钢结构工程焊接质量控制创新研究

钢结构工程焊接质量控制创新研究

吴勇刚 1 王召军 2

1. 武汉一冶钢结构有限责任公司焊培中心 湖北武汉 430000 2. 大庆油田工程建设有限公司安装公司 黑龙江大庆 163000

摘要：随着数字化技术日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市场。本文以钢结构焊接基础为前提，分析了机器人智能化控制焊接质量并提升精度的案例。并以提高焊接质量为目的来提高钢结构的工程质量，从而达到设计要求，进而在提高焊接效率的同时也保障钢结构焊接工程的安全性和可靠性。

关键词：钢结构焊接工程；机器人控制；焊接技术；质量管理。

引言：质量管理体系是钢结构焊接工程质量管理的基础，建立健全质量管理体系代表了钢结构焊接工程的综合管理水平，说明了钢结构焊接工程的工作质量能够满足甲方要求的程度。而机器人智能化焊接的实现，可以有效对钢结构工程焊接质量进行提升。

1影响焊缝质量的主要因素

1.1焊接设备

设备管理人员应根据工程实际情况、选定的焊接工艺，配备相应的焊接设备、器材，如电焊机、焊条（剂）烘干保温设备、无损理化检测设备、外观质量检验器材、热处理设备等等。设备上的计量仪器仪表，应经过校验合格，以检查设备运行是否正常。可协调焊接人员进行试用进行验证。

1.2焊接方法

不同的焊接方法对于相同的焊件、焊缝来说造成的结果也不相同。通常为了焊缝表面成形好则会采用埋弧焊，但是焊接造成的变形较大;如果想焊接变形小可以采用二氧化碳气体保护焊，但是其焊接的外观质量不如埋弧焊焊接的。在合金钢、中厚板的焊接中，以及要求消除应力的焊道，往往要求焊后热处理，以保证焊缝及热影响区获得适当的力学性能、金相组织、降低焊接残余应力，满足使用要求。热处理操作过程，应符合作业指导书的要求，绘制升温、保温、降温曲线图，事后通过硬度试验等检验手段来检查是否达到热处理要求。

1.3材料问题

钢结构工程采用的钢材有钢板、型材、焊接材料等，规格品种较多，一项工程所用的材料很难由几个材料批来完成，因此材料的检验只能组成混合批来抽检。钢结构件中构件众多，尺寸检验繁多。每一个钢结构的构件都要保证合格，每一个构件的检验尺寸至少也有三四个以上，一项工程由数万个零散构件组成，检验不只尺寸检查，还有坡口、焊缝、材质检验等，非常繁杂。

2现代焊接质量和制造先进体现

首先是焊接水平化与自动化、智能化的实现，其次是焊接高效化与低飞溅化，最后是对焊接变形方面的控制。美国焊接学会在其发布的行业报告《焊接工业前瞻》中阐述了截至2020年的战略发展目标，其中具体提出：“截至2020年，将通过提供工艺参数选择指导、增加自动化设备与机器人的使用、降低废品率与返修率的方式加焊接加工的平均成本降低三分之一”。高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐渐取代手弧焊机和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。有代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。总之，钢结构制造业的焊接技术必然朝着自动化、数字化、网络化、智能化、高效节能、绿色环保的方向发展。

3焊接智能化的应用

3.1采用自动化生产线流程设计

焊机实现程序控制、数字控制；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；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。同时，在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术，如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机和柔性焊接机器人工作站。微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，实现无人操作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。

图1自动化生产线流程设计示意图

3.2采用双面窄间隙不清根焊接新工艺

该方法可以有效提高效率十倍以上，节约焊材70%以上，减少耗能75%以上，并且可以保证一次合格率。焊接机器人在大批量，同位置相同轨迹重复施焊，需要保证生产流水线畅通，在焊接质量稳定性要求高的应用场合下，体现出了人工焊接无法比拟的巨大优势。在焊接生产成本方面，越来越昂贵的人工费用，因质量问题造成的报废与返修，材料及能源耗损都是造成生产成本居高不下的重要原因。在生产有性方面，当需要灵活的适用于不同形式的焊接工件时，机器人可通过编程应用不同要求的焊接作业，面向不同任务需要使用，不同设备的焊接专机相比，具有更大的优势。同时，焊接机器人的高精度，高效率与高稀缺的焊接技术人员依赖程度等方面降低了整体的成本。

主要有以下优点：应用焊接机器人焊接时焊接参数输出稳定，焊缝质量受人为因素影响较小，可稳定和提高焊接质量，保证其均一性，并降低对工人操作技术的要求;(2)应用焊接机器人焊接可有效提高焊接效率，改善工人的劳动条件，降低劳动强度。

图2传统手工电弧焊与双面窄间隙焊的区别

3.2先进的焊接工序质量控制

首先是质量控制点的设置，为保证工序处于受控状态，在一定的时间和一定条件下，在产品制造过程中需要重点控制的质量特性、关键部件或薄弱环节就是质量控制点。对工艺上有严格要求，对下道工序的工作有严重影响的关键质量特性、部位应设质量控制点。具体质量控制要点如图3所示。

图3先进的焊接工序质量控制

结束语：焊接工序在建筑钢结构制作、安装工程中是具有否决权的工序, 贯彻执行全面质量管理的基本思想, 就能够提高焊接质量, 保证钢结构工程的安全运营。要彻底改变建筑钢结构工程质量与安全，需要从设计、制作、安装施工、验收、维护保养等方面层层把关，才能保障其质量和安全等指标的达标和稳定。同时，有效利用先进机器的自动化与智能化，可以促使其质量得到更为有效的控制。

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