焊接机器人在船舶建造中的应用与发展

1 焊接机器人在船舶建造中的应用要点

1.1 焊接工艺适配性

船舶建造涉及多种类型的焊接需求，不同部位、不同材质的焊接工艺要求差异较大。焊接机器人要实现高效应用，首先需确保其焊接工艺与船舶建造的实际需求相适配。对于船舶主体结构中大量使用的高强度钢焊接，焊接机器人要能够精确控制焊接参数，如焊接电流、电压、焊接速度和送丝速度等。因为高强度钢对焊接热输入较为敏感，不合适的热输入会导致焊缝出现裂纹、气孔等缺陷，影响焊接质量和船舶结构的安全性。例如，在焊接高强度钢的对接焊缝时，需要根据钢板的厚度和焊接位置，调整焊接电流在合适的范围内，以保证焊缝的熔深和熔宽达到设计要求。在一些特殊部位，如船舶的艏艉部分，可能会采用不锈钢等耐腐蚀材料进行焊接。此时，焊接机器人要配备专门的焊接工艺，以防止不锈钢在焊接过程中出现晶间腐蚀等问题。这可能涉及到采用合适的焊接材料、控制焊接过程中的冷却速度等措施。

1.2 机器人编程与示教

焊接机器人的编程和示教是实现其准确焊接的关键环节。合理的编程可以使机器人按照预定的轨迹和工艺参数进行焊接，提高焊接效率和质量。在船舶建造中，由于船体结构复杂，焊接路径多样，通常采用离线编程和在线示教相结合的方式。离线编程可以在计算机上模拟机器人的焊接过程，提前规划好焊接路径和参数，减少现场调试时间。例如，利用专业的机器人编程软件，根据船舶的三维模型，精确规划机器人的运动轨迹和焊接姿态。在离线编程完成后，还需要进行在线示教，对编程结果进行微调，以适应实际的焊接环境和工件误差。示教过程中，操作人员要熟悉机器人的操作界面和编程规则，准确记录焊接起始点、终点和中间的关键点位置。同时，要注意调整机器人的焊接姿态，确保焊枪与焊缝之间保持合适的角度和距离。对于一些不规则的焊缝，如曲面焊缝，可能需要采用多次示教和插值算法来实现精确的焊接轨迹。

1.3 焊接质量监控与检测

为保证船舶焊接质量，对焊接机器人的焊接过程进行实时监控和焊接后检测至关重要。在焊接过程中，可以采用多种传感器对焊接参数进行实时监测。例如，通过电流传感器和电压传感器监测焊接电流和电压的变化，及时发现焊接过程中的异常情况，如焊接短路、断弧等。还可以利用激光传感器对焊缝的宽度、高度和熔深进行实时测量，与预设的工艺参数进行对比，若发现偏差及时调整焊接参数。焊接完成后，需要对焊缝进行全面的检测。常用的检测方法包括无损检测和破坏性检测。无损检测如超声波检测、射线检测等，可以检测焊缝内部的缺陷，如裂纹、气孔等。对于一些重要的焊缝，还可能需要进行破坏性检测，如截取焊缝试样进行金相分析和力学性能测试，以确保焊缝的质量符合设计要求。

1.4 维护与保养

焊接机器人在船舶建造中的长期稳定运行离不开定期的维护与保养。日常维护主要包括对机器人的机械结构、电气系统和焊接设备进行检查。例如，检查机器人的关节部位是否润滑良好，导轨是否有磨损和杂物；检查电气线路是否连接牢固，是否有短路和漏电现象；检查焊接电源、送丝机等设备的工作状态是否正常。定期保养则需要对机器人进行全面的检修和调试。一般建议每运行一定时间（如 500 小时或 1000 小时）进行一次全面保养。保养内容包括更换磨损的零部件、校准机器人的运动精度、更新焊接工艺参数等。通过定期的维护与保养，可以延长焊接机器人的使用寿命，提高其工作可靠性，减少因设备故障导致的生产延误。

2 焊接机器人在船舶建造中的发展趋势

2.1 智能化与自动化程度不断提高

未来，焊接机器人在船舶建造中的智能化与自动化程度将大幅提升。随着人工智能技术的发展，焊接机器人将具备更强的自主决策能力。它能够根据实时监测到的焊接参数和焊缝情况，自动调整焊接工艺和路径。例如，当检测到焊缝出现微小的不平整或材质不均匀时，机器人可以自动优化焊接电流、电压和速度，以保证焊接质量的一致性。同时，机器人与其他生产设备的自动化集成也将更加紧密。在船舶建造的流水线上，焊接机器人可以与切割设备、搬运机器人等实现无缝对接，实现全自动化的生产流程。当切割设备完成板材切割后，搬运机器人能准确地将板材输送到焊接工位，焊接机器人立即开始工作，整个过程无需人工过多干预，大大提高了生产效率。

2.2 协作机器人的广泛应用

协作机器人将在船舶建造中得到更广泛的应用。传统的焊接机器人通常需要安装在固定的工作区域，且周围需要设置防护栏以确保人员安全。而协作机器人具有与人安全协作的能力，它可以与工人在同一工作空间内协同作业。在船舶建造的一些复杂部位焊接中，工人可以与协作机器人紧密配合。工人凭借自身的经验和灵活性，对焊接位置进行初步定位和调整，协作机器人则利用其高精度和稳定性完成精细的焊接工作。这种人机协作的模式不仅提高了工作效率，还充分发挥了人和机器人的优势，使得船舶建造过程更加高效和灵活。

2.3 适应新型材料和焊接工艺

随着船舶工业的发展，越来越多的新型材料将被应用于船舶建造中，如新型铝合金、复合材料等。焊接机器人需要不断适应这些新型材料的焊接需求。对于新型铝合金的焊接，机器人需要采用特殊的焊接工艺和焊接材料，以防止铝合金在焊接过程中出现氧化、气孔等问题。同时，新的焊接工艺也将不断涌现，如激光焊接、搅拌摩擦焊等。焊接机器人将逐渐集成这些新型焊接工艺，提高焊接质量和效率。例如，激光焊接具有焊接速度快、热影响区小等优点，在船舶建造中对于一些薄板和高精度焊缝的焊接具有很大的优势。焊接机器人将能够灵活切换不同的焊接工艺，以适应不同的焊接任务。

2.4 远程监控与故障诊断系统的完善

为了提高焊接机器人的管理和维护效率，远程监控与故障诊断系统将不断完善。通过网络技术，船舶建造企业可以对分布在不同车间或不同地区的焊接机器人进行实时远程监控。管理人员可以随时了解机器人的运行状态、焊接参数和工作进度。一旦机器人出现故障，远程故障诊断系统可以迅速分析故障原因，并提供相应的解决方案。维修人员可以根据远程诊断结果，提前准备好维修工具和零部件，快速到达现场进行维修。这不仅减少了故障停机时间，还提高了维修效率，降低了企业的运营成本。同时，远程监控系统还可以对机器人的运行数据进行分析和统计，为企业的生产管理和设备升级提供决策依据。

3 结语

综上所述，焊接机器人在船舶建造中优势与潜力巨大。从应用要点的工艺适配、编程示教、质量监控检测到维护保养，各环节对船舶焊接质量和建造效率至关重要。其发展趋势值得期待，智能化与自动化提升、协作机器人广泛应用、适应新型材料和工艺、完善远程监控与故障诊断系统，将推动船舶建造行业升级。随着科技进步，焊接机器人将在船舶建造中更重要，助力船舶工业实现智能化、高效化、绿色化目标，为全球船舶制造业注入活力，为海洋经济繁荣提供技术支撑。

参考文献：

[1] 李成栋，宁飞龙，李阳，赵思博，朱柏林，张梓涵 . 焊接机器人在船舶建造中的应用与发展[J]. 江苏海洋大学学报（自然科学版），2023，32（04）：75-83.

[2] 胡浩，高飞，邹家生 . 焊接机器人在船舶建造中的应用与发展 [J]. 金属加工（热加工），2021，（01）：1-6.