集裝箱自動(dòng)化焊接技術(shù)現(xiàn)狀及可行性分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

集裝箱自動(dòng)化焊接技術(shù)現(xiàn)狀及可行性分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告關(guān)鍵詞：集裝箱;自動(dòng)化焊接;發(fā)展現(xiàn)狀;可行性

前言

集裝箱是全球規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、適用于快速裝卸、可反復(fù)使用、具有足夠可靠性及強(qiáng)度的一種運(yùn)輸載體，同時(shí)還可以用于貨倉(cāng)、房屋等，在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中具有良好的適用場(chǎng)景，需求前景廣闊。而焊接作為集裝箱加工制造中的重要一環(huán)，傳統(tǒng)人工或者半自動(dòng)化的焊接模式已經(jīng)難以契合時(shí)代發(fā)展的需求，如何構(gòu)建集裝箱自動(dòng)化焊接體系至關(guān)重要。

1集裝箱的結(jié)構(gòu)組成

集裝箱是一種標(biāo)準(zhǔn)化通用產(chǎn)品，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上分析，主要包含四側(cè)側(cè)板、前墻板、底架、頂板、門(mén)端板等構(gòu)成，其中每一部分作為一個(gè)焊接部套，分別由若干零件拼焊而成。頂端結(jié)構(gòu)主要前頂角加強(qiáng)板、頂板、后頂板加強(qiáng)板組成;底架主要由底橫梁、底側(cè)梁、鵝頸槽等部件而成;前端結(jié)構(gòu)主要由角件、前角柱、前墻板門(mén)檻、前楣等組件構(gòu)成;側(cè)壁結(jié)構(gòu)主要由頂側(cè)梁、側(cè)板等部件構(gòu)成;門(mén)端結(jié)構(gòu)主要由門(mén)板、鎖桿、門(mén)檻、后角件、門(mén)楣等構(gòu)成。

只有了解集裝箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，才可以不同結(jié)構(gòu)、不同焊縫下集裝箱自動(dòng)化焊接類(lèi)型，為技術(shù)的發(fā)展提供鋪墊。

2集裝箱自動(dòng)化焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)機(jī)械化及自動(dòng)化水平不斷提升，機(jī)器人焊接及專(zhuān)機(jī)智能化焊接已經(jīng)逐步滲透至傳統(tǒng)手工焊接領(lǐng)域，在集裝箱行業(yè)不斷得到運(yùn)用。

對(duì)于集裝箱前端結(jié)構(gòu)焊接而言，前墻波紋板塊與前楣、前檻之間的波紋連續(xù)焊接基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接，目前已經(jīng)有一種用于集裝箱前墻板的自動(dòng)焊接裝置，利用焊縫軌跡識(shí)別裝置對(duì)焊縫自動(dòng)跟蹤，并利用焊槍進(jìn)行焊接，不需人員進(jìn)行焊接操作，保證焊接質(zhì)量，且大幅度提升作業(yè)效率，適用于批量化生產(chǎn);同時(shí)波紋板與頂橫梁之間波紋連續(xù)焊接已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。但是，受集裝箱結(jié)構(gòu)及焊接技術(shù)的影響，目前仍有一些結(jié)構(gòu)處在手工或者半自動(dòng)焊接模式。如前墻板角柱與角件的焊接、波紋板與頂橫梁之間的固定點(diǎn)焊、底架焊接中底橫梁、底側(cè)梁之間的拼接與焊接、門(mén)端件的組焊等。同時(shí)，對(duì)于一些較小結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件而言，在進(jìn)行組焊時(shí)基本上還是通過(guò)人工固定點(diǎn)焊與連續(xù)焊接，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，已經(jīng)很難滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。所以，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)面向集裝箱的焊接技術(shù)而言，從集裝箱自動(dòng)化焊接發(fā)展來(lái)看，為推行集裝箱的自動(dòng)化焊接技術(shù)，現(xiàn)階段主要需要解決的是集裝箱焊接中對(duì)一些非標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜構(gòu)件難定位、空間受限、焊縫多且軌跡復(fù)雜、構(gòu)件形狀不規(guī)則等的問(wèn)題。重點(diǎn)需要解決的是各種非標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜小構(gòu)件的自動(dòng)焊接問(wèn)題，是未來(lái)集裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展的重點(diǎn)攻堅(jiān)領(lǐng)域。

3集裝箱自動(dòng)化焊接技術(shù)的可行性分析

我國(guó)是世界集裝箱生產(chǎn)大國(guó)，集裝箱制造是勞動(dòng)密集、材料密集型行業(yè)。集裝箱用工有40%以上為焊接工人。在集裝箱的生產(chǎn)工藝流程中，焊接是將材料永久鏈接，焊接工藝直接影響到集裝箱產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于不規(guī)則的集裝箱部件，在焊接過(guò)程中存在焊件沿焊縫方向厚度不一致、曲面形狀復(fù)雜等問(wèn)題，導(dǎo)致在直線段的焊縫成形與在曲面波內(nèi)斜邊段的焊縫成形不能保持一致，進(jìn)而導(dǎo)致在直線段焊接與在波內(nèi)斜邊段焊接的焊縫的質(zhì)量不一樣，進(jìn)而制約集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。而通過(guò)運(yùn)用自動(dòng)化焊接技術(shù)，對(duì)集裝箱焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)人研發(fā)，在集裝箱制造過(guò)程中的焊接工藝進(jìn)行機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，通用應(yīng)用點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人，組合配套相應(yīng)工藝工裝，改進(jìn)集裝箱焊接制造工藝，提高集裝箱制造的自動(dòng)化程度，提高集裝箱生產(chǎn)效率，從實(shí)踐層面具備良好的可行性。

首先，科技的發(fā)展為集裝箱焊接自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供了良好的現(xiàn)實(shí)條件。對(duì)于集裝箱制造而言，焊接自動(dòng)化已成為影響焊接技術(shù)的生產(chǎn)點(diǎn)，如何在墻板、底架、頂板、門(mén)端板等銜接處做好焊縫跟蹤，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控焊縫軌跡，尤其是對(duì)于波紋板的曲面化焊接，根據(jù)焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)曲線焊縫跟蹤變化，來(lái)對(duì)焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行智能化控制。當(dāng)前，技術(shù)的不斷提升、算法的不斷優(yōu)化將為焊接的自動(dòng)化技術(shù)提供有利條件。

其次，機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)集裝箱自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。對(duì)于集裝箱焊接而言，采用智能機(jī)器人，借助于焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡控制技術(shù)、焊縫識(shí)別技術(shù)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等代替人工來(lái)進(jìn)行焊接控制。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)生在上一輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展中實(shí)現(xiàn)了從小到大、從無(wú)到有的重大突破，目前已經(jīng)形成了一百余家從事機(jī)器人研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、工程應(yīng)用以及零部件配套的產(chǎn)業(yè)集群，其中40余家上市公司在股市上形成了具有機(jī)器人概念的高技術(shù)板塊，同時(shí)以abb、庫(kù)卡、安川電機(jī)、發(fā)那科四大家族為代表的國(guó)外機(jī)器人企業(yè)占據(jù)中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)90%以上的市場(chǎng)份額，為實(shí)現(xiàn)智能化焊接提供了有力條件。

最后，焊接電源是影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。機(jī)器人自動(dòng)化設(shè)備是確保自動(dòng)追蹤焊縫軌跡的關(guān)鍵，而氣保焊、氬弧焊、埋弧焊等配套機(jī)器人的焊接電源則是影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)前，我國(guó)配套機(jī)器人焊接電源技術(shù)日趨成熟，如山東奧太的逆變電源，唐山開(kāi)元的埋弧焊電源、MEGMEET的機(jī)器人焊接電源等，發(fā)展十分迅速，這也為集裝箱的自動(dòng)化焊接提供了有力支撐。

綜上所述，焊接技術(shù)的提升、機(jī)器人市場(chǎng)的大力拓展、焊接電源的配套等的不斷發(fā)展，為集裝箱自動(dòng)化焊接提供了良好的可行性。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于龐大的集裝箱制造行業(yè)而言，傳統(tǒng)的手工焊接已經(jīng)難以滿足時(shí)代發(fā)展的需求。智能機(jī)器人、焊縫識(shí)別、焊接專(zhuān)家?guī)煜到y(tǒng)、集裝箱專(zhuān)用焊接工裝等進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)，解決集裝箱焊接生產(chǎn)的柔性化需求，以自動(dòng)焊接代替人工焊接，提高