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摘 要：介绍船舶管系焊接机器人系统及其应用,提高管系焊接效率和质量,减轻工人劳动强度,在保证船舶管系加工进度的同时,达到节能减排目的.

关 键 词：高效焊接；机器人；船舶管系；节能减排；

焊接机器人论文怎么写
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中图分类号：U671.8文献标识码：A

1概述

在造船壳、舾、涂管理日趋完善的前提下,提高船舶管系加工生产效率,缩短管系的焊接周期和确保焊接质量,是船舶企业急需解决的一个重要课题.

船舶管系被喻为船舶的“血管”,承担着水、气、动力燃料的供给,是确保船舶动力装置、甲板设备、压载系统、生活设施等设备正常运转和安全航行的关键系统之一.如果联接高温、高压设备的管系,焊缝出现裂纹等质量问题,将会造成船舶的灾难性事故.

国内船企在管系加工中,一般是以CO2气体保护手工焊为主,其生产效率和焊接质量均有待提高,而应用焊接机器人,可以起到缩短生产周期和提高焊接质量的作用.

2管系焊接机器人应用现状

焊接技术是造船的关键工艺技术之一,各船舶企业都在推广应用焊接新技术、新工艺、新设备,其中焊接机器人得到特别的青睐.船舶管系焊接机器人,是指在直管-法兰（套管）生产中使用的焊接机器人.

应用船舶管系焊接机器人时,必须考虑以下几方面因素：

（1）管子的管径、壁厚、管长等规格繁多；

（2）管子表面公差：椭圆度、壁厚、长度；管子与法兰装配间隙和定位偏差；

（3）作为管系生产流水线的组成部分,必须要有接收上道工序数据的通信功能；

（4）设备的稳定性、操作简易性等.

3管系焊接机器人系统的管径范围

船舶管系焊接机器人,可以用于不同管径的直管-法兰（套管）焊接.但受到夹紧系统的卡盘张合范围的制约,最好分成小径管、中径管、大径管等规格.其中,适用性最好的是中径管焊接机器人.

文船的中径管船舶管系焊接机器人,其焊接系统程序预设了5种管径：Φ114、Φ140、Φ168、Φ219、Φ273mm,管壁厚为：4.5～13mm,共19种组合；管子长度在0.8～6m的直管法兰焊接和直管套管焊接.船企也可根据自己的管系生产实际情况,提出预设适合自己的具体规格组成需求.

4管系焊接机器人系统的组成

焊接机器人系统采用两端双机器人结构、自动上下料、自动定位和夹紧、管子两端同步焊接的全自动化生产方式.系统结构由焊接机器人系统、传感系统、控制与通信系统、工件夹紧与定长系统构成.

焊接机器人系统主要包括：机器人、焊接电源、辅助装置等.

机器人的选择着重考虑稳定性、功能性、性价比等,还要考虑售后服务有保证、操作方便、中文示教界面等；

焊接电源是系统中的关键设备,由于采用管子两端同步焊接,对电源的引弧成功率要求很高,要避免断弧引起焊接质量问题,并配置相应的机器人专用焊枪；

辅助装置包括：焊枪自动清理、喷油、剪丝系统.

机器人焊接对被焊工件的尺寸和装配精度要求较高：（1）被焊工件的尺寸和装配偏差造成的定位偏差应≤0.5mm；（2）管子与法兰（套管）的装配间隙：壁厚5～8mm,装配间隙≤1mm；壁厚8～13mm,装配间隙≤1.5mm；（3）长度偏差：下料长度偏差≈±1mm,装配长度偏差≈±1mm；（4）自动上料位置偏差≈±5mm.

因此,焊接机器人系统必须要有焊缝起弧点的自动寻找和焊缝跟踪传感系统.可采用接触式焊缝起始位置寻找传感系统,通过焊丝与工件接触方式让机器人获取焊缝偏差数据后,自行调整焊缝起弧点位置.焊缝跟踪采用摆动式电弧跟踪系统,通过采集焊缝电流电压,机器人计算焊枪高度和对中的偏差,自行调整焊枪位置.

至于管子椭圆度、管径偏差、管子与法兰（套管）的装配间隙和同心度等问题,只能通过加强上工序的质量控制,或采用法兰较装机装配管子,来满足机器人对管子装配精度的要求.

焊接机器人系统的工况是：多种管径、不同壁厚、不同管长的混流生产方式,控制系统既要满足焊接过程的管理、控制、监视,又要满足混流生产的协调、识别、通信等要求,对总控制系统的要求非常高,因此采用的是多级控制系统.第一级,用工控机作为主控计算机,接收上工序：管径、壁厚、管长、法兰（套管）规格、转角等信息数据,经计算处理后,产生相关控制信息,传给下一级；第二级,由逻辑控制模块接收上级传入的控制信息,完成定位、上下料和焊接过程控制,将控制信息转换成相应控制代码,控制伺服驱动系统完成小车定位和夹紧机构,同时将控制代码传送给机器人控制系统；第三级,机器人控制系统,自动选择相应的运行程序,通过传感系统自行完成焊缝检测和跟踪,由逻辑控制模块发出引弧指令,同时控制伺服驱动系统旋转管子,并控制焊接速度,协调控制完成焊接过程.

整个生产过程中,逻辑控制模块负责故障监控、保护、协调和管理工作.多

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为克服管子的椭圆、挠曲、装配间隙等问题,采用自动卡盘和伺服电气传动方式.针对管长范围0.8～6m特点,采用基于控制信息的小车伺服定长系统,自动适应不同管长.

船舶管系焊接机器人已经在文船生产应用,见图2根据焊接工艺的要求,对不同壁厚的管子,内角焊采用1-2层焊接,外角焊采用1-3层焊接,并按不同的焊角要求,采用不同的焊接工艺参数.

管件焊接所需数据、指令,从操作台上的彩色触摸液晶屏上可直接输入.

船舶管系焊接机器人加工效率：该系统配备2名管铜工和1名焊工,年产管子20000根.按每人每月生产100根管子计算,相当于16名管铜工、焊工的工作量,并节省了大量的打磨工时.

节能减排效果和经济效益分析：应用管系焊接机器人系统,管子焊缝成形好,不用打磨；减少了管子吊运次数,即节省了起重机吊运次数；同时节约了打磨机的能耗.

船舶管系焊接机器人系统,按年产管子20000根、人工成本7万元/年计算,3个人做了16个人的活,可节省人工成本91万元；同时节约起重机、打磨机的能耗,每年折算为3万度电,可节省电费3万元.

6结语

船舶管系焊接机器人系统,实现了管子-法兰（套管）自动化焊接生产,质量保证,焊缝美观,生产效率高,节约大量的焊接工时和打磨等后续处理工时,产生较大的经济效益.同时,减少了焊接中对焊工生产技能的依赖,只要有基本技能,凭借设备辅助,就能够达到管系焊接的工艺、质量要求.另外,船舶管系焊接机器人系统,能够为船企的节能减排作出贡献.

参考文献

[1]曹凌源,赵伯楗,林涛.船舶管系机器人焊接系统研制；

[2]许小平.高效焊接在船舶管系制造中的发展及应用；

[3]林尚扬,陈善本,李成桐.焊接机器人及其应用；

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