工程机械制造中自动化焊接设备的运用

引言

工程机械作为基础设施建设的核心装备，其结构件多采用焊接连接，焊接质量直接影响设备的承载能力与使用寿命。传统手工焊接受人为技能、体力等因素限制，难以满足现代工程机械对焊接精度、一致性及批量生产的要求。自动化焊接设备通过程序控制实现焊接过程的标准化操作，能有效突破手工焊接的瓶颈，已成为工程机械制造升级的关键技术之一。

、工程机械制造中自动化焊接设备的应用现状

1.1 主流设备类型及适用场景

焊接机器人，以六轴关节型机器人为主，搭配焊接电源、送丝机构及变位机，具备多自由度操作能力，适用于挖掘机动臂、装载机铲斗等复杂结构件的焊接。其通过离线编程可快速切换不同工件的焊接程序，满足多品种生产需求，在大型企业的柔性生产线中应用广泛。专用自动化焊接专机，针对标准化程度高的批量部件设计，如压路机钢轮、起重机吊臂等。采用固定轨迹焊接机构，配合工装夹具实现高效自动化生产，焊接效率可达手工焊接的 4-6 倍，适合中小型企业的专业化生产。数控焊接中心，集成数控系统与焊接模块，可实现高精度轨迹控制，多用于液压支架、履带架等精密结构件的焊接，能保证焊缝尺寸公差控制在 ±0.5mm 以内，显著提升产品装配精度。

1.2 行业应用特征

目前，自动化焊接设备在工程机械制造中的应用呈现梯度渗透特点，龙头企业已实现 70% 以上结构件的自动化焊接，构建了从工件识别、焊接到质检的全流程自动化体系。中型企业以机器人 + 人工辅助的半自动化模式为主，重点攻克关键结构件的自动化焊接，小型企业受成本与技术限制，仍以手工焊接为主，自动化设备应用集中在简单部件。从产品维度看，挖掘机、装载机等主流机型的结构件自动化焊接覆盖率较高，而特种工程机械因批量小、结构复杂，自动化焊接渗透率相对较低，存在较大提升空间。

二、自动化焊接设备运用的核心技术支撑

2.1 焊接路径规划技术

通过三维建模与离线编程软件，在虚拟环境中完成焊接路径设计，可减少现场调试时间达 60% 以上。针对具有曲面、斜面的复杂结构件，采用激光轮廓传感器实现焊缝跟踪，实时修正焊接路径，确保焊枪始终对准焊缝中心，解决工件装夹误差带来的焊接偏差问题。在实际应用中，三维建模软件会导入工件的 CAD 模型，工程师可在虚拟界面中手动规划或自动生成焊接路径，并进行碰撞检测，避免焊枪与工件、夹具发生干涉。离线编程则将路径参数转化为机器人可识别的代码，通过仿真模拟验证路径的合理性。激光轮廓传感器的扫描频率可达 1000Hz 以上，能快速捕捉焊缝的三维轮廓信息，结合 PID 算法实时调整机器人各轴运动参数，使焊枪位置的动态跟踪误差控制在±0.3mm 以内，尤其适用于大型结构件焊接时因重力变形导致的焊缝偏移问题。

2.2 工艺参数智能调控

基于焊接过程传感数据（如电弧电压、电流、熔池温度），建立工艺参数自适应模型。当焊接材料、板厚发生变化时，系统可自动调整焊接电流、速度及保护气体流量，保证熔深、余高等关键指标的稳定性。例如，在高强度钢焊接中，通过红外测温反馈实时调整热输入，避免焊接裂纹产生。该技术的核心在于多传感器数据融合与智能算法的结合，电弧传感器可实时采集焊接电信号，分析熔池的稳定性；红外热像仪则能非接触式监测熔池区域温度场分布，采样频率达 500Hz ，为热输入控制提供精准依据。

2.3 协同控制技术

将焊接设备、上下料机器人和物流输送线编组，联网编队，利用工业总线搭建信息交流桥梁，通过 RFID 标签辨认工件身份，控制系统自动召唤对应焊接程序，实现了从上料到定位、焊接、下料的全过程无人化生产，生产节拍能控制到 3-5min/ 件，大幅度提高生产线周转率。RFID 标签嵌装于工件工装中，存储工件型号、材质、焊接工艺编号等信息。当工件进入焊接工位时，由读写器在 0.1s 内完成信息读出反馈给控制系统。上下料机器人与焊接设备的动作为时序，焊接机器人焊完一个道，变位机翻转一个道，同时通知上下料机器人为下一工件做好准备，自动流转，无须人为操作。

三、优化自动化焊接设备运用的对策

对不同产品结构需要专门的解决方案，设备选型之前进行生产工艺可行性研究，对于多品种小批量产品，选择柔性的焊接机器人，标准化零部件采用焊接专机提高生产效率。另一方面建立焊接工艺库，记录不同材料、结构的焊接工艺参数信息，减少工艺调试时间。可以组成专项小组包括设计、工艺、生产线人员，结合产品迭代开发制定设备的更新路径，保障满足 3～5 年产品需要，设备性能不落后。

3.2 加强智能化技术融合

采用机器视觉检测，进行焊缝外观的在线检测，通过图像识别技术鉴别焊缝余高、咬边等缺陷，检测精度达到 0.1mm 。开发焊接过程数字孪生，通过虚拟仿真优化焊接路径和参数，降低试焊成本，将检测数据与数字孪生系统联动形成检测-分析-优化闭环，使工艺参数迭代周期降低 40% ，进一步提升焊接质量一致性。

3.3 构建人才培养体系

校企合作开办焊接自动化定向班，定向班课程安排涉及机器人编程、焊接工艺、设备维保等培训内容；在企业内部开设“师带徒”培训，定期展开技术比武和案例教学，锻炼操作员工的操作水平。同时，引入设备厂家的技术培训服务，打造日常培训制度，建立日常化培训制度。可以开设技能等级认定，与员工薪酬直接挂钩，提升员工学习动力，加速员工的成长。

3.4 完善设备运维管理

编制设备全生命周期管理方案，每日检测送丝机构、导轨等重要部位的运动情况，定时修正传感器位置和焊枪位置，建立设备故障库，通过对大数据分析预知易损件使用寿命，开展预知性修保，将设备故障率控制在 5% 以内。配置专用运维工器具和备件库房，保证故障发生后 1 小时内响应、4 小时内修复，将停机损失降到最低。

结论

自动化焊接设备在工程机械制造中的运用，是提升产品质量、降低成本、实现智能制造的必然选择。当前虽面临适配性、人才等挑战，但通过科学规划设备选型、融合智能化技术、强化人才培养等措施，可有效破解难题。未来，随着人工智能、数字孪生等技术的深入应用，自动化焊接设备将向 “自感知、自决策、自优化” 方向发展，为工程机械制造行业的高质量发展注入新动能。

参考文献

[1]李毅.自动化焊接设备在工程机械制造中的运用分析[J].现代工业经济和信息化，2022，12（07）：137-138+188.