焊接自动化的发展趋势论文

1、焊接自动化的发展趋势焊接自动化的现状：焊接自动化，顾名思义，自动焊接。焊接是制造业中重要 的加工工艺方法之一，由于现代科学技术的飞速发展和诸多因 素的推动，焊接制造工艺正经历着从手工焊到自动焊的过渡。 焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为焊接行业发展的 必然趋势。焊接机械化在焊接方法的基础上结合自动化技术， 通过机械结构或电气控制寻求焊接效率的提高和方法的改进。 焊接自动化可分为焊接半自动化和焊接自动化。焊接的半自动 化是指焊接机头的运动和焊丝的给送由机械完成，焊接过程中 焊头相对于接缝中心位置和焊丝离焊缝表面的距离仍须由焊接操作工监视和手工调整。焊接自动化是指焊接过程自启动至结 束全部由

2、焊机的执行自动完成。无需操作工作任何调整，即焊 接过程中焊头的位置的修正和各焊接参数的调整是通过焊机的 自适应控制系统实现的。而自适应控制系统通常由高灵敏传感 器，人工智能软件、信息处理器和快速反应的精密执行机构等 组成焊接技术作为材料加工技术中的一种重要的加工手段，在 基础制造业发挥着不可替代的作用。随着科学技术的发展，新型焊接方法产生推动了新材料的 广泛我国的装备制造业正在重要的发展阶段，通过夯实基础的 材料加工技术可以为装备制造业的快速发展打下坚实的基础。 由于焊接方法这种加工手段综合了多个学科的多中新技术、新 方法，尤其是计算机技术和控制系统的引用，对于制造业的技 术升级具有无可比拟的

3、推动作用，所以借助于焊接技术的自动 化进程，材料加工技术的进步，焊接技术的自动化进程对制造 业具有重要的意义，可很快的推动我国装备制造业的崛起。焊接自动化也为工业生产中的柔性制造打下基础，成为柔 性制造的简单雏形。自动化的焊接方式涉及到了诸多领域一机、电、焊等各单项技术的集成，相对来说要求水平也都比较 高，因此焊接自动化也成为了连接各工业领域的重要纽带。越来越多的工厂为加速焊接技术的发展、提高焊接质量引入了焊 接自动化技术，这对我国的焊接自动化技术无疑起到了一个重 大的推动性作用。在没有人直接参与的情况下，采用具有自动 控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的 程序或指令自动进行

4、，通过加热、加压，或两者并用，使两工 件产生原子间结合的技术措施。其目的在于增加产量、提高质 量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成 为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。提高自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方 向，实现自动化焊接也是是我们的理想和目标。国外工业先进 国家在焊接新技术的具体应用上已有许多成功的业绩；中国的 自动化焊接技术、装备的研究制造企业也已有了长足的进步， 积累了一定技术、人才、制造经验，一部分自动焊技术和装备 的水平已经达到国际先进水平，有了很多的使用案例，个别产 品也在销往海外；现代新技术迅速发展对其的不断完善；国家 对装备制造业

5、产业发展的鼓励政策；这些条件的具备，将加速 推动中国焊接产业的技术、装备升级。未来的焊接工艺，一方 面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高 焊接质量和安全可靠性，另一方面要提高焊接机械化和自动化 水平，如焊机；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自 动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊 接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫 生安全条件。近年来，我国焊接设备优化调整工作已取得了较 大的成绩，自动、半自动焊机仍然保持了较快的增长势头，其 它焊接设备的增长率均小于总产量的增长率。可以说明，设备 正朝着功能更全面的方向发展。因此，提高焊接电源的可行

6、性、 质量稳定性和可控性及优良的动感型，也是我们的发展方向。 开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝、 温度场、熔池状态、熔透情况，实施提供焊接规范参数的高性 能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。使焊接技术由“技艺”向“科学”演变，是实现焊接自动化的一个重要方面。焊接自动化借助于机械设备、电子自动控制系统应用在焊接过程中，如2CO气体保护焊接过程中的自动送丝系统，埋弧焊接过程中焊接速度控制和送丝控制等；焊接自动化可以从焊接工艺方面，如焊接参数的自动选择，像焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数在焊接不同的材料、不同要求时的自动选择匹配；在焊接过程方面，通过机械设备、电子控制

7、系统，借助微控制器等实现程序控制、数字控制；另外一个方面是在生产线上推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。焊接过程是一个开环系统，所以在发展焊接自动化的过程中如果希望焊接过程有机械装置来完成，实现焊接过程自动化，首先需要类似人类感官的传感器，焊接过程传感器是一基于对影响焊接结果的内部和外部条件的探测器，利用传感器能实时获取焊接过程信息并用于调节焊接操作参数；在进行智能化的过程中，还需要类似于焊工对焊接过程的认识，能够描述焊接过程各种状态的知识，建立对焊接过程模型化；需要类似于人脑思维判决的控制器，以实现和执行控制规律。一个焊接自动控制系统，除去对焊

8、接设备本身的性能要求外，必定涉及焊接过程传感、焊接过程建模和控制器设计三个方面关键技术。焊接自动化的未来：焊接自动化行业属于新兴行业，目前处于初级发展阶段。虽然自二十世纪九十年代以来，随着社会主义市场经济的进一步成熟，我国焊接行业有了长足发展，但焊接自动化作为一个新兴行业尚处于起步阶段，目前我国仍以传统手工焊为主，根据有关数据显示，焊接自动化率仅为30%左右，同发达工业国家的80%存在较大差距，未来发展潜力巨大，前景广阔。随 着 数 字化 技术日 益 成 熟， 代表自 动 化 焊接 技术的 数 字 焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家

9、大型基础工程，有力地促进了先进焊接工艺，特别是焊接自动化技术的发展与进步，汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效化、自动化、智能化”。目前，我国焊接界把实现焊接过程的机械化，自动化作为战略目标。已经在各行业作为战略目标，已经在各行业的可激发扎中付诸实施，在发展焊接生产自动化和过程控制智能化要就和开发焊接生产线及柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造技术等方面，取得了长足的进步。焊接自动化装备制造技术含量高，通常集焊接工艺、自动控制、精密机械设计制造等多种技术于一体，随着工业自动化、智能化、数字化等技术的日益发展和广泛应用，焊接自动化正在由单机焊接自动化

10、装备向焊接自动化生产线和数字化焊接车间发展。“十二五”期间， 我国制造业发展的重点是利用先进的自动化、智能化、数字化技术来实现工业转型升级和新型产业的发展，为焊接自动化行业提供广阔的发展空间。焊接自动化装备的技术水平是国家科技水平的重要体现，直接决定了国家重大核心装备的技术水平。目前，我国焊接自动化装备制造企业已经可按客户的不同需求，设计、制造、集成各种类型的专用焊接自动化装备，并大量采用计算机控制技术。部分焊接自动化装备还配备了焊缝自动跟踪系统和图像监控系统，确保了焊接过程中的焊接质量。我国焊接自动化装备制造业技术发展呈现出如下趋势：（ 1 ） 、精密、高效化焊接自动化装备正朝着高精度、高质

11、量、高效率、高可靠性方向发展。要求系统的控制器以及软件具有较高的信息处理速度，系统各运动部件和驱动控制具有高速响应特性，要求其电气、机械装置具有精确的控制，能够长期稳定、可靠的工 作。（ 2） 、模块化焊接自动化装备的集成化技术包括硬件系统的结构集成、功能集成和控制技术的集成。现代焊接自动化设备的结构都采用模块化设计，根据不同客户对系统功能的不同要求，进行模块组合。而且其控制功能也采用模块化设计，可以根据用户需求，快速提供不同的控制软件模块，提供不同的控制功能组合。模块化、集成化使系统功能的扩充变得极为方便，实现个性化产品的规模化批量生产，降低成本、缩短交货期。焊接控制系统的集成化是指人与技术

12、的集成和焊接技术与信息技术的集成，集成系统中信息流和物质流是其重要的部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的相应和判断能力，建立人机的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。（ 3） 、智能化将激光、视觉、传感、检测、图像处理、计算机等智能控制技术应用于焊接自动化装备中，使其能在各种环境复杂、变化的焊接工况下根据焊接的实际情况，自动调整、优化焊接轨迹和工艺参数，实现高质量、高效率的焊接智能控制。智能化的焊接自动化装备，不仅可以根据指令完成自动化焊接过程，而且可以根据焊接的实际情况，自动优化焊接工艺和焊接参数。例如，在焊接大厚度

13、工件时，智能控制系统可以根据连续实测的焊接工件坡口宽度，通过分析、对比、判断自动确定每层焊缝的焊道数、每道焊缝的熔敷量及相应的焊接参数、盖面位置等工艺参数，完成从坡口底部到盖面层的所有焊接。焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展要就的重要方向，我们应开展最佳控制方法的研究，包括线性和各种非线性控制、最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究等。（ 4） 、柔性化现 代 化 生产 要求同 一 台 设备 能够满 足 同 类型 不同规 格 工 件的加工，甚至不同类型工件的焊接自动化加工，同时由于大型焊接自动化成套装备或生产线一次投资相对较高，因此

14、在设计这种焊接装备时需要尽量考虑柔性化，形成柔性制造系统，以充分发挥装备的效能，满足同类产品不同规格工件的生产需要。焊接自动化装备将广泛采用工业机器人，标准化、模块化单元，实现多品种、小批量产品的柔性化生产。在未来的研究中国，我们将各种光，机，电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化，用微电子技术改造传统焊接工艺装备是提高焊接自动化技术的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能等。（ 5） 、网络化智能接口、远程通信等现代网络技术的发展，促进了焊接自动

15、化装备管控一体化技术的发展。通过网络将生产过程自动控制一体化，利用计算机技术、远程通信等技术，焊接加工过程和质量信息、生产管理等信息通过网络实现数字一体化管理，实现脱机编程，远程监控、诊断和检修。（ 6） 、人性化焊接自动化装备广泛采用数字化、图形化的人机操作界面，设备拥有专家数据库、控制参数实时显示、人机交互等功能，使设备操作更加容易、更加方便。随着技术的不断完善，数字显示技术在人机交互、控制参数实时监测中将得到普遍运用。近年来，我国焊接设备优化调整工作已取得了较大的成绩，自动、半自动焊机仍然保持了较快的增长势头，其它焊接设备的增长率均小于总产量的增长率。可以说明，设备正朝着功能更全面的方向

16、发展。因此，提高焊接电源的可行性、质量稳定性和可控性及优良的动感型，也是我们的发展方向。开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝、温度场、熔池状态、熔透情况，实施提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。使焊接技术由“技艺”向“科学”演变，是实现焊接自动化的一个重要方面。焊接自动化是实现我国装备制造业由大到强转变的基石，是装备制造业由粗放型、作坊式的经营模式向高技术、集约型转变的重要标志。通过焊接自动化工艺技术装备，可以提高焊接加工效率和质量、降低能源和材料消耗、节约成本、减轻工人的劳动强度、改善作业环境，从而对提高企业核心竞争力，实现可持续性发展具有重要

17、意义。我国焊接自动化的产业升级具有必然性，具体体现在以下方面：（ 1 ） 、 提高焊接效率焊接加工是中国制造企业最主要的加工手段之一，研究数据统计，以焊接工艺为主导的制造企业焊接工时约占产品制造总 工 时 的 10%-30%， 焊 接 成 本 约 占 产 品 制 造 总 成 本的20-30%， 企 业 从 事 焊 接 工 作 的 人 员 数 量 约 占 全 体 员 工 的20-30%。提高焊接加工的自动化水平，对企业节约成本，提高效率并实现可持续性高速发展具有重要意义。以工程机械典型结构件为例，焊接机器人工作站的工作效率为手工焊接的5 倍，大幅提高生产效率的同时降低了操作者的劳动强度。（ 2）

18、 、 提升产品质量在采用手工焊接工艺的制造过程中，人工控制焊接过程（起弧、收弧、焊接轨迹及参数设置等）的不准确、不稳定导致焊缝成型不好，容易在焊接部位产生气孔、裂纹、未熔合等缺陷。 在采用自动化焊接工艺的制造过程中，电弧燃烧稳定，连结处成分均匀，焊缝成型好、焊缝接头少、填充金属熔敷率高。焊接工艺参数实现了自动化的存储与输出，可以保证工艺参数的准确性，保证特殊焊接要求的实现和焊缝质量的重现性。由于焊接自动化在提升产品质量方面具有优势，自动化焊接已经开始逐步取代手工焊接成为焊接加工的主要方法。（ 3） 、 降低营运成本随着劳动力成本的不断上升，焊接自动化装备性能、效率的不断提高以及价格的逐渐降低，

19、自动化焊接和手工焊接相比较长期来看具有成本优势，同时，焊接自动化装备具有的高效率、高稳定性优势使得制造厂商可以较快的收回焊接系统的投入成本并提高焊接质量。（ 4） 、 改善操作环境手工操作的焊接作业被公认为是一种有害的作业工种， 2002 年由卫生部和劳动保障部公布的我国法定职业病目录中，正式列入了电焊工尘肺、电光性眼炎等焊接职业病，同时还列入了对焊接职业可能产生危害的锰及其化合物中毒、一氧化碳中毒、职业性放射性疾病、电光性皮炎及金属烟热等职业病。焊接自动化装备将手工操作变为自动化机械操作，操作工人远离焊接现场，能够避免上述职业病的发生，同时工人劳动强度也得到了极大降低。通过焊接自动化装备与自

20、动传输系统、自动化检测等其他系统的配套，可组成自动生产线，能够极大改善生产车间内的整体环境状况。进入 20 世纪以来，电子信息、航空航天等尖端技术迅速发展，对新材料的研究和开发起到了很大的刺激与促进作用，但是新材料的研制与材料加工工艺进步并没有同步发展。例如高温超导材料、金属陶瓷梯度功能材料等，作为先进材料的优越性与实用价值非常明显，但没有相应的制备与加工技术来扩大这些材料在实际中的应用。材料加工技术的发展明显落后于关于材料设计，材料性能的研究进展，从而制约了这些高性能先进材料的实际应用。因此，发展材料的先进制备、成形与加工技术的重要性比以往任何时候都更加突，更有意义。材料加工技术的发展趋势主

21、要表现在过程综合、技术综合和学科综合。过程综合主要指：一是指材料设计、制备、成形与加工的一体化，各个环节的关联越来越紧密；二是指多个过程（如凝固与成形）的综合化，或称短流程化，如喷射成形技术、半固态加工技术和连续铸轧技术等。技术综合是指材料加工技术越来越发展成为多种技术相结合的应用技术科学，尤其体现为制备、成形、加工技术与计算机技术（ 计算机模拟与过程仿真）以及信息技术的综合，与各种先进控制技术的综合等。学科综合则体现为传统三级学科（铸造、塑性加工、热处理和连接）之间的综合。材料加工技术的发展对推动制造业的升级，制造业水平的提高有巨大的影响。例如激光焊接、电子束焊接、扩散焊接和摩擦焊接等先进连

22、接技术的发展解决了高性能先进材料的连接问题，扩大了其应用范围；搅拌摩擦焊的出现解决了在熔融焊接困难（如金属基复合材料）或焊缝质量要求特别严格（如宇航与军事领域）的材料连接问题，使多种新型具有优异性能的材料得以应用。重要的材料加工方法在工业制造生产中起着重要的作用。在使用电阻点焊较多的汽车制造厂，电焊点焊机器人是使用最为广泛的焊接机器人。焊接机器人自动化的进步使汽车制造的效率更高，零部件及新车型的开发周期缩短。其次，焊接自动化的发展，通过智能控制系统来管理和控制整个焊接过程甚至完成整个工件的加工过程，可以大大的替代人力劳动，让操作者在更舒适的环境中作业。第三，焊接自动化可以整合当前科学技术的最尖

23、端的技术，最大限度的促进焊接技术、方法的进步。通过焊接自动化控制系统，目前已经有人将模糊控制、神经网络模型控制和专家控制系统等当下最新的控制方法引进到焊接方法中，以寻求提高焊接效率和接头连接性能的方法。第四，焊接自动化可以在恶劣的环境下进行焊接作业，比如各种爬行焊接机器人、水下焊接机器人等类型机器人的应用可以减轻或避免焊接人员在焊接过程中所面临的危险，扩大焊接加工的现场工作范围。第五，焊接自动化是机械操作，在设定好的前提下可以无限的重复加工，而不会产生误差。在汽车制造、电子元器件制造过程中，很多地方都重复了大量的工作，在使用自动化焊接，设定好相关参数便可以进行重复焊接，并且可以保证焊接质量的稳

24、定性和可靠性。第六，焊接自动化是焊接结构生产技术发展的方向。现代焊接自动化技术将在自动控制基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。焊接自动化装备的大规模应用最早是从汽车装备生产线的电阻点焊和薄板弧焊开始。经过多年的发展，目前，汽车行业特别是整车厂的焊接自动化生产线代表了当今制造自动化的最高水平，但由于我国汽车生产线基本从国外进口，同时国外厂商在该领域的焊接工艺、系统集成等方面积累了十分丰富的工程经验，因此汽车制造领域应用的焊接自动化装备基本被国外厂商所垄断。有关调查显示，我国工程机械行业历经过去十年的高速增长，行业销售额增长8.1 倍，目前已成长为世界工程机械第一产销大国。近年来，随着行业竞争的不断加剧、劳动力成本的不断提升以及产品向大型化、复杂化、高质量和较短交货期要求方向发展，行业内企业市场增长将面临从数量型向质量型的转变，使得工程机械行业迫切需要转变生产方式。与此同时，工程机械产品规模化、批量化、标准化的生产特点，适宜进行焊接自动化装备的大规模应用，因此，我国