船舶高效焊接与焊接机器人发展
——江苏科技大学
摘要：船舶高效焊接在船舶建造工艺中具有重要意义，高效焊接的前提是优质焊接。为提高生产率，焊接工作者从提高焊接熔敷率和减少填充金属两方面作了努力。焊接机器人在焊接自动化中占有重要的位置，呈加速发展趋势，对于焊接机器人的智能化仍需要努力。焊缝视觉跟踪技术研究与发展倩影基于激光传感的焊缝轨迹跟踪技术。船舶高效焊接与焊机机器人的发展是密不可分的，必须时刻关注焊接机器人的发展，应用于船舶行业，从而为船舶行业带来一定的发展。
关键字：船舶高效焊接，船舶建造工艺，高强度钢船体，优质焊接，中国船业发展，焊接自动化，焊接机器人，视觉焊接 引言：研究背景与现状： 船舶焊接技术作为现代造船模式中的关键技术之一，对我国船舶行业的快速发展起到了重要作用。焊接是通过加热或加压或两者兼用，可以用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接的重要性关乎着船舶在海上航行的安全性。而焊接的高效性也同样关乎着船舶制造在保证安全性的前提下所带来的经济利益。
我国的船舶制造焊接的技术在国内是基本满足各船厂的生产需求，但是放眼世界，我国的船舶焊接技术并算不上是领先的。追求船舶高效焊接是势在必行的举措。
焊接机器人是一种全自动的焊接方式，是计算机技术、自动控制技术、气保护焊接技术的完美结合，适用于船舶构件批量化、小型化焊接生产以及狭窄舱室短焊缝全位置焊接。对于需要发展船舶高效焊接，且有能力的我国来说，对于焊接机器人的发展，是迫切需要的。 正文： 船舶是水上运输的工具，按不同的需求也有着不同的制造技术，因此，对于船舶焊接也有着不同的要求。为了保证船舶海上航行的发展性和安全性，船舶高效焊接的过程显得尤为重要。
现如今，船舶高效焊接在船舶建造工艺中具有重要意义。在船体建造过程中，焊接工时约占船体建造全部工时的30%～40%，焊接成本占船体建造成本的30%～50%，船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标。船舶的高效焊接将直接带来的是船舶制造周期的减短，这将大大降低船舶的制造成本，相对的将给船厂带来更大的利益。拥有高效焊接技术的船厂将有更高的效率制造出更好的船舶，对于经济发展也将有一定的贡献。
从近十年中国造船业占世界造船市场份额的变化可以看出，中国造船业在全球市场上所占比重正在明显上升，随着中国船业的发展，对于船舶焊接的要求也逐渐增高，我国焊接目前正在向高效、低成本及节省能源的方向发展，高效焊接我国正在兴起的现代造船模式的重要特征之一。如今，优质、高效自动CO 2气体保护焊等先进焊接工艺已广泛用于各种大型船舶的建造。
冷战结束后，优质、高效低成本焊接已成为先进国家建造军用装备制造的发展趋势[1]。 现代船舶绝大多数为钢制焊接船，高强度钢船体是用屈服强度超过390MPa 的不同强度级别的高强度、高韧性且具有较好的耐海水腐蚀性的专用钢制造的。
然而，我们必须明确，任何危险的焊接缺陷都可能导致高强度钢船体的宏观破坏，所带来的危险是无法预知的。因此，在追求高效焊接的时候，必须以优质为前提进行发展。
为实现船舶高效焊接的需求，我国焊接工作者从提高焊接熔敷率和减少填充金属两方面
作出了一定的努力。首先是在提高熔敷率方面，研制了铁粉焊条、重力焊条、躺焊焊条。在埋弧焊接工艺中，采用了多丝焊、热丝焊工艺，如焊接50~60mm钢板时，采用三丝埋弧焊，可一次焊透，其规范为2200A×33V 、1400A×40V 、1100A×45V ，焊速是40cm/min，熔敷率比手弧焊提高100倍以上。其次是在减少填充金属方面，研制了各种送丝方式和焊缝跟踪装置，完善了窄间隙埋弧焊和窄间隙气保焊方法，使大厚度接头填充金属成数十倍的减少。电子束、等离子和激光束能够一次焊透很深的厚度，对接接头可以不开坡口，这更是理想的窄间隙焊接方法，具有着更大的应用前途。
到目前为止，中国已经连续三年成为了全球最大的钢材生产国和钢材消费国。2008年，中国钢产量已突破5亿吨，占全球钢产量的30%。随着工程量的增加，焊接自动化装备的需求量也越来越大，迫使我国在自动化焊接技术及装备方面不断进行发展，从而得到了提高。近年来，一批新型焊接设备制造企业不断崛起，据2008年对国内41家主要电焊机、切割机制造厂、大型焊接辅机具厂的调查统计，2008年焊接设备总产值661173.41万元，年产值1亿元以上的焊接设备企业有20家。其中很多企业还具有很强的设计开发成套焊接自动化装备的能力。
对船舶焊接进行机械化、自动化的改善是提高船舶生产率、保证船舶质量、改善劳动条件的重要手段。电子计算机技术的发展，尤其是计算机控制系统的发展，为船舶焊接自动化的发展打下了良好的基础。只有焊接过程全过程自动化，才有可能保证船舶质量稳定、生产节奏均衡、有很高的劳动生产率。
焊接机器人在焊接自动化中占有重要的位置。焊接机器人的出现，代替了传统的手工焊接，降低了焊接过程带来的危险性，减轻了焊工的劳动，同时也提高了焊接的效率并且对于船舶焊接的质量有了更大的保证。
目前，我国在造船业的焊接设备普遍落后于日本、韩国的技术。对于焊接技术的发展工作，日本和韩国一直在大力推进焊接自动化。2003年，韩国现代重工研发出5种获得国际认证的焊接机器人，用于造船焊接。在2012年6月4日~7日，在北京举行的第十七届北京·埃森焊接与切割展览会上，韩国现代重工通过四台机器人作业的系统展示，充分展现了韩国现代重工在自动化领域的前沿技术和一站式的整体解决方案。这四台高性能机器人分别是搬运及点焊两用机器人HS200，点焊机器人HS165, 弧焊机器人HA006及搭载视觉系统的HA020W ，其共同特点是作业空间范围大，动作敏捷。其中，作为近年来现代重工主要产品之一的HS165型机器人，其性能早已为广大用户所认可。HA020W 型机器人，其精密在线检测技术目前已成功应用在成品发动机的检测流程中，此外，针对搬运用途的3D-BinPicking 技术完美地解决了在搬运过程中遇到的物料不一、姿态各异、排列无序等实际生产问题。
为了解决大型管道、储罐无导轨机器人焊接，开发了一种无导轨全位置焊接机器人。无导轨全位置焊接机器人由于受到柔性机构的调节范围限制，只适用于大直径管道或储罐的全位置焊接，或者可以用于平板或各项曲率均变的球面的焊接，为了解决小直径管道的无导轨全位置焊接，开发出一种新型的管道无导轨全位置焊接机器人。
大型船舶的建造考验着各国各厂的船舶焊接技术。在水下这样的特种环境下解决干式焊接问题，必须借助于创造这种环境的焊接装备，如产生高压的高压舱、海底在役管道的封堵装备、管道的水下切割和坡口的加工装备。海下焊接的危险性、不方便性以及其他的不确定因素给焊接过程带来了很大的不便。同时也促使着船舶焊接技术的进一步发展。
为了减轻焊工的劳动强度、加快造船周期、提高船舶质量，世界各国的造船厂都非常重视焊接新技术的发展和应用。早在20世纪80年代，船舶界就开始尝试采用焊接机器人，虽然最初只是用于焊接小部分部件，但是，却体现了焊接机器人的普及应用是当下的发展趋势。
焊接机器人虽然实现了高度自动化，但它仍然是一个开环控制系统，没有随机适时调节的功能，不可能根据具体情况适时调节焊接参数。因此需要开发智能焊接，即要开发机器人
的视觉系统。目前已开发出根据焊缝参数修改焊炬运动轨迹、根据坡口尺寸修改焊接工艺的视觉智能系统。在这方面的发展还刚刚起步，最终还是有待日后的大力发展。 现在视觉焊接的主流是采用CCD 的结构光法和直接拍摄电弧法，但将会随着视觉传感[1]器的发展和采集方法的改进而不断发展。在视觉焊缝跟踪技术中，现在主要是图像分割、
边缘检测的传统方法以及经典控制与智能控制相互结合的自动控制策略[1]。
我相信随着研究的不断深入，一些新的方法将得到发展，视觉焊缝跟踪技术的应用将越来越广泛。
清华大学曾提出一种机器人激光焊接轨迹跟踪控制方法，是一种基于激光传感的焊缝轨迹跟踪系统，通过安装在机器人末端的摄像机构成的反馈控制系统，采用相应的算法检测出焊缝线，然后通过立体视觉技术计算出焊缝线的空间位置，从而得到焊缝轨迹的三维信息，完成焊缝的跟踪纠偏，该方法的试验结果表明，三维跟踪时的X 、Y 、Z 方向误差小于0.3mm ，取得了较好的控制效果。
当今社会，对于船舶高效焊接的需求促使船舶焊接技术的提高，从而促进了焊接机器人在船舶行业的广泛应用，这是船舶焊接技术发展的必然趋势。在我国的船舶行业，焊接机器人还未得到很好的普及，这与焊接机器人的技术发展是脱不了关系的。焊接机器人的应用将为我国船舶行业带来船舶焊接工人劳动强度的降低以及船舶建造成本的减少，从而提高船舶建造的利益，带来更大的经济效果。由此可以看出，船舶的高效焊接与焊接机器人的发展是密不可分的，我们必须学好焊接知识，了解焊接机器人，加快焊接机器人的发展，减少我国船舶建造周期，减轻我国船舶焊接工人的劳动强度，从而为我国船舶事业献一份力。
[1]
参考文献：
[1]王文瀚. 焊接技术手册[M].郑州:河南科学技术出版社.1997.10;
船舶高效焊接与焊接机器人发展
——江苏科技大学
摘要：船舶高效焊接在船舶建造工艺中具有重要意义，高效焊接的前提是优质焊接。为提高生产率，焊接工作者从提高焊接熔敷率和减少填充金属两方面作了努力。焊接机器人在焊接自动化中占有重要的位置，呈加速发展趋势，对于焊接机器人的智能化仍需要努力。焊缝视觉跟踪技术研究与发展倩影基于激光传感的焊缝轨迹跟踪技术。船舶高效焊接与焊机机器人的发展是密不可分的，必须时刻关注焊接机器人的发展，应用于船舶行业，从而为船舶行业带来一定的发展。
关键字：船舶高效焊接，船舶建造工艺，高强度钢船体，优质焊接，中国船业发展，焊接自动化，焊接机器人，视觉焊接 引言：研究背景与现状： 船舶焊接技术作为现代造船模式中的关键技术之一，对我国船舶行业的快速发展起到了重要作用。焊接是通过加热或加压或两者兼用，可以用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接的重要性关乎着船舶在海上航行的安全性。而焊接的高效性也同样关乎着船舶制造在保证安全性的前提下所带来的经济利益。
我国的船舶制造焊接的技术在国内是基本满足各船厂的生产需求，但是放眼世界，我国的船舶焊接技术并算不上是领先的。追求船舶高效焊接是势在必行的举措。
焊接机器人是一种全自动的焊接方式，是计算机技术、自动控制技术、气保护焊接技术的完美结合，适用于船舶构件批量化、小型化焊接生产以及狭窄舱室短焊缝全位置焊接。对于需要发展船舶高效焊接，且有能力的我国来说，对于焊接机器人的发展，是迫切需要的。 正文： 船舶是水上运输的工具，按不同的需求也有着不同的制造技术，因此，对于船舶焊接也有着不同的要求。为了保证船舶海上航行的发展性和安全性，船舶高效焊接的过程显得尤为重要。
现如今，船舶高效焊接在船舶建造工艺中具有重要意义。在船体建造过程中，焊接工时约占船体建造全部工时的30%～40%，焊接成本占船体建造成本的30%～50%，船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标。船舶的高效焊接将直接带来的是船舶制造周期的减短，这将大大降低船舶的制造成本，相对的将给船厂带来更大的利益。拥有高效焊接技术的船厂将有更高的效率制造出更好的船舶，对于经济发展也将有一定的贡献。
从近十年中国造船业占世界造船市场份额的变化可以看出，中国造船业在全球市场上所占比重正在明显上升，随着中国船业的发展，对于船舶焊接的要求也逐渐增高，我国焊接目前正在向高效、低成本及节省能源的方向发展，高效焊接我国正在兴起的现代造船模式的重要特征之一。如今，优质、高效自动CO 2气体保护焊等先进焊接工艺已广泛用于各种大型船舶的建造。
冷战结束后，优质、高效低成本焊接已成为先进国家建造军用装备制造的发展趋势[1]。 现代船舶绝大多数为钢制焊接船，高强度钢船体是用屈服强度超过390MPa 的不同强度级别的高强度、高韧性且具有较好的耐海水腐蚀性的专用钢制造的。
然而，我们必须明确，任何危险的焊接缺陷都可能导致高强度钢船体的宏观破坏，所带来的危险是无法预知的。因此，在追求高效焊接的时候，必须以优质为前提进行发展。
为实现船舶高效焊接的需求，我国焊接工作者从提高焊接熔敷率和减少填充金属两方面
作出了一定的努力。首先是在提高熔敷率方面，研制了铁粉焊条、重力焊条、躺焊焊条。在埋弧焊接工艺中，采用了多丝焊、热丝焊工艺，如焊接50~60mm钢板时，采用三丝埋弧焊，可一次焊透，其规范为2200A×33V 、1400A×40V 、1100A×45V ，焊速是40cm/min，熔敷率比手弧焊提高100倍以上。其次是在减少填充金属方面，研制了各种送丝方式和焊缝跟踪装置，完善了窄间隙埋弧焊和窄间隙气保焊方法，使大厚度接头填充金属成数十倍的减少。电子束、等离子和激光束能够一次焊透很深的厚度，对接接头可以不开坡口，这更是理想的窄间隙焊接方法，具有着更大的应用前途。
到目前为止，中国已经连续三年成为了全球最大的钢材生产国和钢材消费国。2008年，中国钢产量已突破5亿吨，占全球钢产量的30%。随着工程量的增加，焊接自动化装备的需求量也越来越大，迫使我国在自动化焊接技术及装备方面不断进行发展，从而得到了提高。近年来，一批新型焊接设备制造企业不断崛起，据2008年对国内41家主要电焊机、切割机制造厂、大型焊接辅机具厂的调查统计，2008年焊接设备总产值661173.41万元，年产值1亿元以上的焊接设备企业有20家。其中很多企业还具有很强的设计开发成套焊接自动化装备的能力。
对船舶焊接进行机械化、自动化的改善是提高船舶生产率、保证船舶质量、改善劳动条件的重要手段。电子计算机技术的发展，尤其是计算机控制系统的发展，为船舶焊接自动化的发展打下了良好的基础。只有焊接过程全过程自动化，才有可能保证船舶质量稳定、生产节奏均衡、有很高的劳动生产率。
焊接机器人在焊接自动化中占有重要的位置。焊接机器人的出现，代替了传统的手工焊接，降低了焊接过程带来的危险性，减轻了焊工的劳动，同时也提高了焊接的效率并且对于船舶焊接的质量有了更大的保证。
目前，我国在造船业的焊接设备普遍落后于日本、韩国的技术。对于焊接技术的发展工作，日本和韩国一直在大力推进焊接自动化。2003年，韩国现代重工研发出5种获得国际认证的焊接机器人，用于造船焊接。在2012年6月4日~7日，在北京举行的第十七届北京·埃森焊接与切割展览会上，韩国现代重工通过四台机器人作业的系统展示，充分展现了韩国现代重工在自动化领域的前沿技术和一站式的整体解决方案。这四台高性能机器人分别是搬运及点焊两用机器人HS200，点焊机器人HS165, 弧焊机器人HA006及搭载视觉系统的HA020W ，其共同特点是作业空间范围大，动作敏捷。其中，作为近年来现代重工主要产品之一的HS165型机器人，其性能早已为广大用户所认可。HA020W 型机器人，其精密在线检测技术目前已成功应用在成品发动机的检测流程中，此外，针对搬运用途的3D-BinPicking 技术完美地解决了在搬运过程中遇到的物料不一、姿态各异、排列无序等实际生产问题。
为了解决大型管道、储罐无导轨机器人焊接，开发了一种无导轨全位置焊接机器人。无导轨全位置焊接机器人由于受到柔性机构的调节范围限制，只适用于大直径管道或储罐的全位置焊接，或者可以用于平板或各项曲率均变的球面的焊接，为了解决小直径管道的无导轨全位置焊接，开发出一种新型的管道无导轨全位置焊接机器人。
大型船舶的建造考验着各国各厂的船舶焊接技术。在水下这样的特种环境下解决干式焊接问题，必须借助于创造这种环境的焊接装备，如产生高压的高压舱、海底在役管道的封堵装备、管道的水下切割和坡口的加工装备。海下焊接的危险性、不方便性以及其他的不确定因素给焊接过程带来了很大的不便。同时也促使着船舶焊接技术的进一步发展。
为了减轻焊工的劳动强度、加快造船周期、提高船舶质量，世界各国的造船厂都非常重视焊接新技术的发展和应用。早在20世纪80年代，船舶界就开始尝试采用焊接机器人，虽然最初只是用于焊接小部分部件，但是，却体现了焊接机器人的普及应用是当下的发展趋势。
焊接机器人虽然实现了高度自动化，但它仍然是一个开环控制系统，没有随机适时调节的功能，不可能根据具体情况适时调节焊接参数。因此需要开发智能焊接，即要开发机器人
的视觉系统。目前已开发出根据焊缝参数修改焊炬运动轨迹、根据坡口尺寸修改焊接工艺的视觉智能系统。在这方面的发展还刚刚起步，最终还是有待日后的大力发展。 现在视觉焊接的主流是采用CCD 的结构光法和直接拍摄电弧法，但将会随着视觉传感[1]器的发展和采集方法的改进而不断发展。在视觉焊缝跟踪技术中，现在主要是图像分割、
边缘检测的传统方法以及经典控制与智能控制相互结合的自动控制策略[1]。
我相信随着研究的不断深入，一些新的方法将得到发展，视觉焊缝跟踪技术的应用将越来越广泛。
清华大学曾提出一种机器人激光焊接轨迹跟踪控制方法，是一种基于激光传感的焊缝轨迹跟踪系统，通过安装在机器人末端的摄像机构成的反馈控制系统，采用相应的算法检测出焊缝线，然后通过立体视觉技术计算出焊缝线的空间位置，从而得到焊缝轨迹的三维信息，完成焊缝的跟踪纠偏，该方法的试验结果表明，三维跟踪时的X 、Y 、Z 方向误差小于0.3mm ，取得了较好的控制效果。
当今社会，对于船舶高效焊接的需求促使船舶焊接技术的提高，从而促进了焊接机器人在船舶行业的广泛应用，这是船舶焊接技术发展的必然趋势。在我国的船舶行业，焊接机器人还未得到很好的普及，这与焊接机器人的技术发展是脱不了关系的。焊接机器人的应用将为我国船舶行业带来船舶焊接工人劳动强度的降低以及船舶建造成本的减少，从而提高船舶建造的利益，带来更大的经济效果。由此可以看出，船舶的高效焊接与焊接机器人的发展是密不可分的，我们必须学好焊接知识，了解焊接机器人，加快焊接机器人的发展，减少我国船舶建造周期，减轻我国船舶焊接工人的劳动强度，从而为我国船舶事业献一份力。
[1]
参考文献：
[1]王文瀚. 焊接技术手册[M].郑州:河南科学技术出版社.1997.10;