。以下重点介绍论坛专题报告中的焊接机器人及相关智能化技术成熟应用的几个功能。1．焊丝接触传感功能KOBELCO的ARCMAN机器人利用焊丝和工件接触时，焊丝-工件之间的电位差变为0V的功能，可使加载有传感电压的焊丝（夹持焊丝的机器人）向工件移动。将电位差是0V的位置记忆成工件位置，反映在示教点上。接触传感的原理如图5所示。其功能包括具有位置纠正功能的三方向传感、开始点传感、焊接长度传感、圆弧传感等，并可以纠正偏移量。2．电弧传感功能KOBELCO的ARCMAN焊枪在焊缝坡口内摆动（往返动作）时，导电嘴-母材之间的距离会发生变化。导电嘴-母材之间距离越长焊接电流越小，距离越短则焊接电流越大。由于上述特性，在焊接线未偏移的状态下，摆动到中央部的焊接电流最小，摆动到端部的焊接电流最大。焊接线存在偏移，摆动到右端或左端的导电嘴-母材之间的距离有所不同，所以摆动到右端或左端的焊接电流亦不同。电弧传感捕捉到变化，可检测出焊接线的横向（摆动方向）位置偏移（见图6）。同理，焊接线在上下方向发生偏移时，摆动往返区间内的焊接电流平均值和基准电流也不同，电弧传感捕捉到变化，可检测出焊接线上下方向的位置偏移（见图7）。电弧传感无需在焊枪上安装特殊设备，焊接的同时即可检测出焊接线位置偏移并及时纠正，是非常实用的先进传感技术，在神钢的焊接机器人系统中得到广泛应用。KOBELCO的ARCMAN作为焊接专用机器人而被开发，为了避免摆动时上下动作等原因产生误差，机器人具有使用最新控制技术的高精度摆动性能，实现了高精度电弧传感。3．双丝焊接电弧传感功能（其概念见图8）KOBELCO通过可以稳定作业的独特焊接电源以及高速送丝装置和1.2mm实芯焊丝组合，实现了焊接的高熔敷化。例如，使用1.2mm实芯焊丝以450A电流焊接时，熔敷速度是225g/min，效率是0.5g/min/A。与一般船型焊中使用的300A电流的熔敷速度112g/min、效率0.373g/min/A相比，效率提高了1.4倍。双丝电弧焊接通过两根焊丝进行焊接，是一种增加熔敷量提高焊接速度的焊接方法，可以得到最大330g/min的熔敷速度。KOBELCO的双丝焊接系统可以进行双丝/单丝切换以及往复焊接。一体型双丝焊枪（见图9）有更高的适用率。为了进行高品质焊接，必须让两根焊丝在焊接线上定位（见图10），若某根焊丝偏离焊接线，会发生咬边和熔深不良等焊接缺陷。因此，使用机器人进行双丝焊接时存在以下课题：图5接触传感原理图7电弧传感原理（上下）图9双丝焊枪图10示教时的焊丝瞄准位置图6电弧传感原理（左右）图8双丝焊接概念图热点聚焦CurrentTopic06│2009年08月│机械工程导报真的模拟，所用均为车间实际使用的真实机器人程序和配置文件。ABB离线编程示教软件画面如图14所示。ABB可离线编程Y型多工位机器人系统，如图15所示。（本文选自第十四届北京·埃森焊接与切割展览会《展会综合/技术报告》。此次选取前三部分，另外两部分将连载于9月刊中。）为了使两根电极（焊丝）都正确地对准焊接线，要比单丝焊接需要更加缜密的示教作业。以往的电弧传感在先行极、后行极距离焊接线的偏移量大致相同时有效（见图11）