2024 05-28
焊接技术的革命:从古埃及到仁新机器人焊机的智能制造之旅


焊接是工业机器人应用占比最大的领域之一。

在世界工业机器人中,焊接机器人用量可达50%左右。无论是汽车生产、电子制造,还是工程机械、城市建设,都离不开焊接机器人的助力。

一、现代焊接与工业革命一同出现

焊接是一门古老而传统的工艺,最早可追溯至5000年前。

公元前3000年,埃及出现了锻焊技术;公元前1600年,中国殷朝采用铸焊制造兵器;公元前200年,中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。

而现代焊接由英国人发现电弧起步,与工业革命一同出现。

1801年,英国人H.Davy发现了电弧;1856年,英格兰物理学家James Joule发现了电阻焊原理;1881年,法国人De Meritens发明了最早的碳弧焊机;四年后,波兰人Benardos Olszewski发展了碳弧焊接技术;1888年,俄罗斯人H.г.Cлавянов发明金属极电弧焊。

直到此时,美国人C.L.Coffin才首次实用光焊接丝作为电机进行了电弧焊接。

此后,焊接相关工艺发展更是一路起飞,交流焊、堆焊、原子氢焊、埋弧焊等被陆续发明出来。1931年,代表焊接工艺成熟的作品——焊接工艺制造全钢结构组成的帝国大厦建成,时至今日,帝国大厦依旧是不朽的纽约地标之一。

而中国的现代焊接直到1952年,新中国成立后才刚刚起步。

1952年,中国第一个焊接教研室——哈尔滨工业大学焊接教研室正式成立;四年后,哈尔滨焊接研究所成立;1962年,中国机械工程学会成立焊接协会,同年,该协会编写并出版了焊接教材、于哈尔滨召开第一届全国焊接年会。

1964年,中国成为国际焊接学会正式会员,至此,中国焊接行业与世界接轨。

此后,中国现代焊接发展愈发迅猛。1970年,晶闸管逆变焊机问世;1987年,中国焊接协会在北京成立;1989年,哈尔滨现代焊接生产技术国家重点实验室成立;1983到1991年,成都电焊机研究所、清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学相继推出了各式开关器件的逆变焊机。

1990年,高频逆变技术得到了长足的发展,100KHz的MOSFET逆变焊机开发成功,并应用到民用焊机市场中;2000年,以IGBT单管的逆变焊机被广泛应用到民用焊机领域;2007年,中国焊机学者与厂商开始进行焊机数字化(包括半数字)的研究和应用工作。

在此期间,中国出现了一批焊接专家、带头人,如中国科学院院士潘际銮、中国工程院院士关桥、中国工程院院士徐滨士、中国工程院院士林尚扬等。

二、焊接应用“百花齐放”

实际上,早在上个世纪,焊接就已经应用在工业、汽车、建筑、军工、船舶、航空航天等领域。

在汽车领域,1933年,第一台使用弧焊和电阻焊工艺制造的全焊结构的FORD牌汽车下线;在建筑领域,世界上最高的悬索桥——旧金山的金门大桥建成通车,这座大桥由87750吨钢材焊接而成;在军工领域,二战时期舰艇、飞机、坦克及各种重武器的制造均采用了大量的焊接技术;在船舶领域,1956年,中国第一艘自行设计建造的万吨级远洋船“东风号”成功交付;在航空航天领域,1970年,长征一号成功发射了中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”。

进入21世纪,随着工业场景的日益复杂和新能源行业的蓬勃发展,焊接技术在冶金、石油、电子设备、新能源汽车、新能源电池及集装箱等多个领域得到广泛应用。同时,焊接机器人也迎来了真正的技术革新。借助光学传感器技术和智能控制系统的加持,新一代焊接机器人展现出更强的适应能力和更高的精密度,能够与生产线无缝对接,实时监测并优化焊接过程,确保产品质量。尤为令人瞩目的是,通过巧妙融合机器视觉、激光跟踪等先进技术,焊接机器人的智能化、自主化和柔性化性能得到显著提升,成为推动制造业转型升级的重要动力。

(▲图片来源于网络)


据业内人士透露,目前,船舶、新能源汽车、钢结构焊接的发展最被看好。

钢结构被广泛应用于下游工业厂房、高层及超高层建筑、航站楼、火车站、火电厂、桥梁等领域,2020年7月住建部联合多部委印发的《绿色建筑创建行动方案》的通知中提出了“大力发展钢结构等装配式建筑,新建公建原则上采用钢结构”,焊接的需求将随着钢结构的需求逐步增加。

焊接行业非常重视场景的适配性,面对复杂的作业场景、不同的焊接材料和不同等级的焊接需求,发展出多种焊接工艺,可粗略分为三大类——熔化焊、压力焊和钎焊。

(▲图片来源于网络)


其中,弧焊可广泛用于各种金属制品的焊接,也是目前工业生产中最为广泛的焊接方法,钢结构领域一般采用弧焊的焊接方式,有业内人士认为,弧焊入门容易,但做好很难。 

而激光焊精度较高,适合微型零件的焊接,由于手持激光焊产品操作简单,近年来应用愈发广泛。

压力焊分为电阻焊、摩擦焊、扩散焊和高频焊。

由于电阻焊中的点焊主要应用于薄板焊接,体现在汽车驾驶室、车厢等部分,因此汽车领域中点焊技术最为常见。

钎焊分为烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊三种工艺。其特点是耗能小、用时短、温度低、成本低,但只能焊接相同或相近的金属材料,焊接强度较低。

从焊接场景和焊接技术的多样性就可以看出,焊接机器人的制造并不容易。

三、移动焊接机器人革新智能焊接领域

随着中国焊接技术的发展和工业自动化的进步,固定焊接机器人无法满足复杂的焊接需求,机器人已经不再简单地执行命令,而是开始学会预测和判断并适应复杂环境。而结合人工智能算法的支持,此外,集成化设计、多功能性以及易于操作和维护,这些机器人甚至可以实现自我学习并逐步优化自己的行动策略。

移动式焊接机器人作为工业自动化领域的重要组成部分,近年来得到了快速的发展和应用。这类机器人结合了先进的机械、电子、计算机和传感技术,能够实现自动化、智能化的焊接作业,相比于传统的固定式焊接机器人,移动式焊接机器人可以在工作区域内自由移动和操作,从而能够自动完成分配的焊接任务,无需人工进行辅助操作,是一种高效、灵活、智能的自动化焊接工具,能够大大提高生产效率和品质,减少人工干预和成本。随着移动式焊接机器人市场的兴起,众多焊接产业链上的企业应运而生,并成功出海。



根据调研显示,焊接机器人的智能化、自动化趋势愈发强烈,其产品正在从示教机器人向免示教机器人发展。

仁新机器人焊机专注移动式焊接机器人,配备SLAM自主导航、3D视觉、机器人控制技术已广泛用于钢结构行业打造钢构焊接解决方案。


(▲仁新机器人焊机-移动焊接机器人)


(1)SLAM自主导航

仁新机器人焊机SLAM自主导航具备高精度定位、实时地图构建与更新、智能避障、路径优化、适应复杂环境、简便用户交互,以及实时数据同步与反馈的特点,确保在各种工作场景中的焊接操作安全、高效和精准。

(2)3D视觉免编程免示教

通过先进的3D视觉技术和图像处理算法,仁新机器人焊机能够自动识别和规划焊接路径,无需人工操作引导。特别适用于小批量、非标准工件的焊接,在工作效率和焊接精度有突破性的优势,尤其在钢结构、铁塔、船舶、重工等行业中广受欢迎,能够满足这些行业对免示教机器人的巨大需求,进一步优化生产流程并降低人力成本。

(3)AI技术

通过集成先进的AI语音识别和手势识别技术,用户能够直接用语音指令和手势操作机器人,完全代替传统的键盘输入方式。这种创新的人机交互方式不仅提高了操作的便捷性和效率,还大大减少了学习曲线,使得操作者可以更加专注于焊接本身。特别适用于需要频繁调整和高度灵活性的工作环境,为钢结构、船舶和重工等复杂工业应用提供了智能化解决方案,提升了整体操作的安全性与便捷性。


(▲仁新机器人焊机生产园区)


随着技术的不断进步,仁新机器人焊机预计将在焊接行业中占据更加重要的地位,通过持续推动技术创新,满足未来市场的需求,并在智能制造领域发挥更大的作用。

我们诚邀您联系我们,了解更多关于仁新机器人焊机的信息,或安排产品演示。与仁新机器人焊机合作,共同把握智能制造的机遇,共创美好未来。


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