徐洪飞 吴佰胜

摘  要：随着我国交通行业的飞速发展，其中钢箱梁在其中起着至关重要的作用。文章主要研究自动化焊接技术在工艺、材料以及焊接方面的发展现状。并就焊接方面的难点和重点进行剖析，从而为钢箱梁的发展和应用起到推动作用。

关键词：钢结构;焊接技术;自动化发展

中图分类号：U446        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）33-0176-02

Abstract： With the rapid development of China's transportation industry， steel box girder plays a vital role in it. This paper mainly studies the development status of automated welding technology in terms of process， materials and welding， and also analyzes the difficulties and key points in welding， so as to promote the development and application of steel box girder.

Keywords： steel structure; welding technology; automation development

1 概述

隨着我国经济发展和基建能力的提升，高速铁路和高速公路得到了极大的发展，极大促进了我国交通体系的发展和完善，其中，钢结构桥梁也得到了长足的进步，越来越多的技术复杂、规模宏大、功能多样的钢结构桥梁被建设完成，创造了许多的世界第一[1]，使得我国从桥梁大国向桥梁强国不断迈进。

在钢桥制造的过程中，必须采用埋弧焊或者气体保护焊置换的方法，而我国主要依靠人工作业方法进行钢结构桥梁构件制造，人工作业对工人的技术和安全有一定要求，还会造成物料的过度使用，最重要的是构件质量严重依靠工人的技术水平，这样就导致桥梁的质量与水平无法做到精确控制，难以大批量生产高质量的构件。随着计算机和焊接设备的发展，自动化焊接技术得到了极大的发展，相较于传统的人工作业，自动化焊接可以在短时间内实现高精度、高质量的焊接[2]，有效的提高了钢结构桥梁构件的生产效率和质量，节省了大量的人力和物力，得到了综合成本最低的构件。

2 自动化焊接技术现状

相较于欧美等发达国家，我国的焊接自动化技术起步较晚，尽管在制造模式、机器人焊接以及全过程计算机连贯信息处理系统等方面有相当大的差距[3-4]，但是经过多年的发展，相关学者已经取得了许多成果和进步，积累了大量数据和经验。

在工艺方面，我国目前对于钢桥焊接的主要方法有焊条电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、双细丝埋弧焊等焊接方法，其中对于能够实现自动化焊接方法的钢箱梁、板单元等构件，在专用组装胎架和反变形胎架配合的基础上已经实现了自动化焊接、机器人焊接等高效焊接的方法，如在港珠澳大桥的建设制造中，对于其梁段制造的自动化焊接过程中开发了U肋组装和机器人定位系统、U形肋机器人焊接系统、隔板机器人焊接系统、小型焊接机器人等几种自动化焊接系统[5]，不仅大大提高了焊接效率，同时也提高了其质量和精度。

在焊接自动化材料方面，我国经历了低碳钢、低合金钢、高强度钢的发展过程，目前多采用符合相关标准的Q345、Q370、Q390和Q420级别钢板，随着相关工程要求的提高和技术的发展，又研发并应用了强度级别更高的Q500qE钢[6]，它不仅强度要求更高且对于其采用的焊条、气体保护焊丝、埋弧焊丝和焊剂等焊接材料也提出了更高的要求。另外，为了减少钢结构桥梁的维护费用和环境影响，对于桥梁所用的耐候钢也提出了更高的要求，为此，各大钢厂参照美标ASTM G101开发了耐海洋和大陆气候腐蚀的耐候钢，与此同时，它也为焊接材料提出了更高的要求。最后，机器人焊接用高效焊接材料也得到了长足的发展，尤其随着Q500级桥梁钢的推广应用，工艺性能好、高强度、高韧性的机器人焊接用金属粉型气体保护焊药芯焊丝的用量将会逐渐推广开来。

在焊接设备方面，焊接电源已经由传统的旋转直流电源改为晶闸管整流电源，新型的电源质量轻、效率高、节约电能，已在焊接自动化技术中广泛推广使用。对于焊机，过去很长一段时间内，我国一直使用仿苏的有级调速的MZ1-1000M自动埋弧焊机，直到成都焊研威达的无级调速组合式轻型AZ-2自动埋弧焊机的出现，我国才有了真正意义上的自动焊接设备，大大提高了我国的装备水平。另外，我国已有多种配ICBT逆变电源分体或同体CO2、半自动焊机、药芯半自动焊机、MIG/MAG半自动焊机、多用途气保护焊机、自动气保护焊机供用户选用[7]，这些设备将会在以后的钢桥自动化焊接中发挥重要作用。

在自动化焊接系统集成方面，目前主要有两种实现方法[8]，分别是自行门架与焊接机器人、自行门架与多头双丝焊接专机。这两者最大的区别是焊接路径的实现，前者可以通过编程预设、视觉跟踪和电弧跟踪等方式实现，而后者只能通过导向轮进行机械跟踪来实现。这两种方法的适用条件还是要根据具体情况来进行选择。

3 自动化焊接技术难点和展望

尽管焊接自动化技术相较于传统焊接优点众多，目前对于其大规模的推广使用仍存在一定难点，第一便是异形构件和生产批量的问题[7]，由于钢结构桥梁构件单体质量大、结构不统一、批量较小且生产周期较长的原因，使得钢结构桥梁难以形成大规模的自动化焊接生产。第二受焊接位置的影响[1]，难以实现焊接自动化，目前多数的自动化焊接以平焊为主，少数涉及到立位焊接，当焊接位置在仰位时，自动化焊接便会受到极大影响，难以实现其预设目标，如在港珠澳大桥的箱梁的腹板、横隔板与顶板的仰位角焊缝就难以采用自动化焊接。第三便是焊接材料[6]，我国的钢结构桥梁跨度和强度都不断提高，对焊接材料便提出了更高的要求，高强度、高耐候的材料需要被研制。第四便是焊接装备的影响，目前虽然有焊接机器人，但是生产模式还是依照传统模式，许多构件结构复杂和受现场条件限制，无法采用大型的焊接机器人作业，需要对焊接机器人进行进一步的开发和改进。

根据以上焊接自动化应用的几个难点，不难得到其以后发展的几个方向，首先便是钢结构桥梁构件的标准化，这需要桥梁设计和制造的相互配合，使得桥梁构件标准化和模块化，为大规模的焊接自动化提供基础。其次便是要不断开发新型的材料和焊接材料，为以后的大跨度、重载荷和结构复杂的钢结构桥梁生产制造提供可能性。最后便是要根据钢结构桥梁构件的结构特点和规模特点研制小型的焊接机器人和特定位置的焊接机器人，为全方面、全周期的焊接自动化的实现提供设备支持。

4 结束语

我国的自动化焊接技术已经取得巨大的发展和进步，在许多的特大桥梁工程中已经推广使用，提高了其生产效率和质量，为我国桥梁工程的发展和进步做出了突出贡献，更是我国交通强国建成史上重要的一笔，后期自动化焊接还会针对目前的难点进一步的发展和进步，最终会朝着全方面、全周期的构件自动化焊接迈进，助力我国桥梁强国发展。

参考文献：

[1]徐向军.桥梁钢结构焊接自动化技术的应用与发展[J].金属加工，2015（22）：14-15.

[2]吕志珍.建筑钢结构行业智能机器人应用展望[J].金属加工（热加工），2015（22）：17-20.

[3]许燕玲，林涛，陈善本.焊接机器人应用现状与研究发展趋势[J].金属加工（热加工），2010（8）：32-36.

[4]史永吉.从桥梁大国到桥梁强国[J].中国公路，2016（11）：4.

[5]车平，李军平，邹勇，等.港珠澳大桥组合梁钢主梁机器人自动焊试验及应用[J].焊接，2017（10）：59-60.

[6]程龙.桥梁钢结构焊接材料的应用与发展[J].工程技术（全文版），2017（01）：00152-00152.

[7]王元良，陈辉.我国焊接钢桥及其发展[J].钢结构，2009（5）：1-7.

[8]吉敏廷.箱型钢桥梁板单元自动化焊接技术应用研究[J].钢结构，2014（4）：54-57.