非标设备在自动焊接工艺中的应用研究

李宗旺

（江门市科业电器制造有限公司，江门 529075）

在当今的工业制造领域，自动焊接技术是保证产品性能的重要技术。虽然自动焊接技术提高了生产效率，但是它仍然面临着焊接质量控制、成本优化和市场需求适应等多重挑战。本研究着眼于非标准设备的技术应用，分析其在自动焊接工艺中的作用，探讨如何通过定制化设计和集成先进控制系统，如可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系统和计算机数控（Computer Numerical Control，CNC）系统，优化焊接参数，控制焊接质量，降低成本。分析非标设备在提升焊接效率和质量方面的优势，并结合实际案例，展示其解决自动焊接挑战的能力。

1 非标设备概述

非标设备，即非标准化设备，指通过特别定制或特定制造以满足特殊工业生产需求的设备。在自动焊接领域，这类设备通过与先进的控制系统（如PLC系统和CNC 系统）进行集成，显著提升了焊接工艺的精度和一致性。非标设备能够进行定制化设计，适应复杂和多变的工业生产需求，优化焊接参数，控制焊接质量，降低生产成本，从而有效提高生产效率和产品质量。在自动焊接过程中应用此类设备，不仅解决了传统焊接面临的质量控制和成本优化方面的挑战，还能精确执行复杂的焊接任务，增强工业制造行业的市场竞争力。目前，非标设备在工业制造中扮演着至关重要的角色，为技术创新和行业发展提供了强有力的支撑。

应用非标设备的核心目的在于为特定的工业制造提供定制化解决方案。例如，在工业制造中，非标设备能够精确处理复杂的焊接任务，这是传统方法难以实现的功能[1]。在叶轮制造过程中，精确焊接保证了叶片的均衡性和耐用性。通过高级的控制系统和精确的运动控制技术，非标设备实现了复杂的焊接功能，提高了产品的质量和性能。

非标设备的设计涉及如下内容。第一，高级控制系统。集成先进的PLC 或CNC 技术，精确控制焊接过程，控制内容包括速度、路径和温度。第二，自适应焊接技术。根据不同的任务和材料类型调整焊接参数，优化焊接过程。第三，精确的运动控制。使用高精度伺服电机和精细调校的机械臂，在三维空间中执行焊接任务[2]。第四，耐用材料和结构设计。确保长期高强度工作的可靠性和耐用性。

2 非标设备的技术优势

在处理不规则形状或多材料工件时，非标设备展现出独特的优势。例如，对于工业风扇的叶轮焊接，非标设备能够根据叶轮的形状和材质，自动调整焊接路径和速度，确保焊接接头的均匀性和强度。在重型机械制造过程中，非标设备主要用于焊接大型构件。传统的焊接方法处理大型、形状不规则部件较为困难。非标设备通过其高级的控制系统，能够精确导航焊接路径，即使对于复杂的几何形状也能保持焊接质量。此外，通过自适应技术，非标设备能够根据不同部件的厚度和材质自动调整焊接参数，确保焊接深度和强度一致。

非标设备利用先进的控制系统，如PLC 系统和CNC 系统，高度精确控制焊接过程[3]。这些系统能够精确调节焊接参数，如速度、路径、温度及压力等，确保焊接质量具有的一致性。

此外，非标设备能够适应多样化的焊接需求。通过自适应焊接技术，这些设备可以根据不同的工件材质和厚度自动调整焊接参数，从而在保持焊接质量的同时提高效率。在处理复杂的三维结构时，非标设备使用高精度伺服电机和精细调校的机械臂，可以在复杂的空间路径上执行精确的焊接任务，这对于工业风扇的叶轮制造等复杂产品至关重要[4]。非标设备的使用还显著提高了生产效率和灵活性。在大型或异形工件的焊接中，如风扇叶轮或其他大型机械部件，非标设备通过其高级控制系统和灵活的机械结构，可以快速适应不同的生产需求。这种灵活性使得生产线能够迅速调整以适应市场变化，同时能有效减少材料浪费和生产成本。

非标设备在自动焊接工艺中的应用不仅提高了焊接质量和效率，还为适应多变的市场需求提供了有效的技术支持。通过技术创新，非标设备能够满足现代工业生产中对高效率和高质量焊接的严格要求。

3 非标设备的应用

定制化焊接设备的应用显著提升了焊接质量和生产效率。以定制化的桑塔纳后桥焊接生产线为例，该生产线采用特殊设计的工作站结构，结合专门设计的夹具和自动化搬运系统，旨在提升效率和质量。工作站配备了2 套夹具，安装在可移动的滑动小车上，使得带有工件的2 个夹具可以轮流进入焊接区进行作业，操作人员可同时在另一侧进行装卸工作。这种交叉作业的模式，实现了焊接与工件装卸同步进行，节约了30%的时间，提高了生产效率。定制化的双夹具滑轨系统通过2 条滑轨向焊接站持续供料，不仅保持了高度可靠性，而且对焊接工件的外形和尺寸具有一定的适应性，通常适用于直径不超过0.6 m 的工件。

在生产线上应用这种定制化的焊接设备，显著提高了焊接效率，同时保持了工件的高质量和一致性。通过引入高度自动化的焊接工艺，大幅减轻劳动强度，改善作业环境，并确保焊接质量的稳定性。这种设备在POLO 下摇臂焊接生产线等多个场合均得到了有效应用，展示出定制化焊接设备在工业制造中的广泛适用性和显著效益。

3.1 应用案例

在帕萨纳后桥焊接生产线上，通过高度自动化的焊接工艺和非标设备，显著提高了焊接效率。在帕萨纳后桥焊接生产线中，特别定制的非标设备起到了关键作用。这些设备包括专门设计的夹具和变位机，均是为了满足特定的焊接需求而定制的。例如，设计的夹具能够适应各种复杂的车架结构，而变位机则能够精确调整工件位置，便于机器人焊接。这些非标设备的设计不仅提高了焊接的准确性和效率，而且极大减少了因设备限制造成的生产中断。

该生产线采用了带变位机的回转工作台+焊接机器人的工作站。工作站由2 副带变位器的夹具和1 个转台组成，结构紧凑。2 副夹具可以同时进行不同的焊接程序，满足不同的工艺要求。在该系统运行过程中，当机器人在一副夹具上焊接工件时，操作工可以在另一副夹具上进行装卸工作。这种布局可以提高机器人的利用率，是目前使用最广泛的一种形式。

为提升焊接质量的稳定性，采用了工具中心点（Tool Center Point，TCP）自动校零技术。该技术通过激光传感器和固定支座，记录焊枪经过TCP 支座时的数据，并与最初设定值进行比较。当TCP 发生偏离时，机器人自动运行校零程序，调整各轴的角度，快速恢复TCP 零位，以减少焊枪与夹具的碰撞。

该工具站应用广泛，在别克副车架焊接线、赛欧后桥焊接线、帕萨特副车架焊接线等多个生产线上均有应用。通过高度自动化和技术创新，不仅显著提升了生产线的效率和焊接质量，而且降低了劳动强度，改善了劳动环境。

3.2 应用成效分析

在使用高度自动化的焊接系统后，焊接效率提高了约30%，焊接质量也得到显著提升。这主要是因为应用的高度定制化的非标设备，更适应特定的焊接需求和工艺，可以实现更加高效和精准的焊接操作。例如，通过将特别设计的夹具和变位机与焊接机器人相配合，使机器人在一副夹具上焊接工件时，操作工可以在另一副夹具上装卸工件，从而使机器人的利用率超过90%。

在焊接质量方面，焊接接头的一致性提高了40%，焊接变形减少了50%。非标焊接设备使焊接过程更加精细和可控，大幅提升了焊接接头的质量和一致性。例如，特制的焊接头和精确控制系统的应用，确保了焊接深度和强度的均匀性，显著减少了焊接变形和缺陷。非标设备能够根据不同材料的特性自动调整焊接参数，进一步提升焊接质量[5]。此外，质量的提升主要得益于焊接系统的高精度控制和TCP 自动校零技术的应用。这些技术的应用减少了焊枪与夹具间的碰撞，确保了焊接路径的准确性，从而提升了焊接质量的稳定性。这种效率和质量的提升，直接提升了整个汽车制造行业的竞争力。高效率和高质量的焊接工艺使得汽车制造商能够快速响应市场变化，提供更多样化和高质量的汽车产品，从而在市场上保持竞争优势。

在降低劳动强度与改善劳动环境方面，非标设备的应用显著降低了劳动强度，改善了工作环境。非标焊接设备，如智能控制夹具和高精度变位机，减少了人工操作的需求，从而减轻了工人的劳动强度。这些高度自动化和精确控制的设备，缩短了工人在高温和有害环境下的工作时间，提升了整体的工作安全性。通过采用这些定制化的非标设备，不仅可以提高生产效率和焊接质量，还能有效减轻工人的劳动负担，创造一个更加安全、舒适的工作环境。

4 非标设备的技术创新

非标设备在汽车底盘焊接中的应用，不仅展示了自动化焊接技术在现代制造业中的重要性，还为未来焊接技术的发展提供了新的方向。

TCP 技术通过精确控制焊枪的位置和角度，大幅提升了焊接过程的准确性。这项技术在焊接路径复杂或焊接部位难以接触的情况下显示出优势。通过实时调整焊枪位置，TCP 技术减少了焊接缺陷，提高了焊接质量，尤其是在高精度要求的焊接作业中。

双丝高速焊接技术同时使用2 根焊丝，显著提高了焊接速度和生产效率。这种技术特别适用于大批量生产，如汽车底盘焊接线，不仅加快了焊接速度，还保持了焊接质量的一致性。

这些技术的应用极大增强了非标设备处理复杂焊接任务的能力。例如，在汽车底盘焊接中，常常需要应对多变的焊接角度和复杂的焊接路径。使用这些先进技术，焊接系统能够更灵活地适应复杂的工况，确保焊接质量和效率。引入这些创新技术后，生产线的灵活性和适应性显著增强，能够快速适应不同的焊接任务和变化，从而满足多样化的生产需求。

5 结语

在工业制造的复杂环境中，非标设备在自动化焊接工艺中的应用具有显著优势。通过集成高级控制系统，非标设备不仅提升了焊接过程的精度和效率，还显著降低了材料浪费，并增强了产品的结构完整性与安全性。通过分析实际案例发现，非标设备在复杂和大规模项目中展现出高效率、高质量的优点，充分证明了其应用价值。非标设备的应用不仅推动了制造业向自动化、智能化的方向转型，还为行业技术水平的提高和创新能力的增强做出了重要贡献。未来，随着技术的不断进步和应用领域的拓展，非标设备将在现代工业发展中发挥更为关键的作用。