钢结构桥梁焊接自动化技术发展与应用

杨振东 朱毅

通裕重工股份有限公司 山东德州 251200

近年来，在桥梁钢结构自动化焊接工作中，受到诸多因素的影响，还存在很多的焊接质量问题，不能确保钢结构的合理焊接处理。这就需要在实际工作中，树立正确的观念意识，遵循因地制宜的发展原则，在钢结构焊接工作中，合理地选择焊接材料，积极开发先进的机器人自动化焊接技术，有效地提升自动化焊接工作质量和水平，从而满足当前的自动化焊接工作要求。

1 自动化焊接技术现状

相较于欧美等发达国家，我国的焊接自动化技术起步较晚，尽管在制造模式、机器人焊接以及全过程计算机连贯信息处理系统等方面有相当大的差距，但是经过多年的发展，相关学者已经取得了许多成果和进步，积累了大量数据和经验。在工艺方面，我国目前对于钢桥焊接的主要方法有焊条电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、双细丝埋弧焊等焊接方法，其中对于能够实现自动化焊接方法的钢箱梁、板单元等构件，在专用组装胎架和反变形胎架配合的基础上已经实现了自动化焊接、机器人焊接等高效焊接的方法，如在港珠澳大桥的建设制造中，对于其梁段制造的自动化焊接过程中开发了U肋组装和机器人定位系统、U形肋机器人焊接系统、隔板机器人焊接系统、小型焊接机器人等几种自动化焊接系统，不仅大大提高了焊接效率，同时也提高了其质量和精度。在焊接自动化材料方面，我国经历了低碳钢、低合金钢、高强度钢的发展过程，目前多采用符合相关标准的Q345、Q370、Q390和Q420级别钢板，随着相关工程要求的提高和技术的发展，又研发并应用了强度级别更高的Q500qE钢，它不仅强度要求更高且对于其采用的焊条、气体保护焊丝、埋弧焊丝和焊剂等焊接材料也提出了更高的要求。另外，为了减少钢结构桥梁的维护费用及环境影响，对于桥梁所用的耐候钢也提出了更高的要求，为此，各大钢厂参照美标ASTM G101开发了耐海洋和大陆气候腐蚀的耐候钢，与此同时，相应的对焊接材料也提出了更高的要求。最后，机器人焊接用高效焊接材料也得到了长足的发展，尤其随着Q500级桥梁钢的推广应用，工艺性能好、高强度、高韧性的机器人焊接用金属粉型气体保护焊药芯焊丝的用量将会逐渐推广开来。在焊接设备方面，焊接电源已经由传统的旋转直流电源改为逆变电源，新型的电源质量轻、效率高、节约电能，已在焊接自动化技术中广泛推广使用。对于焊机，过去很长一段时间内，我国一直使用仿苏的有级调速的MZ1-1000M自动埋弧焊机，直到现在国内很多焊机厂家都开发出的逆变式自动埋弧焊机的出现，我国才有了真正意义上的自动焊接设备，大大提高了我国的装备水平。另外，我国已有多种ICBT逆变电源分体或同体CO2、半自动焊机、药芯半自动焊机、MIG/MAG半自动焊机有脉冲或无脉冲、多用途气保护焊机、自动气保护焊机供用户选用，这些设备将会在以后的钢桥自动化焊接中发挥重要作用。在自动化焊接系统集成方面，目前常见有两种实现方法，分别是自行门架结合焊接机器人、自行门架结合多头双丝焊接专机。这两者最大的区别是焊接路径的实现，前者可以通过编程预设、视觉跟踪和电弧跟踪等方式实现，而后者只能通过导向轮进行机械跟踪来实现。这两种方法的适用条件还是要根据工件实际情况来进行选择[1]。

2 自动化焊接技术难点和展望

尽管焊接自动化技术相较于传统焊接优点众多，目前对于其大规模的推广使用仍存在一定难点，第一便是异形构件和批量生产的问题，由于钢结构桥梁构件单体质量大、结构不统一、批量较小且生产周期较长的原因，使得钢结构桥梁难以形成大规模的自动化焊接生产[2]。第二受焊接位置的影响，难以实现焊接自动化，目前多数的自动化焊接以平焊为主，少数涉及到立焊位置的焊接，当焊接在仰焊位置时，自动化焊接便会受到极大影响，难以实现其预设目标，如在港珠澳大桥的箱梁的腹板、横隔板与顶板的仰角焊缝就难以采用自动化焊接。第三便是焊接材料，我国的钢结构桥梁跨度和强度都在不断提高，对焊接材料也提出了更高的要求，高强度、高耐候的材料需要被研制。第四便是焊接装备的影响，目前虽然有焊接机器人，但是生产模式还是依照传统模式，许多构件结构复杂和受现场条件限制，无法采用大型的焊接机器人作业，需要对焊接机器人进行进一步的开发和改进。根据以上焊接自动化应用的几个难点，不难知道以后发展的几个方向，首先便是钢结构桥梁构件的标准化，这需要桥梁设计和制造的相互配合，使得桥梁构件标准化和模块化，为大规模的焊接自动化提供基础。其次便是要不断开发新型的材料和焊接材料，为以后的大跨度、重载荷和结构复杂的钢结构桥梁生产制造提供可能性。最后便是要根据钢结构桥梁构件的结构特点和规模特点研制小型的焊接机器人和特定位置的焊接机器人，为全方位、全周期焊接自动化的实现提供设备支持[3]。

3 结语

在钢桥制造的过程中，必须采用埋弧焊或者气体保护焊置换的方法，而我国主要依靠人工作业方法进行钢结构桥梁构件制造，人工作业对工人的技术和安全有一定要求，还会造成物料的过度使用，最重要的是构件质量严重依靠工人的技术水平，这样就导致桥梁的焊接质量与水平无法做到精确控制，难以大批量生产高质量的构件。随着计算机和焊接设备的发展，自动化焊接技术得到了极大的发展，相较于传统的人工作业，自动化焊接可以在短时间内实现高精度、高质量的焊接，有效的提高了钢结构桥梁构件的生产效率和质量，节省了大量的人力和物力，得到了综合成本最低的构件。