焊接机器人和自动化在钢结构中的应用研究

焊接机器人和自动化在钢结构中的应用
研究
摘要：在钢结构制造领域，焊接机器人和自动化的应用对提高生产效率、提
升产品质量、改善安全卫生条件具有重要作用。

本文首先，在研究焊接机器人和
自动化应用的基础上，分析了焊接机器人和自动化工作的优势。

最后，以某大型
厂房钢结构为例就焊接机器人和自动化应用进行介绍，并对其应用效果进行总结
分析。

关键词：机器人；焊接；自动化、钢结构
引言：
传统的焊接工艺多采用人工方式作业，不仅效率低下，而且对工人身心健康
造成严重伤害。

随着科学技术的不断发展和进步，智能制造技术成为制造行业关
注的焦点问题。

本文从我国目前的钢结构施工特点出发，详细介绍了焊接机器人
和自动化在钢结构中的应用状况。

一、焊接机器人和自动化概述
焊接机器人和自动化是一种专门用于对钢铁进行加热、熔化、冷却和焊接的
自动化设备。

它具有很强的柔性和适应能力，可在人类难以实施的任意工作环境
中进行操作，降低企业成本，因此非常适合于大规模生产，并可以提高劳动生产率。

目前，世界上最先进的焊接机器人具有较高的自动化水平：焊接机器人和自
动化应用可同时工作多个工件；具有复杂形状的工件可同时放置多个。

焊接机器
人主要由驱动装置、自动控制器和执行机构组成，控制系统通过 PLC程序进行工作，执行机构是由夹具、气缸、丝杠等组成。

通过控制器指令来控制机械运动，
从而实现不同工件之间的焊接与切割作业。

因此，它具有广泛的适应性。

其主要
功能是：一是可以完成一些简单但不容易操作的任务，如切割、弯曲、移动等操作；二是可以对某些复杂形状进行焊接作业，如焊缝填充以及焊缝焊接过程等[1]。

二、建筑钢结构焊接施工特点
建筑钢结构焊接施工一般采用点焊、对接、角接等方式，施工难度较大。

在实际的焊接工程中，一般采用传统电焊和气焊相结合的方法进行作业，且需要具备一定的环境要求，主要表现为：首先，施工材料必须具备一定的化学稳定性。

其次，操作人员在操作过程中还需对安全问题予以重视，确保焊工与设备操作人员以及施工材料的安全。

再次，焊接必须要有严格的工艺控制和保证流程。

除此之外，在实际焊接过程中需要对焊缝进行跟踪监测和记录等。

最后，钢结构生产周期较长。

对于大型厂房钢结构来说更是如此，如果不能及时完成焊割任务则会影响生产进度及成本。

在实际焊接过程中需要考虑到环境因素对焊接质量产生的重要影响。

此外，需要确保钢结构焊缝位置、形状、尺寸等方面满足要求。

基于上述要求以及实际情况，因此需要对焊接机器人和自动化的应用进行研究。

在实际应用的过程中可以选择具有自动调节功能的焊接机器人和自动化设备进行操作工作，同时需要通过对数据采集、故障分析以及处理等过程提高作业效率与质量管理水平。

最后通过研究分析总结得出：采用机器人进行施工能够有效提升作业效率；机器人能够提高作业精度与质量；采用机器人焊接和自动化技术有利于保证施工安全；机器人能够实现高水平操作与高精度控制等特点[2]。

根据上述特点选择一台能实现自动调节功能的焊接机器人和自动化是十分必要的。

三、焊接机器人和自动化在钢结构厂房中的应用
（一）焊接机器人和自动化在构件加工阶段的应用
在钢结构构件加工阶段，焊接机器人和自动化主要应用于3个方面：一是切割，二是焊缝成形控制，三是装配。

其中焊缝成形控制主要有以下三个方面的应用：
（1）切割：切割是钢结构构件加工阶段的一个重要环节，因此，在钢结构构件加工阶段应用机械手和自动化进行切割能够提高生产效率和质量。

在实际应用中，可以利用计算机编程软件将切割点设置为点阵的形式，进行程序化，然后控制利用割枪完成钢结构构件的自动连续切割工作。

在钢结构构件加工阶段应用
焊接机器人和自动化能够实现自动识别焊点位置的功能，同时可以根据构件实际
情况调整切割速度和切割深度。

（2）焊缝成形控制：钢结构构件焊接的一个重要环节就是焊缝成形控制。

焊接机器人和自动化具有较高的灵活性，同时其动作频率较高，因此可以利用机
器人自动完成焊缝成形控制工作。

尤其直通的长焊缝和圆周焊缝特别适合机器人
实施自动化连续焊接
（3）装配：在钢结构构件加工阶段应用焊接机器人和自动化还能够实现自
动装配作业。

（二）焊接机器人和自动化在构件安装阶段的应用
钢结构焊接机器人和自动化在钢结构安装阶段的应用，主要是通过控制机器
人的行走轨迹来实现的。

在钢结构产品安装阶段，焊接机器人和自动化的行走轨
迹通常都是预先设定好的，如果要进行其他焊接工序，则需要对其进行重新设定，因此，这种设置过程比较繁琐。

为了避免这种情况发生，在钢结构安装阶段，一
般都是采用焊接机器人和自动化来代替人工完成。

目前，焊接机器人和自动化主
要有两种类型：一种是离线编程系统，另一种是在线编程系统。

前者主要用于计
算机控制的钢结构产品焊接中，而后者则主要用于数控机床中。

在钢结构安装阶
段中应用焊接机器人和自动化，能够有效提高工作效率和质量。

在该阶段中应用
焊接机器人和自动化时，可以将焊接机器人和自动化设备与钢构件产品进行有效
连接，通过利用焊接机器人和自动化来实现其定位。

例如在杰瑞新能源科技有限
公司10万吨锂离子电池负极材料项目一标段1# 、2#石墨化的生产车间中，其钢
柱和吊车梁均为大型H型钢，应用焊接机器人和自动化进行自动化操作，首先对
钢构件在专用胎具上固定夹紧、定位处理，然后对其进行埋弧自动化焊接。

在此
过程中要对焊接机器人和自动化进行合理控制和定位控制。

（一）机器人焊接位置
钢结构施工过程中，型钢或工字钢需要焊接，但是其型号规格不同，高度厚
度有不同的参数，焊接位置也不同。

由于其厚度不等，在焊接过程中所需的能量
也就不同。

在进行大型型钢或工字钢的焊接时，由于焊缝较长，焊道较宽，焊接
过程中所需的能量就相对较大，采用机器人进行焊接时，要求机器人有较一定范
围的焊枪调节能力，且其本身的空间位置相对固定不变。

另外由于H型钢或工字
钢等类型的型钢一般需要在工厂内加工制作完成后再运输到施工现场进行安装，
而在其生产过程中又需要反复拆装和搬运，所以在进行型钢或工字钢焊接时，机
器人在焊接过程中的定位精度就显得尤为重要。

为了保证机器人的焊接位置精度
和稳定性，在实际应用中一般采用焊枪摆动+示教器示教+人工微调的方法来实现。

（二）焊接工艺参数
焊接工艺参数主要包括焊接电流、电压、线速度和线能量，其中电流与电压
是两个重要的控制参数，它们直接决定了焊件的加热情况和焊缝质量。

另外，焊
接参数还包括焊接材料种类及厚度、焊接接头形式、焊缝位置等。

钢结构的焊接
主要采用手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧焊。

钢结构的焊缝类型通常为全位
置焊缝，一般为平对接或平角坡口，平角焊缝的焊接电流一般为100~250A，坡口
角度为60°~90°。

平角焊和坡口角焊的主要区别在于坡口形式不同，平角焊时，焊件应在两个相对的方向上均匀加热；而坡口角焊时，则需要在焊件上均匀分布
加热。

同时，平角焊时需要选择合适的焊接参数以保证焊缝成型美观。

四、结束语
综上所述，我国钢结构产业发展迅速，在国际上的地位也越来越高。

随着钢
结构产业的发展，焊接机器人和自动化在钢结构中得到了广泛的应用，对于推动
我国建筑施工行业的转型升级有着重要作用。

当前焊接机器人和自动化在国内得
到了迅速普及，其在钢结构生产工艺设计和生产工艺中的应用，可以极大地提升
焊接工作效率和作业质量。

因此，未来我们可以通过引进先进自动化设备和工艺
来提高钢结构焊接产量进而减少人力成本。

参考文献：
[1]戴为志,俞海涛,王继文. 钢结构焊接机器人和自动化的现状及发展方向[J]. 金属加工(热加工),2021,(12):7-12.
[2]李雪飞,郑娟. 焊接机器人和自动化在建筑钢结构制造中的应用探究[J]. 科学技术创新,2021,(03):127-128.
[3]张迪,马德志,宋晓峰,段斌. 机器人焊接技术在钢结构行业的应用[J]. 焊接,2019,(07):15-20+65-66.。