科创中国

行业领域

制造业,其他制造业

需求背景

铁塔主要用于架设高压电线电路，还可以用作通讯基站、各类通信息信号以及微波站信号的传输等。铁塔包括塔头、塔身以及塔脚，塔脚包括底板，底板上垂直焊接有角钢，为了减少角钢脱离底板的情况，操作人员将角钢焊接在底板上后，会在底板上焊接有多个加强板，每个加强板均与角钢焊接，且多个加强板沿角钢的周向分布。随着输电线路铁塔产业焊接工艺技术的发展，对角钢塔塔脚及节点等结构件的焊接质量和焊接效率要求越来越高，高标准的全熔透Ⅰ、Ⅱ级焊缝越来越多地出现在设计技术规范中。传统的手工CO2气体保护焊焊接工艺（GMAW）作为当前主流角钢塔塔脚及节点等结构件焊接工艺，由于存在焊接效率低、焊接质量差、焊接环境恶劣、工人劳动强度大以及受焊接工人个人焊接技术的影响大，已经严重制约了角钢塔塔脚的焊接生产。在此背景下，出现了焊接机器人专门用于角钢塔塔脚的焊接以替代手工焊接。

需解决的主要技术难题

1、焊接工艺方法单一；

所采用的机械手均为关节式和悬臂回转式结构，该结构的最大缺点是负载小，只能够采用单一的焊接工艺方法——GWAW焊接工艺。

2、传动精度不高；

部分品牌使用的变位机采用普通的蜗轮蜗杆传动减速机，这种传动结构的缺点是间隙大，导致焊接动作变形严重。

3、整体设计落后；

部分品牌采用的手工拖拽式示教技术及整体结构设计方案，只能够一次焊接一道焊缝，不能够连续一次性焊完单个角钢塔塔脚的所有焊缝，焊接效率低下。

4、碳刨清根污染严重；

所有结构形式的焊接机器人采用的焊接技术在焊接角钢塔塔脚全熔透Ⅰ、Ⅱ级焊缝过程中，均必须采用背面碳刨清根的方式，导致操作过程中产生大量的粉尘、高分贝噪音等重大污染源，且工人劳动强度大、焊接成本增加、焊接效率低。

5、工件定位无基准；

所有结构形式的焊接机器人采用的工件固定方式均采用手工螺栓压紧的原始固定方式，该方式最大的缺陷是无工件定位基准、效率低，导致相同型号的角钢塔塔脚不能够实现一次示教便可连续施焊多个角钢塔塔脚的最终目的，即使同一型号的角钢塔塔脚也要每个在焊接前重新示教，严重影响批量生产效率。

6、整体焊接效率低下；

由于所有结构形式的焊接机器人只能采用GMAW焊接工艺技术方案，这种方案主要采用Φ***焊丝，可适用于较薄板材的焊接，用于较大厚度的中厚板焊接则存在熔深小、熔敷效率低、焊接速度慢、容易产生气孔、未熔透、和夹渣焊接等多种焊接缺陷，整体焊接效率不高。

期望实现的主要技术目标

开发应用高质量自动化、智能化焊接装置，通过程序自动调整控制机器人自动焊接工件，对焊缝进行自动追踪，提高焊接轨迹精度，解决焊接缺陷的问题，减轻劳动强度，提高了焊接效率的同时，节省设备成本。

需求解析

解析单位：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团（北京八月瓜科技有限公司） 解析时间：2023-08-29

郭杰

中国机械科学研究院

教授

综合评价

项目单位希望开发一种应用高质量自动化、智能化焊接装置，通过程序自动调整控制机器人自动焊接工件，对焊缝进行自动追踪，提高焊接轨迹精度，解决焊接缺陷的问题，减轻劳动强度，提高了焊接效率的同时，节省设备成本。 国内已有一些科研单位、大专院校进行了相关研究，成果已已经应用。 存在的问题： 1、焊接现场环境比较恶劣，采用图像识别方法自动跟踪焊缝，存在一定难度。 2、焊枪行走的轨迹、焊枪角度、焊接规范受到多种因素影响。 3、工件的形状、定位方法发生的变化对焊接过程存在影响。 建议： 1、针对不同应用场合进行焊接工艺设计。 2、自适应焊接轨迹的研究。 3、图像识别技术研究

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