焊接机器人在工程机械行业的应用现状

1.1 工程机械行业发展现状工程机械行业是中国装备制造业中国际竞争力的行业之一，创造了许多工程机械的世界纪录。我国幅员辽阔，基建施工市场对工程机械的需求量巨大，目前大量设备进入更新换代高峰期。据相关研究分析，2019年中国工程机械销售收入达6600亿元人民币，中国工程机械企业有9家跻身全球工程机械制造商50强。新技术不断革新，伴随科技赋能VR、大数据、云计算、5G等技术的普及，加快了工程机械的升级换代，ERP、OA、EAP等系统，优化了信息化管理施工环节，提高了行业效率（见图1）。同时，国家提倡的发展绿色循环经济，这也将成为工程机械行业未来发展的重要方向。

a）远程操控

b）施工现场

1.2 焊接机器人应用范围

焊接机器人的特点是柔性化，可通过编程随时改变焊接轨迹和焊接顺序，适用于品种变化大、焊缝多、形状复杂的产品。如工程机械结构件主要由板材件和铸钢件拼焊而成，尺寸大、重量重，如图2所示[1]。板材材质主要有Q235、Q355、Q460C等，板厚在6~130mm，焊缝位置多，焊接量大，广泛采用机器人CO2/MAG气体保护焊，焊接熔深大、速度快。焊接变位机的配合使用，增加了机器人系统的自由度，可焊率达90%以上。

焊接机器人包含机器人和焊接设备，机器人由机器人本体和控制柜组成，焊接设备由焊接电源、送丝机构、焊枪及清枪器等组成。目前，6轴机器人可以满足一般焊接要求，对于尺寸过大、几何形状过于复杂的工件，把机器人装于可移动导轨小车或龙门架上，增加1~3个外部轴，同时配合1~2轴变位机，可扩大机器人本身的作业空间，让工件的焊接部位和机器人都处于正确的焊接位置。

1.3 焊接机器人应用现状

焊接机器人以在工程机械行业领域表现高效性、高可靠性、高灵活性的特点为世人瞩目，正逐步将焊接工人从高疲劳、高危险的劳动环境中解放出来，减少焊接烟尘带来的职业危害。据相关部门统计，2019年焊接机器人销量达到21.1万台，如图3所示。

目前，焊接机器人的编程方法还是以在线示教为主[2-4]，但编程器的界面比过去有了不少改进，新的焊接机器人编程界面更趋友好、操作更加容易。示教编程时首先获取焊缝轨迹上的几个关键点，输入直线或圆弧命令，通过焊接机器人电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。编程时除了需要选择合理的焊接顺序，短而平滑的移动轨迹、合理的变位机位置及焊枪姿态，及时插入清枪程序保证焊枪的清洁外，重要的是编制程序一般不能一步到位，而要在机器人焊接过程中不断检验和修改，经大量实践积累后才能形成高效实用的焊接程序。

焊接工作站由焊接用机器人（6轴集成的机械手）、RGV小车、行走龙门架（1~3轴）、L型变位机、工装夹具及各种系统设备组成，可实现自动焊接、自动上下料，生产效率比手工焊接提高50%以上，焊缝均匀美观。

1.4 焊接机器人应用的意义

（1）稳定和提高焊接质量，保证焊缝均一性 采用机器人焊接时每条焊缝的焊接参数恒定，焊缝质量受人为因素影响较小，因此焊接质量比较稳定。

（2）改善了工人的劳动条件 采用机器人焊接，焊工远离了焊接弧光、烟雾、飞溅和高温等，对于点焊来说焊工不再搬运笨重的手工焊钳，使焊工从高强度的体力劳动中解脱出来。

（3）提高劳动生产率 焊接机器人一天可24h连续生产，另外随着高速焊、窄间隙焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。

（4）产品周期明确，容易控制生产效率 机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。

2 焊接机器人在工程机械行业的发展趋势

2.1 工程机械行业发展趋势

随着科技的进步，工程机械行业在谋求产业的转型升级，尤其在人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术推动下，信息化、自动化、智能化已经成为了企业发展的主要路径。通过机器人、软件信息化、柔性化生产等方式，企业可实现上下游信息透明、协作设计与生产，大大提升了生产服务的质量与效率。

5G技术提升了信息的传输效率，未来工程机械渗透率有望持续提升，电动化、物联网、智能化、共享化将是工程机械行业发展的重点。远程遥控无人驾驶，多品种机械一体化施工，未来科技将让施工更简单。

（1）模块化 产品创新是企业发展的关键要素，工程机械产品应用模块化设计以多品种、多选装、新特异的发展战略应对市场需求，可降低设计风险，缩短设计周期，提高产品可靠性，加强标准化，提高企业管理水平，促进企业产品的升级换代。

（2）舒适性 工程机械舒适性不仅表现在良好的焊接、涂装、装配工艺的外在美，更在于驾驶员操作的舒适性。舒适性基于人体工程学，合理布置驾驶室内饰，操作控制方式，必要的减振降噪等。工程机械工作环境通常都比较恶劣，驾驶人员的工作强度也比较大，舒适的设计理念可以缓解其疲劳，提高作业效率。

（3）节能环保 在大家的共同努力下，我国环境空气质量有了一定改善。2016年4月起非道路移动机械柴油机污染物排放标准已经执行到了第三阶段，同时在国家新旧动能转换的推动下，工程机械行业逐步向国家第四阶段排放标准迈进，实现经济和环境的协调发展。

（4）个性化需求 同质化产品适应大批量生产要求，但无法满足用户的特定需求，个性化工程机械深受客户的宠爱。相较于标准化产品，个性化产品的研制成本会更高，是对企业能力与实力的考验，促进企业引进先进技术、提高创新能力，适应市场需求。