鋼結(jié)構(gòu)制造屬于很大的范疇，涉及領(lǐng)域包括海上重工、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、重特大鋼結(jié)構(gòu),等等。鋼結(jié)構(gòu)制造最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)即是焊接工序。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，焊接技術(shù)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是在常規(guī)鋼板(如屈服強(qiáng)度420Mpa以下的鋼板)，從薄板到厚板具備一整套豐富的制造焊接工藝經(jīng)驗(yàn)，而在特殊及高強(qiáng)鋼領(lǐng)域的焊接仍存在一些瓶頸和不足。隨著重特大鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的發(fā)展和高強(qiáng)鋼厚板的應(yīng)用，大型構(gòu)件高周轉(zhuǎn)施工周期短，所以鋼結(jié)構(gòu)制作要求鋼結(jié)構(gòu)制造比拼的是制造企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和工藝設(shè)備，其中焊接工藝高速高效化、焊接質(zhì)量控制智能化技術(shù)、焊接生產(chǎn)自動(dòng)化及智能化技術(shù)水平，決定了企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)水平和產(chǎn)品焊接質(zhì)量。
制造業(yè)面臨變革
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的極速發(fā)展，世界局勢(shì)發(fā)生了翻天覆地的變化，制造業(yè)面臨首當(dāng)其沖的挑戰(zhàn)。用工成本上升導(dǎo)致的大量制造訂單外流，而發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈頂端、掌控精密技術(shù)。中國(guó)制造業(yè)規(guī)模大，但水平有待提高，特別低品質(zhì)、低附加值產(chǎn)品拉低整體品質(zhì)，制造業(yè)企業(yè)的變革迫在眉睫。我們大型鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段，特別在全行業(yè)低迷的情況下，實(shí)現(xiàn)突破的重要方式即科技創(chuàng)新，降低勞動(dòng)力成本，提高人均產(chǎn)能。面對(duì)現(xiàn)階段機(jī)器人焊接系統(tǒng)昂貴的花費(fèi)，產(chǎn)線規(guī)劃向科技要效率，向創(chuàng)新要產(chǎn)能。把機(jī)器人系統(tǒng)、先進(jìn)焊接工藝、機(jī)械化自動(dòng)化產(chǎn)線等最大限度地應(yīng)用于公司重大項(xiàng)目中，攻破各種難題，通過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)研究，最終在產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)流水線節(jié)拍化生產(chǎn)。
焊接機(jī)器人系統(tǒng)
為了響應(yīng)“提高生產(chǎn)率運(yùn)動(dòng)”降本增效，在鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中工字鋼、U肋板單元裝配及焊接，橫隔板單元等采用橫隔板機(jī)器人焊接系統(tǒng)，減低成本、提高生產(chǎn)效率?？朔耸止ず讣鞍胱詣?dòng)焊的諸多不足，應(yīng)用電弧穩(wěn)定氣體保護(hù)焊（MAG焊或MIG焊），飛濺小、脫渣易、焊道成型美觀。而已有的多種類焊接機(jī)器人中焊接過(guò)程中出現(xiàn)條形氣孔問(wèn)題，一直未能很好的解決，通過(guò)多次試驗(yàn)及問(wèn)題排查，條形氣孔問(wèn)題得到一定好轉(zhuǎn)，但問(wèn)題未能徹底解決。
焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀
焊接作為重要常規(guī)的制造工藝，鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域緊跟工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，各類項(xiàng)目均提出自動(dòng)化焊接、智能化管控、數(shù)據(jù)化管理、綠色環(huán)保等要求。作為一個(gè)大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)先進(jìn)生產(chǎn)力的迫切需求，不斷地變革和提升才是唯一出路，制定分步走的戰(zhàn)略決策和規(guī)劃，第一步從焊接工藝、焊接方法等焊接技術(shù)方面開(kāi)展研究。
焊接機(jī)器人
大型焊接機(jī)器人工作站主要是橋梁板塊，橋梁常用的橫隔板焊接機(jī)器人、U肋焊接機(jī)器人、U肋裝配機(jī)器人、T形構(gòu)件焊接機(jī)器人工作站，6軸機(jī)器臂+3軸外部行走聯(lián)動(dòng)焊接機(jī)器人系統(tǒng)，主要用于鋼結(jié)構(gòu)工字鋼、橋梁橫隔板、I/U肋板單元等構(gòu)件焊接。
焊接機(jī)器人工作站
協(xié)作小型機(jī)器人在各類場(chǎng)景均能很好地應(yīng)用，在橋梁錨箱及齒形板上得到很好的試點(diǎn)應(yīng)用，具備隨拉隨走、多場(chǎng)景切換、靈巧便捷等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)小空間的靈活焊接，對(duì)大型焊接機(jī)器人工作站作為很好的補(bǔ)充。
協(xié)作靈巧的機(jī)器人
箱形構(gòu)件自動(dòng)化焊接
橋梁的主要構(gòu)件類型為箱形桿件，梁式結(jié)構(gòu)由頂?shù)装搴透拱鍐卧M合成一個(gè)封閉的箱形截面，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空間狹小受限導(dǎo)致自動(dòng)化應(yīng)用水平很低，結(jié)合構(gòu)件形式和自動(dòng)化需求，聯(lián)合機(jī)器人制造廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)的箱形桿件機(jī)器人成功解決了焊接自動(dòng)化難題。橋梁鋼塔具有板厚超厚、結(jié)構(gòu)超大、重量大等特點(diǎn)，針對(duì)這種大坡口、大厚板焊接設(shè)計(jì)使用橋梁鋼塔埋弧橫焊專機(jī)焊接，利用1.6~2.4mm直徑的埋弧焊絲，高效高速地使用鋼塔橫縫對(duì)接。焊縫質(zhì)量探傷合格率達(dá)到99.5%，而且焊縫外觀成型美觀。
埋弧橫焊及箱形桿件機(jī)器人
激光除銹技術(shù)
區(qū)別于傳統(tǒng)打磨除銹技術(shù)，激光除銹技術(shù)屬于新型便捷技術(shù)，當(dāng)構(gòu)件表面有氧化物、污漬附著時(shí)，一般浮于金屬表面。激光除銹主要是基于物體表面污漬、氧化物吸收激光能量后，產(chǎn)生汽化揮發(fā)，瞬間受熱膨脹而克服表面對(duì)粒子的吸附力，使其脫離物體表面，進(jìn)而達(dá)到清除的目的。激光除銹操作簡(jiǎn)單快捷，其高效實(shí)用的特點(diǎn)，使整個(gè)激光除銹過(guò)程不損壞基材表面，達(dá)到工件表面清潔的技術(shù)。公司在焊接、涂裝領(lǐng)域大批量使用激光除銹技術(shù)來(lái)提高焊縫及母材的潔凈度，同時(shí)節(jié)約大量的人力物力成本，在減少人工及物資成本的情況下，大幅提高生產(chǎn)效率。
激光除銹技術(shù)
激光焊接技術(shù)
激光焊接技術(shù)晚于激光切割技術(shù)的發(fā)展，但近幾年隨著激光器的迅猛發(fā)展，激光焊接技術(shù)得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，在激光焊技術(shù)的研究一年多的時(shí)間里，分別對(duì)小至3000瓦、大至超15000瓦進(jìn)行研究，掌握了激光焊接的基礎(chǔ)參數(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景，為產(chǎn)品的批量制造和生產(chǎn)應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)。激光焊接技術(shù)具有能量低、效率高、焊縫成型美觀等特點(diǎn)，特別是薄板焊接具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段不僅在各類海工產(chǎn)品機(jī)器房的瓦楞板上，激光焊接技術(shù)也在起重機(jī)項(xiàng)目銘牌以及橋梁附屬件上落地使用，對(duì)于薄板焊接變形控制及焊縫成型均有大幅提升。
激光焊接技術(shù)
為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)手持式激光焊技術(shù)的應(yīng)用，后續(xù)在大功率激光復(fù)合焊設(shè)備結(jié)合機(jī)器人焊接應(yīng)用的研究試驗(yàn)，測(cè)試多種接頭形式、多種參數(shù)變化下，定位焊熔深的焊縫成型及焊縫熔深情況。
對(duì)接I型坡口、T形貼角焊縫分別進(jìn)行激光焊熔深測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)接單道有效熔深達(dá)到3mm，T形貼角焊縫有效熔深2.5mm?？偨Y(jié)得到激光焊優(yōu)點(diǎn)：1）提高能量利用率，增加焊縫一次熔透深度、焊接速度；2）降低工件裝配要求；3）提高焊縫質(zhì)量，改善焊縫成型；4）激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：1；5）可進(jìn)行微型焊接，激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中（最小光斑可以到0.1mm）；6）可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。但也存在缺點(diǎn)：1）要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移；2）激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大?？偨Y(jié)出優(yōu)缺點(diǎn)后，有針對(duì)性選擇激光焊的使用范圍及場(chǎng)景。
熔深測(cè)試
RMD短弧脈沖控制技術(shù)
針對(duì)海工項(xiàng)目，特別海上浮式起重機(jī)、導(dǎo)管架構(gòu)件的管對(duì)接、管管TKY接頭存在大量全熔透要求，但是現(xiàn)階段只有手工焊條電弧焊進(jìn)行打底，焊接效率低，而且焊縫探傷合格率也不高。經(jīng)過(guò)研究比選多種短弧焊接技術(shù)的特點(diǎn)形式，選定短路過(guò)度精確控制技術(shù)，主要用于單面焊雙面成型工藝的打底焊接，熔滴過(guò)渡距離減小，電弧精準(zhǔn)穩(wěn)定，對(duì)焊縫坡口根部間隙及錯(cuò)邊量均可實(shí)現(xiàn)填充，根部熔合性能好。
對(duì)于管對(duì)接及TKY接頭來(lái)說(shuō)，根部打底焊道的有效熔合是管道焊接的關(guān)鍵所在，RMD短弧控制技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，打底完成后，利用其他高效焊接方法填充蓋面。為測(cè)試坡口裝配精度偏差影響，分別對(duì)不同間隙、錯(cuò)邊量進(jìn)行容錯(cuò)率測(cè)試。
不同間隙錯(cuò)邊鈍邊測(cè)試
經(jīng)過(guò)熔深測(cè)試及不同的裝配狀態(tài)的試驗(yàn)研究，得到RMD短弧控制技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)包括: 1）RMD技術(shù)打底焊效率高，打底焊接的速度比氬弧焊或手工電弧焊提高3倍以上；2）RMD技術(shù)可解決現(xiàn)場(chǎng)部分對(duì)接焊縫錯(cuò)邊和間隙不均問(wèn)題；3）RMD技術(shù)在其裝配尺寸范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型，解決臂架、導(dǎo)管架類結(jié)構(gòu)管根部因襯墊導(dǎo)致UT探傷合格率低的問(wèn)題；4）RMD技術(shù)采用一元化調(diào)節(jié)，只需調(diào)節(jié)送絲速度，其他參數(shù)都自動(dòng)匹配焊縫成型，焊工易于操作。缺點(diǎn)包括：1）RMD打底焊時(shí)，對(duì)坡口裝配尺寸有一定范圍，鈍邊尺寸1~3mm，坡口間隙3~6mm，根部錯(cuò)變量0~5mm，上述坡口尺寸范圍內(nèi)，焊縫成型較好，超過(guò)這一范圍，根部打底焊無(wú)法成型；2）對(duì)采用手工焊條定位焊的焊縫，RMD打底焊時(shí)，不能將焊條定位焊縫熔透，無(wú)法二次成型，需在RMD打底焊前，將定位焊縫全部磨除；3）橋梁U肋板單元根部成型不佳，不推薦采用RMD打底U肋焊縫。
深熔焊技術(shù)
橋梁鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目存在大量的熔深要求焊縫，普通的氣保焊接方法無(wú)法完全滿足需要，設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)加大坡口開(kāi)設(shè)深度保證熔深，為了節(jié)省焊縫填充金屬，研究熔深焊技術(shù)存在極大的必要性。深熔焊接技術(shù)利用聚弧脈沖技術(shù)，電弧扇區(qū)更窄，電弧集中保持挺度及穩(wěn)定性。目前已經(jīng)廣泛使用在橋梁鋼結(jié)構(gòu)和海工鋼結(jié)構(gòu)焊接。經(jīng)過(guò)推廣應(yīng)用過(guò)程中得到相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括1）利用聚弧脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)U肋板單元、TKY接頭受限構(gòu)件的單面焊雙面成型；2）獨(dú)特的聚弧技術(shù)保證電弧聚點(diǎn)坡口根部，穩(wěn)定電弧保持根部穿透力；3）結(jié)合機(jī)械小車或焊接專機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，實(shí)現(xiàn)在U肋板單元全熔透焊接上應(yīng)用。
U肋板單元焊接
自動(dòng)化產(chǎn)線焊接
先進(jìn)的焊接工藝技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的焊接設(shè)備形成一個(gè)智能化焊接產(chǎn)線，機(jī)器人工作站，機(jī)械化、自動(dòng)化焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的，保證了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。根據(jù)布局設(shè)計(jì)板式車間流水線，包括U肋內(nèi)焊專機(jī)、U肋埋弧外焊專機(jī)、U肋焊接機(jī)器人、橫隔板焊接機(jī)器人、小組立焊接機(jī)器人、板單元焊接專機(jī)、對(duì)接焊接小車等等，最終是整個(gè)車間產(chǎn)品形成智能化流水線生產(chǎn)。自動(dòng)化焊接流水線的優(yōu)點(diǎn)包括：1）焊接機(jī)器人、機(jī)械化焊接設(shè)備的投入運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，操作人員只需要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，就可以進(jìn)行自動(dòng)化焊接工作，一名操作人員可同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備，降低企業(yè)的勞動(dòng)成本；2）焊接機(jī)器人、機(jī)械化焊接設(shè)備可在惡劣環(huán)境下正常工作，操作人員只需要通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接情況，就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接，大大解放了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，預(yù)防職業(yè)病的產(chǎn)生；3）緩解招工難的問(wèn)題。
流水線焊接工作站
焊接與環(huán)保
車間焊接及打磨是車間煙塵的重要來(lái)源，環(huán)保對(duì)于焊接煙塵治理要求越來(lái)越高，采用移動(dòng)式的煙塵處理設(shè)備，結(jié)合固定式的設(shè)備進(jìn)行凈化和處理，綜合治理下確保車間焊接煙塵的排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)綠色化焊接。
煙塵凈化設(shè)備
經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的技術(shù)研究，通過(guò)調(diào)整研究、調(diào)整、再研究、試驗(yàn)、試點(diǎn)、應(yīng)用等，保證了海工、橋梁各項(xiàng)目的順利生產(chǎn)實(shí)施，特別完成了多項(xiàng)境內(nèi)外重點(diǎn)工程，開(kāi)創(chuàng)了重工企業(yè)智能轉(zhuǎn)型批量化制造的先河。目前面對(duì)國(guó)內(nèi)重工行業(yè)智能數(shù)字化轉(zhuǎn)型的瓶頸，仍存在較長(zhǎng)的道路要走，通過(guò)前沿技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型成功，給企業(yè)帶來(lái)最大的利益。
