焊接设备(收集5篇)
焊接设备篇1
关键词：焊接自动化自动化焊接设备的特点提高生产效率改进和提高
中图分类号：TN830文献标识码：A
一、前言：
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。
所谓焊接自动化是指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，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。国外先进工业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，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，如专用焊接夹具、焊接电源等；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。
二、典型自动化焊接设备的构成
由于当前的自动焊接设备主要为以电机控制为主的“控制性自动化焊接设备”，所以应用效果最好的主要是环缝、直缝等规律焊缝，以及批量较大的专用焊机，如各类电阻焊机、焊接机械手等。以环缝焊机为例，其主要构成有以下几类结构：
1、焊接电源，其输出功率和焊接特性应与拟用的焊接工艺方法相匹配，并装有与主控制器相连接的接口。
2、送丝机及其控制与调速系统，送丝速度控制系统要符合精度要求，一般要求其控制电路应加测速反馈。
3、焊接机头及其移动（也有的为摆动）机构，其由焊接机头，焊接机头支承架，悬挂式拖板等组成。对于重要或者精密性要求较高的精密型焊头机构，其驱动系统应采用装有编码器的伺服电动机。
4、焊件移动或变位机构，如焊接滚轮架，头尾架翻转机，回转平台和变位机等整理夹具或为专机配套的专用夹紧机构等。精密型的移动变位机构应配伺服电动机驱动。
5、焊头导向或跟踪机构，弧压自动控制器，焊枪横摆器和监控系统
6、导电机构：导电块靠压缩弹簧压缩接触在适当位置，以保证工件焊接时接地良好。
7、辅助装置，如支撑结构（多为床身），循环水冷系统、焊剂回收输送装置、焊丝支架、电缆软管及拖链机构结构设计等部分。
8、主控制器，亦称系统控制器，以可编程序控制器（PLC）为核心组成自动焊接控制系统，通过对各控制按钮和焊接状态的现场输入，按照预定的逻辑程序进行运算，输出完成对执行元件，如电磁铁、接触器等的控制。主要电气元件要求使用寿命长，可靠性高。必要时可扩展故障诊断和人机对话等控制功能。
三、自动化焊接设备的特点及其分类：
a、自动化焊接设备得以迅速普及，主要是因为它具有一些手工焊接所无法具有的优势。
1、满足了对焊接生产过程高节拍、高效率的要求。随着气体保护焊接设备的日益普及，自动化焊接的高效率日益为广大使用者所接受，成为它得到普及的主要原因之一。
2、满足了焊接的高性能要求。尤其在焊接量大的时候，自动焊接设备克服了手工焊接因受限于人的体质和工作环境，难以保证焊接接头静态和动态的力学性能指标的缺陷。
3、满足了对焊接件高的尺寸精度要求。自动焊接设备具有焊接过程均匀一致，稳定性好的优势，这一特点对于克服因热输入的不均匀（包括时间和空间上）而导致的变形意义重大。从而保证了产品的装配精度和尺寸稳定性，尤其对一些薄板件，因为要尽可能减少在焊前的精度偏差和焊后的热应力与变形，自动焊接设备几乎是不可取代的。
4、对高端、精密设备“零缺陷”的质量要求，自动化焊接易于实现焊接过程的监测与信息化管理，为实现“零缺陷”的质量要求提供了控制与保证。
5、保护操作人员健康。设备的焊接可以实现焊接电弧与操作人员保持一定的安全距离，从而减少弧光、辐射、烟尘等对操作者的伤害。
当然，自动化焊接也存在着一些难以克服的缺陷：
首先，自动化焊接设备的柔性适应能力较差，只能适合焊接一些特定的接头。
其次，个别要求非常严格的地方，其焊接效果不佳。比如，一些行业需要探伤的“单面焊双面成型”操作中，自动化焊接就不及人工焊接，尤其是点焊部位的二次融化效果不理想。
再有，成本较高。
b、根据自动化程度，自动化焊接设备可分为以下三类：
1、刚性自动化焊接设备
刚性自动化焊接设备是初级自动化焊接设备，其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。
2、自适应控制自动化焊接设备
自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，对焊缝轨迹自动导向和跟踪，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成
3、智能化自动焊接设备
它利用各种高级的传感元件，如视觉传感器，触觉传感器，听觉传感器和激光扫描器等，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。
当前，受技术条件和应用成本限制，市场上的自动焊接设备主要为前两类，只有少数的焊接机械手具有智能反馈系统。
四、结束语
我国改革开放30年经济建设取得了巨大的进步，与焊接行业相关的各个领域这些年来进步非常快。但是，尽管焊接生产的自动化是产业进步的一个重要标志，但受限于设备的智能化水平，在可预见的一个时期内，手工电弧焊仍然会占有一席之地，尤其在压力容器、野外施工的领域内，自动化焊接生产仍然难以实现。
提高焊接生产的生产率，保证产品质量，实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到焊接生产企业的重视。中国的经济条件、工业基础、产业工人的技能和素质、企业的理念和管理水平也达到了较高的水平，所以中国焊接产业已经初步实现了向自动化、已具备了向智能化发展的前提条件。自动化技术涉及到多个交叉学科，因此，焊接的自动化的发展必然带来整个制造业生产效率的提高。
参考文献:
[1]中华人民共和国国家标准:《钢结构工程施工质量验收规范》,(GB50205-2001),中国计划出版社,北京,2002
[2]中国机械工程学会焊接学会：《焊接手册》,机械工业出版社,北京,2001
焊接设备篇2
关键词：激光焊接设备；激光器；激光束；专利
1简介
激光焊接技术是以激光束为能源，使其冲击在焊件接头上以达到焊接目的的技术。自从20世纪60年代初激光器诞生后，它在焊接领域的应用潜力便引起人们的极大关注。随着高功率CO2和YAG激光器以及光纤传输技术的完善，激光焊接的应用范围越来越广，广泛应用于车身制造、船舶制造，甚至于大飞机的制造中[1]。
激光焊接设备主要包括激光器种类、激光束成形和控制、保护气氛和喷嘴结构三部。本文立足世界专利，以激光器种类、激光束成形和控制、保护气氛和喷嘴结构这三个方面的专利申请数据为分析样本，对激光焊接设备的发展动向、主要竞争对手、专利分布状况等情况进行了分析。
2激光焊接设备专利技术分析
为了对激光焊接设备的专利状况进行分析，我们选择使用Patentics索[2]。该系统的数据库包括了中国发明、实用新型全文，美国授权、申请专利全文，EPO申请全文，WO申请全文以及世界专利英文摘要，足以覆盖我们要检索的专利数据。
检索完成后，首先根据后续专利分析的需要，确定需要采集的字段，将数据导出和保存，Patentics得到的数据以EXCEL格式保存。在数据采集之后，需要对采集到的数据进行清理、标引。数据标引完成后，用EXCEL对标引完的数据进行统计分析，得到所需图表，从图表对激光焊接技术的专利状况进行分析。
2.1发展趋势分析
焊接设备技术分为保护气氛和喷嘴、激光器种类和激光束成形和控制三个部分。图1为焊接设备的技术构成，从图上可以看出，激光束成形和控制申请量为2495件，占47%，保护气氛和喷嘴申请量为2103件，占40%，激光器种类申请量为678件，占13%。可见，激光束成形和控制技术与保护气氛和喷嘴技术为焊接设备的研究重点。
图2为焊接设备各技术分支的专利类型占比图，由上图可见，焊接设备的各个技术分支中均以发明专利为主，发明专利均占总体的百分之九十左右，实用新型申请量总体较少。其中，激光束成形和控制的发明专利2298件，占92.1%；激光器种类的发明专利605件，占89.2%；保护气氛和喷嘴1961件，占93.2%。
图3为焊接设备的专利申请量发展趋势（因为发明专利一般在申请后18个月才公开，因此，2015、2016的专利申请量不是准确的数值，故在图3-4、6中2015、2016用虚线表示）。由图3可以看出，焊接设备的申请从1977年开始，至1989年处于缓慢发展期，1990年申请量为40件，从此，焊接设备的申请量逐年增加；2000年申请量已经达到251件，1990-2007处于稳步发展期；2008年以来，焊接设备的申请量更是急速上升，2013年达到了340件。
图4为焊接设备各技术分支的申请量发展趋势，激光束成形和控制与保护气氛和喷嘴两个技术分支的发展趋势与其所属二级分支的发展趋势基本一致，其中可以明显看出在2013年两者的申请量都达到了最高点，分别为98件和171件。激光器种类的申请量在三个技术分支中相对较少，2001年达到最高点41件，其后又缓慢减少。
2.2技术来源国分析
图5给出了焊接设备专利申请的技术来源国构成。从图中可以看出，日本是最主要的技术来源国，为2253件，占全球申请的43%；中国排在第二位，为913件，占全球申请的17%。排在第3、4位的分别是美国和德国，为668和485件，占全球申请的13%和9%。其他国家相对较少。
图6给出了焊接设备四个主要技术来源国的申请趋势。作为主要的技术来源国，日本、中国和美国上世纪90年代开始进入稳步发展期，2000年日本的申请量达到了最高点，有150件申请；而中国的申请量一直稳步上升，达到了最高点，截至2016年11月中国2015年的申请量达到157件；2013年美国的申请量达到了最高点，有58件申请；2008年德国的申请量达到了最高点，有36件申请。相对而言，2010年以前，日本的申请量领先，2011年开始中国的申请量开始超过日本，这和我国政府的创新发展政策有关。
3结束语
从上面的分析可知，激光束成形和控制的专利申请量几乎占焊接设备专利申请总量的一半，保护气氛和喷嘴的申请量占40%，可见这两个分支是焊接设备的研究热点，激光器种类的申请量较少，这是由于激光器种类有限且技术突破比较难。从全球来看，日本在焊接设备方面处于领头羊的位置，虽然近几年专利申请量低于中国，但是其地位还是不容小觑的。我国企业在焊接设备的研究应多借鉴日本的专利申请，在专利布局方面也应重点关注日本企业的专利，避免侵权。
参考文献
焊接设备篇3
关键词：自动化焊接设备；工程机械制造；自动化焊接专机；焊接机器人；焊接电源文献标识码：A
中图分类号：TG43文章编号：1009-2374（2016）14-0045-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.023
工程机械制造业是推动经济社会发展的重要一环，无论是从国家战略角度，还是市场经济角度，加速工程机械制造企业的发展都是重要的战略目标。在这种环境下，要想成为行业的领军人物和领跑者，如何应对自动化焊接设备这项机遇和挑战成为企业成败的关键。本文将就自动化焊接专机和焊接机器人作为切入点，进行结构及特点上的比较分析，并对自动化焊接设备的应用现状和发展趋势进行简单讨论。
1自动化焊接设备
1.1自动化焊接设备概述
焊接自动化是指将自动化、智能化的控制系统和焊接工具有机结合，如焊接胎夹具、装夹定位和运动系统等，实现效率、质量的大浮动提升和人工等成本的降低，主要应用于大规模的批量生产。自动化焊接设备主要常用设备包括自动化焊接专机和焊接机器人等。自动化焊接专机和机器人的使用大大提高了生产效率，提升了制造质量，同时也减轻了工人的工作量和工作强度，最为重要的是自动化设备的应用实现了二十四小时的连续稳定工作，极大程度地代替了人工劳动。在工程机械、矿山机械和船舶制造等需要广泛应用焊接技术的行业，自动化焊接设备的应用是一项重大的科技改革，起到了提高企业生产能力的决定作用。
1.2自动化焊接设备的主要特点
自动化焊接设备主要具备以下四个特点：
1.2.1大型化、组合化。目前已研制成功多种大型的自动化焊接设备，用于大型或中型的焊接结构生产中，如中重型厚壁容器焊接中心、箱型梁焊接生产线、集装箱外壳整体组装焊接中心等。有些大型的焊接中心占地面积可达整个车间。
1.2.2数字化、智能化。焊接过程中的数字化、智能化的实现要复杂得多。数字化、智能化控制不仅需要考虑到焊件接缝装配间隙的误差，还要考虑到焊件的形状和焊接过程发生的热变形等，因此对传感技术的要求特别高，同时还需要先进的自适应控制系统作为技术支持。针对复杂程度较高的焊接工作，甚至还需要计算机软件的辅助。
1.2.3高精度、高质量。一般来说，焊接机器人和焊接操作机行走机构的定位精度在0.1毫米之内，与焊接机器人配套的焊接变位机的定位精度在0.05毫米以内，因此自动化焊接设备一直受到大型工程机械制造企业的青睐。
1.2.4管控一体化。利用多种计算机软件，通过局域网将生产、制造的管理系统实现自动化控制，实现脱机工作和远程监控等，在出现故障时，也可以通过自动化的管控实现诊断和维修。
2自动化焊接专机与焊接机器人的比较分析
2.1自动化焊接专机的结构及应用
2.1.1自动化焊接专机结构。自动化焊接专机主要由焊接系统、机械系统和电气控制系统组成。需要人工或机械手来上下工件，通过焊接夹具完成工件的固定和定位，并自动启动电源的电弧，自动送丝、自动移动、自动退回，人工或机械手再取下工件。焊接系统包括焊接电源和焊枪，机械系统主要由床身机构、工装夹具、工件辅助支撑机构、焊枪微调机构、焊接工件和焊枪移动机构组成。电气系统主要控制夹具的装夹和定位，焊机的启动和停止，焊枪或工件的运动，输送装置等。
2.1.2自动化焊接专机的应用。自动化焊接专机主要采用双丝焊接，如在推土机的生产中，可以应用于主臂焊接、车架的主焊缝等。焊接专机的使用大大提高了生产效率，一般为人工单丝焊接的2倍，此外同人工焊接相比，焊接专机焊接的焊缝没有断弧，且双丝焊接的熔深比较深，因此提高了焊缝的力学性能。自动化焊接专机自适应控制类专机，是一种自动化程度较高的焊接设备，通过配备的传感器和电子检测线路，对焊缝的轨迹自动跟踪导向，有的甚至可以完成对参数的设置和调试。此外还有智能化的焊接专机，能够利用高等级的传感器，如视觉传感器、触角传感器和光敏传感器，配合计算机系统、软件、数据库，实现智能化的参数调试，人工操作简便，但是由于很多条件限制，实际生产工作中还很少被应用。与焊接机器人相比，自动化焊接专机具有更高的性价比。焊接自动化专机对焊件的直线和曲线焊缝的焊接具有一定优势，适合大批量的生产。不但焊接效率高，焊接过程中焊件变形小，焊接产品质量稳定，同时操作简便、成本低廉、工作安全可靠，因此在实际工程机械制造中得到广泛的应用。
2.2焊接机器人的结构及应用
2.2.1焊接机器人的结构。焊接机器人结构主要有机器人本体和控制器、焊接电源、机器人外部轴行走机构、焊接变位机和夹具、操作软件和弧焊软件包、传感系统、工作站辅助及除尘系统等。机器人本体和控制器是焊接机器人工作站的重中之重，一般为六轴关节型，具有较强的负载能力和坚固的刚性结构，使用寿命较长，一般可使用十五年以上。机器人系统采用数字化控制技术，通过数字总线连接系统的各个部分，保证其不受周围的磁场干扰。机器人控制系统采用多处理器的中央处理系统，具有充分的扩展空间和稳定性，保证焊接的高精度和高质量。在焊接电源的选择方面，由于焊接机器人需要较大规格的焊丝和电流，因此应保证在该电流下暂载率达到100%。建议选择国际一流品牌的全数字的逆变脉冲焊接电源或机器人公司自有品牌，以保证良好的接口。机器人的外部轴行走机构是为了应对大型焊件，用来扩大机器人的工作范围使用。机器人外部轴行走机构由机器人控制系统统一控制，外部轴与本体轴运动协调一致进行运动。在选择方面，同样建议选择国际一流品牌以确保高精度焊接，具有良好的稳定性和灵活性，避免发生较大摇晃和抖动情况发生。
焊接变位机和夹具是为了保证焊接时焊缝的位置，一般将变位机的回转轴作为机器人外部轴，在焊接时与机器人相互协调。优质的夹具有足够的刚性，能够夹紧焊件而不变形。操作软件和弧焊软件包应具备基本的常用功能，如外部轴与机器人控制功能、传感跟踪功能、协调参数功能、自我诊断功能、数据库及编程功能等。此外还需要足够的功能接口，如打印机、传感器和局域网连接接口等。一般来说，传感系统要包括焊丝接触寻位、电弧跟踪和激光跟踪等。焊丝的接触寻位主要用于寻找焊缝的起始点。电弧跟踪主要起到修正焊缝偏差的功能，焊枪在摆动中，通过检测电压和电流，进行位置的调整。激光跟踪功能具有较强的抗干扰能力，兼具寻位和电弧跟踪动能，一般在打开激光跟踪时会自动关闭电弧跟踪和接触寻位，精度较高，并且速度快，因此价格也很高。最后一部分即工作站辅助装置和除尘系统，如保障工作人员安全和保养设备、增加使用寿命的作用。在有人进入机器人工作的封闭环境时，系统会自动启动安全模式，停止工作。
2.2.2焊接机器人的应用。目前知名的焊接机器人仍占主导地位，焊接机器人具有柔性化和数字化程度高、焊接质量稳定、焊接精度高等特点，在改善焊接产品质量、提高机械制造企业生产能力和竞争力方面起到了重要作用。焊接机器人能自动进行调试以适应不同的焊件，特别适合工程机械制造中品种多、批量小、更新速度快的特点。在复杂的焊件中，焊接机器人的表现也更好，能够适应复杂的焊缝。但同样，焊接机器人也具有成本高、操作难度较大的缺点，如弧焊机器人，系统结构复杂且涉及到机器人运动的控制系统、焊接系统、变位系统等多个系统的运作，对进口产品依赖较大，暂时还不具备生产水平，价格较高，因此主要应用于大型机械制造企业。除了成本高和操作难度大等问题，在零件的制作和组装的精度上还需要进一步提高，尤其体现在工程机械制造行业：一方面经常会出现焊缝无法跟踪的情况，采用接触寻位的效率也不尽如人意；另一方面，在焊缝间隙过大时，需要手工打底，要提高零件的精度不但成本过高，而且也无法保证位置精度。此外，在焊接机器人焊接完成后，往往还需要人工补焊，如焊枪无法进入的较小的缝隙和位置偏离。显然，人工智能还远远不如人类智能，因此还需要不断改进和研究。
3自动化焊接设备的应用现状及发展趋势
3.1自动化焊接设备应用现状
由于工程机械制造企业之间生产水平和综合能力相差较大，在自动化焊接设备的使用上也存在较大差距。通过对工程机械制造企业的调查比较，如三一重工、山推、太原重工等国内知名企业和部分中小型企业，比较发现，我国自动化装备在工程机械制造行业应用率还比较低。随着工业水平的进一步发展，自动化焊接设备所占比重也逐年增加，尤其是大型工程机械制造企业，是焊接机器人的主要使用群体，而中小型的机械制造企业还相对落后，急需提高自动化焊接设备的使用率。
3.2自动化焊接设备的发展趋势
近十年来，自动化焊接设备的类型和种类都有很大的发展，自动化焊接技术也有了长足进步。从传统的焊接操作机、座式变位机、滚轮架和翻转机等，到如今系统化、智能化的焊接专机、焊机生产线和机器人设备。就焊接操作机而言，从传统的立柱横梁式操作机，到现在多种结构形式的龙门式、门框式、台式、侧梁式等，可以发现，焊接操作机的种类越来越多，规格越来越大型化，如10m×10m的重型载人立柱横梁式操作机，自动化焊接设备不断满足人们的生产需求，在探索、实践中不断完善和进步。自动化焊接设备不但具有高效率、低成本的优势，还能够有效地减少传统手工焊接作业对工人的身体健康造成的危害。传统手动焊接作业很容易受到弧光和高温的辐射，同时劳动强度较大，不适合于长时间连续操作。另外，自动化焊接设备能够满足现代生产工艺对品质的更高要求，对提升企业形象和核心竞争力具有关键作用。可以预计，随着世界制造产业重心的转移和我国制造业的快速发展，高度自动化的焊接设备应用已成为必然的发展趋势。
4结语
随着工程机械行业的不断发展，对质量和产能的要求也越来越高，自动化水平较高的自动化焊接专机和焊接机器人由于其高质量、高效率等优势，越来越受到众多工程机械制造企业的青睐和推崇，因此，自动化焊接设备的推广和普及是工业社会发展的必然趋势。
参考文献
[1]宋大春.自动化焊接设备在工程机械制造中的应用
[J].金属加工（热加工），2013，（12）.
[2]耿长轩.自动化焊接设备在工程机械制造中的应用
[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（19）.
焊接设备篇4
关键词:承压设备焊接工艺;项目化教学;教学改革
高等职业教育培养的目标是高等技术应用型人才,焊接技术及自动化专业的培养目标是培养既能实际焊接操作,从事一线技术操作工作,同时又能掌握金属材料的焊接性,并能按照相关标准的要求编制焊接工艺的人才。为此,本专业开设的专业课程有“使用切割方法加工材料、使用焊条电弧焊焊接结构件、使用活性气体保护焊焊接结构件、使用钨极氩弧焊焊接结构件、使用埋弧自动焊焊接结构件、焊接结构件产品质量检验、焊接结构件生产与管理和承压设备焊接工艺”。其中《承压设备焊接工艺编制》是本专业的核心课程,通过项目化教学,培养学生编制承压设备焊接工艺的能力,能够为更好地适应企业工作打下良好的基础。
一、项目化教学简介
江苏省教育厅关于《省高等职业教育课程改革与建设的实施意见》中提到,要改进课程教学方法、手段,要实施以真实工作任务或社会产品为载体的教学方法,探索以学生自主学习为中心,以问题为中心,实行启发式、讨论式、开放式、探究式和实践式的教学方法提高教学效果。
同时强调教学过程的实践性、开放性和职业性,重视学生校内学习与实际工作的一致性,探索课堂与实习地点的一体化;积极推行任务驱动、项目导向和顶岗实习等有利于增强学生能力的教学模式。
以行为为导向的项目教学模式是以工作任务为中心的教学模式,是把项目课程作为专业课程体系的主体;主张让学生在工作任务的引领下,在工作过程中自主开展学习探究活动,自主制定计划,独立构建自己的行动知识和行动能力。把工作过程设计成学习过程,提倡“学习即工作,工作即学习”的理念。教师在其中起着组织者、引导者、促进者、咨询者、辅导者和评价者等多重作用。目的是让学生在工作过程中得到职业情境的熏陶和工作过程的体验,从而真正掌握就业所必备的技术知识和职业能力。本文以常州工程职业技术学院焊接技术及自动化专业的核心课程《承压设备焊接工艺编制》为例探索项目化教学改革。
二、《承压设备焊接工艺编制》项目化教学方案设计
1.确定课程总体培养目标
(1)能力目标:通过完成三个项目,使学生能够分析常用金属材料的焊接性,能够编制常用焊接方法的焊接工艺,并通过试焊验证焊接工艺的准确性、可操作性。
(2)知识目标:通过完成三个项目,使学生掌握承压设备焊接工艺的基本内容,并熟悉常用金属材料的焊接性、焊接工艺要点;了解承压设备生产基本过程;了解承压设备生产制造的相关标准。
(3)素质拓展目标:通过完成三个项目,培养学生具有吃苦耐劳、勤学苦练和爱岗敬业的精神,具有讲文明、懂礼貌、讲卫生、爱护公物和团结合作的精神,具有工作认真负责、踏实细致的精神,具有独立思考、自主创新的精神,具有尊重标准、遵守标准的行为,具有环境保护意识、经济意识、安全意识。
2.确定本课程所用项目
通过多年的教学经验,与行业、企业专家访谈及各届毕业生具体的工作岗位、工作任务、工作要求来设置教学项目。教学项目的设置“源”于真实,又“高”于真实,由浅入深。最后我们选择最典型的三种承压设备:空气储罐焊接工艺编制、反应釜焊接工艺编制和换热器焊接工艺编制为本门课程的教学项目,通过这三种承压设备生产制造焊接工艺的编制,可以让学生掌握常用金属材料的焊接性、熟悉相关承压设备制造标准、各种焊接方法选择应用、焊接工艺的重要因素、产品试样焊接要求、焊缝的质量要求等知识。通过三个项目中各个具体工作任务的完成来锻练、培训学生编制焊接工艺的能力和解决企业生产中可能遇到的具体问题的能力。
根据各项目内容具体要求,以“行为导向”为目标,分设不同的二级任务,见表1。在组织教学过程中,入门项目、主导项目由教师陪同学生在课堂上完成,自主项目由学生在课余时间完成。通过任务的完成,使学生学习的内容更贴近企业的现实要求,有利于学生学以致用。
3.项目化教学实施方法
在项目化教学实施过程中,第一次课非常重要,要向学生讲明项目化教学的含义,让学生理解并能按照老师的计划、要求来完成一个个工作任务;其次要向学生讲明各个项目的来源,完成了各项目工作后学生能学到什么知识、培养什么能力;再次向学生说明教学情境,强调在完成项目任务的时候是在一个虚拟的公司里工作,是一个完完全全的职场;最后必须让学生明白如何进行考核。
如何来完成项目工作任务呢?教师在每次课结束前向学生提供任务书,清楚地表明下一次的工作任务的要求,可以查阅的相关资料,应该完成的工作任务。下面以空气储罐筒体焊接工艺编制工作任务完成为例来说明学生工作。
资讯:学生利用课余时间通过网络、图书馆查阅有关储罐产品生产应遵循的标准资料;认真阅读储罐图纸,熟悉储罐技术要求;查阅碳素钢焊接工艺要求、分析碳素钢焊接性。
决策:确定储罐筒体制造中所采用的焊接方法,选择所采用的焊接材料。
计划:了解储罐生产标准了解碳素钢焊接性确定编制工艺时采用的焊接方法独立编制工艺产品试样准备产品试样焊接分析产品质量修改工艺。
实施:每组4个人分别选择一种焊接方法编制筒体焊接工艺(SMAW、SAW、GTAW、GMAW)。查阅储罐生产标准分析碳素钢焊接性确定编制工艺时采用的焊接方法选择一种焊工方法编制工艺集中展示焊接工艺产品试样焊接分析产品质量完善工艺
检查:碳素钢焊接性分析报告;焊条电弧焊工艺;活性气体保护焊焊接工艺;埋弧焊焊接工艺;钨极氩弧焊焊接工艺;产品焊接试样
评价:碳素钢焊接性分析的全面性、准确性;焊接工艺编制过程中存在的问题;焊接工艺与产品试样关系的分析;完成任务过程所体现出的职业素养。
学生在完成工作任务时是按照资讯、决策、计划、实施、检查、评价六步法来进行的,但又不是呆板地去执行。学生在实施过程中的互评中发现了问题,将再次资讯、修改工作计划、重新组织实施,尽可能找到最好的方案来完成工作任务。在不断调整、不断工作的过程中加深学生对知识理解和学生能力的培养。
4.考核方式
项目化教学的考核方式是更注意学生在完成工作任务过程中的考核,考核的内容从专业能力(50%)、社会能力(30%)、方法能力(20%)三方面出发。主要包括焊接工艺编制的质量、金属材料焊接性分析的准确性、产品试样焊接情况、完成工作的态度、遇到问题分析与解决的能力、与人合作的态度、经济意识、安全意识、环保意识、与人交流沟通的能力、汇报时所展示出的精神面貌等各方面对学生进行考核。考核工作也不是老师一个人来进行,每次完成任务后都将有学生参与考核,也可以培养学生公正、公平的工作态度。
5.项目化教学实施中对教师的要求
在项目化教学中教师是组织者、引导者、陪同者和评价者。
项目是教师通过下企业等多途径选定的与课程教学相适应的工作任务,要求教师既要有较强的本专业水平,同时又要有相关专业的知识与能力。比如,本门课程的教学过程中除了要求教师有焊接专业知识与能力外,也要求教师有承压设备制造的工作经验、承压设备图纸审核的能力等,这样在组织项目化教学过程中才能面对学生所提出的一系列问题。同时为了工作任务能顺利地完成,教师也要有按制定的项目计划顺利完成项目实施过程的能力,针对不同的学生也要有耐心、爱心,督促他们自觉地与同组同学一起去完成任务,享受完成工作任务的快乐。
焊接设备篇5
关键词：自动化焊接设备；工程机械制造；自动化焊接专机；焊接机器人；焊接电源
工程机械制造业是推动经济社会发展的重要一环，无论是从国家战略角度，还是市场经济角度，加速工程机械制造企业的发展都是重要的战略目标。在这种环境下，要想成为行业的领军人物和领跑者，如何应对自动化焊接设备这项机遇和挑战成为企业成败的关键。本文将就自动化焊接专机和焊接机器人作为切入点，进行结构及特点上的比较分析，并对自动化焊接设备的应用现状和发展趋势进行简单讨论。
1自动化焊接设备
1.1自动化焊接设备概述
焊接自动化是指将自动化、智能化的控制系统和焊接工具有机结合，如焊接胎夹具、装夹定位和运动系统等，实现效率、质量的大浮动提升和人工等成本的降低，主要应用于大规模的批量生产。自动化焊接设备主要常用设备包括自动化焊接专机和焊接机器人等。自动化焊接专机和机器人的使用大大提高了生产效率，提升了制造质量，同时也减轻了工人的工作量和工作强度，最为重要的是自动化设备的应用实现了二十四小时的连续稳定工作，极大程度地代替了人工劳动。在工程机械、矿山机械和船舶制造等需要广泛应用焊接技术的行业，自动化焊接设备的应用是一项重大的科技改革，起到了提高企业生产能力的决定作用。
1.2自动化焊接设备的主要特点
自动化焊接设备主要具备以下四个特点：
1.2.1大型化、组合化。目前已研制成功多种大型的自动化焊接设备，用于大型或中型的焊接结构生产中，如中重型厚壁容器焊接中心、箱型梁焊接生产线、集装箱外壳整体组装焊接中心等。有些大型的焊接中心占地面积可达整个车间。
1.2.2数字化、智能化。焊接过程中的数字化、智能化的实现要复杂得多。数字化、智能化控制不仅需要考虑到焊件接缝装配间隙的误差，还要考虑到焊件的形状和焊接过程发生的热变形等，因此对传感技术的要求特别高，同时还需要先进的自适应控制系统作为技术支持。针对复杂程度较高的焊接工作，甚至还需要计算机软件的辅助。
1.2.3高精度、高质量。一般来说，焊接机器人和焊接操作机行走机构的定位精度在0.1毫米之内，与焊接机器人配套的焊接变位机的定位精度在0.05毫米以内，因此自动化焊接设备一直受到大型工程机械制造企业的青睐。
1.2.4管控一体化。利用多种计算机软件，通过局域网将生产、制造的管理系统实现自动化控制，实现脱机工作和远程监控等，在出现故障时，也可以通过自动化的管控实现诊断和维修。
2自动化焊接专机与焊接机器人的比较分析
2.1自动化焊接专机的结构及应用
2.1.1自动化焊接专机结构。自动化焊接专机主要由焊接系统、机械系统和电气控制系统组成。需要人工或机械手来上下工件，通过焊接夹具完成工件的固定和定位，并自动启动电源的电弧，自动送丝、自动移动、自动退回，人工或机械手再取下工件。焊接系统包括焊接电源和焊枪，机械系统主要由床身机构、工装夹具、工件辅助支撑机构、焊枪微调机构、焊接工件和焊枪移动机构组成。电气系统主要控制夹具的装夹和定位，焊机的启动和停止，焊枪或工件的运动，输送装置等。
2.1.2自动化焊接专机的应用。自动化焊接专机主要采用双丝焊接，如在推土机的生产中，可以应用于主臂焊接、车架的主焊缝等。焊接专机的使用大大提高了生产效率，一般为人工单丝焊接的2倍，此外同人工焊接相比，焊接专机焊接的焊缝没有断弧，且双丝焊接的熔深比较深，因此提高了焊缝的力学性能。自动化焊接专机自适应控制类专机，是一种自动化程度较高的焊接设备，通过配备的传感器和电子检测线路，对焊缝的轨迹自动跟踪导向，有的甚至可以完成对参数的设置和调试。此外还有智能化的焊接专机，能够利用高等级的传感器，如视觉传感器、触角传感器和光敏传感器，配合计算机系统、软件、数据库，实现智能化的参数调试，人工操作简便，但是由于很多条件限制，实际生产工作中还很少被应用。与焊接机器人相比，自动化焊接专机具有更高的性价比。焊接自动化专机对焊件的直线和曲线焊缝的焊接具有一定优势，适合大批量的生产。不但焊接效率高，焊接过程中焊件变形小，焊接产品质量稳定，同时操作简便、成本低廉、工作安全可靠，因此在实际工程机械制造中得到广泛的应用。
2.2焊接机器人的结构及应用
2.2.1焊接机器人的结构。焊接机器人结构主要有机器人本体和控制器、焊接电源、机器人外部轴行走机构、焊接变位机和夹具、操作软件和弧焊软件包、传感系统、工作站辅助及除尘系统等。机器人本体和控制器是焊接机器人工作站的重中之重，一般为六轴关节型，具有较强的负载能力和坚固的刚性结构，使用寿命较长，一般可使用十五年以上。机器人系统采用数字化控制技术，通过数字总线连接系统的各个部分，保证其不受周围的磁场干扰。机器人控制系统采用多处理器的中央处理系统，具有充分的扩展空间和稳定性，保证焊接的高精度和高质量。在焊接电源的选择方面，由于焊接机器人需要较大规格的焊丝和电流，因此应保证在该电流下暂载率达到100%。建议选择国际一流品牌的全数字的逆变脉冲焊接电源或机器人公司自有品牌，以保证良好的接口。机器人的外部轴行走机构是为了应对大型焊件，用来扩大机器人的工作范围使用。机器人外部轴行走机构由机器人控制系统统一控制，外部轴与本体轴运动协调一致进行运动。在选择方面，同样建议选择国际一流品牌以确保高精度焊接，具有良好的稳定性和灵活性，避免发生较大摇晃和抖动情况发生。焊接变位机和夹具是为了保证焊接时焊缝的位置，一般将变位机的回转轴作为机器人外部轴，在焊接时与机器人相互协调。优质的夹具有足够的刚性，能够夹紧焊件而不变形。操作软件和弧焊软件包应具备基本的常用功能，如外部轴与机器人控制功能、传感跟踪功能、协调参数功能、自我诊断功能、数据库及编程功能等。此外还需要足够的功能接口，如打印机、传感器和局域网连接接口等。一般来说，传感系统要包括焊丝接触寻位、电弧跟踪和激光跟踪等。焊丝的接触寻位主要用于寻找焊缝的起始点。电弧跟踪主要起到修正焊缝偏差的功能，焊枪在摆动中，通过检测电压和电流，进行位置的调整。激光跟踪功能具有较强的抗干扰能力，兼具寻位和电弧跟踪动能，一般在打开激光跟踪时会自动关闭电弧跟踪和接触寻位，精度较高，并且速度快，因此价格也很高。最后一部分即工作站辅助装置和除尘系统，如保障工作人员安全和保养设备、增加使用寿命的作用。在有人进入机器人工作的封闭环境时，系统会自动启动安全模式，停止工作。
2.2.2焊接机器人的应用。目前知名的焊接机器人仍占主导地位，焊接机器人具有柔性化和数字化程度高、焊接质量稳定、焊接精度高等特点，在改善焊接产品质量、提高机械制造企业生产能力和竞争力方面起到了重要作用。焊接机器人能自动进行调试以适应不同的焊件，特别适合工程机械制造中品种多、批量小、更新速度快的特点。在复杂的焊件中，焊接机器人的表现也更好，能够适应复杂的焊缝。但同样，焊接机器人也具有成本高、操作难度较大的缺点，如弧焊机器人，系统结构复杂且涉及到机器人运动的控制系统、焊接系统、变位系统等多个系统的运作，对进口产品依赖较大，暂时还不具备生产水平，价格较高，因此主要应用于大型机械制造企业。除了成本高和操作难度大等问题，在零件的制作和组装的精度上还需要进一步提高，尤其体现在工程机械制造行业：一方面经常会出现焊缝无法跟踪的情况，采用接触寻位的效率也不尽如人意；另一方面，在焊缝间隙过大时，需要手工打底，要提高零件的精度不但成本过高，而且也无法保证位置精度。此外，在焊接机器人焊接完成后，往往还需要人工补焊，如焊枪无法进入的较小的缝隙和位置偏离。显然，人工智能还远远不如人类智能，因此还需要不断改进和研究。
3自动化焊接设备的应用现状及发展趋势
3.1自动化焊接设备应用现状
由于工程机械制造企业之间生产水平和综合能力相差较大，在自动化焊接设备的使用上也存在较大差距。通过对工程机械制造企业的调查比较，如三一重工、山推、太原重工等国内知名企业和部分中小型企业，比较发现，我国自动化装备在工程机械制造行业应用率还比较低。随着工业水平的进一步发展，自动化焊接设备所占比重也逐年增加，尤其是大型工程机械制造企业，是焊接机器人的主要使用群体，而中小型的机械制造企业还相对落后，急需提高自动化焊接设备的使用率。
3.2自动化焊接设备的发展趋势
近十年来，自动化焊接设备的类型和种类都有很大的发展，自动化焊接技术也有了长足进步。从传统的焊接操作机、座式变位机、滚轮架和翻转机等，到如今系统化、智能化的焊接专机、焊机生产线和机器人设备。就焊接操作机而言，从传统的立柱横梁式操作机，到现在多种结构形式的龙门式、门框式、台式、侧梁式等，可以发现，焊接操作机的种类越来越多，规格越来越大型化，如10m×10m的重型载人立柱横梁式操作机，自动化焊接设备不断满足人们的生产需求，在探索、实践中不断完善和进步。自动化焊接设备不但具有高效率、低成本的优势，还能够有效地减少传统手工焊接作业对工人的身体健康造成的危害。传统手动焊接作业很容易受到弧光和高温的辐射，同时劳动强度较大，不适合于长时间连续操作。另外，自动化焊接设备能够满足现代生产工艺对品质的更高要求，对提升企业形象和核心竞争力具有关键作用。可以预计，随着世界制造产业重心的转移和我国制造业的快速发展，高度自动化的焊接设备应用已成为必然的发展趋势。
4结语
随着工程机械行业的不断发展，对质量和产能的要求也越来越高，自动化水平较高的自动化焊接专机和焊接机器人由于其高质量、高效率等优势，越来越受到众多工程机械制造企业的青睐和推崇，因此，自动化焊接设备的推广和普及是工业社会发展的必然趋势。
作者:田鹏廖秋琴单位:长江师范学院机械与电气工程学院
参考文献:
[1]宋大春．自动化焊接设备在工程机械制造中的应用[J]．金属加工（热加工），2013，（12）．
