哈尔滨焊接研究所近年来成果简介

机械科学研究院哈尔滨焊接研究所党委书记兼副所长何实

１简述哈焊所焊接工艺装备及自动化的发展历史

哈尔滨焊接研究所于１９５６年建所，历经５０年的发展历程，目前是集科研、生产、经营与行业服务为一体的科技型企业。业务涉及了特种焊接材料，特种工艺装备，失效分析，无损检验，焊接自动化及人员培训等领域。焊接材料包括丝、条、带、剂及钎料；焊接工艺包括熔焊、压焊、钎焊和高能束等工艺方法以及堆焊、热喷涂等表面改性技术。其中熔焊涉及到的工艺方法有：ＣＯ２气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊等。压焊涉及到的工艺方法有：电阻焊、高频焊、热压焊、摩擦焊等。高能束焊涉及到的工艺方法有：电子束、等离子、激光焊接等。自动控制发展包括：计算机仿真、微电子控制、现场总线、信息处理以及工业机器人柔性化等。其成果已广泛应用于电站、核能、石油、石化、汽车、摩托车、机车车辆、工程机械、航天航空以及家用电器等行业，取得了显著的经济效益和社会效益。

２简要介绍哈尔滨焊接研究所取得具有代表性的成果

２．１熔焊领域具有代表性的焊接工艺装备

２．１．１窄间隙埋弧焊机

用途：主要用于厚壁（１００ｍｍ厚以上）压力容器的环缝及纵缝焊接。

特点：设备采用ＰＬＣ可编程控制器控制，整个焊接过程全部自动化。具有横向自动跟踪和高度自动跟踪功能，横向跟踪精度小于±０．２５ｍｍ，高度跟踪精度小于±０．５ｍｍ。

应用领域：主要服务于锅炉、化工机械、核电、重型机械等行业。

双丝窄间隙埋弧焊方法于１９８５年获得了中国发明专利见图１。成功焊接了神华煤液化反应器，产品直径５５００ｍｍ，壁厚３３７ｍｍ，产品总重量为２０６０ｔ，是世界上最大的反应器。

２．１．２大口径直缝钢管成套自动焊设备及产品

用途：主要应用于油、气等的长输管线的焊接。

组成：焊接生产共包括预焊、内焊和外焊三道工序。预焊采用高速气体保护焊方法的定位焊；内焊、外焊均采用四丝埋弧焊。生产中所用的设备包括预焊机、内焊机和外焊机三种。

特点：预焊机采用了激光跟踪和摄像监视等手段。预焊工艺方法采用ＭＡＧ焊，焊接速度≤８ｍ／ｍｉｎ。内焊机头与外焊机头均装有激光指示器、摄像头、横向随动跟踪机构、横向和高度调节机构等，焊接速度为３．０ｍ／ｍｉｎ。

该设备已为中国的西气东输建设发挥了重要的作用（图２）。

２．１．３直、弯管内壁自动ＴＩＧ堆焊机及产品

用途：直、弯管自动ＴＩＧ堆焊机主要用于热壁加氢反应器、石油、化工、核电等大型压力容器封头接口部弯管内壁堆焊不锈钢耐蚀层（图３）。

特点：焊接工艺采用双层气流保护的ＴＩＧ填丝堆焊。工业可编程小型机控制的六轴协调运动系统。内建数学模型，自动生成运动参数。变转速、变摆宽、横移定位、偏转定位、堆焊道位移及电弧电压自动调节。

参数：弯管堆焊后内径１５０～５００ｍｍ，曲率半径３５０～１２００ｍｍ，弯管最大角度９０°，单层堆焊厚度２．５～３．５ｍｍ，卡盘承载量≤５００ｋｇ。

２．１．４筒体环缝数控ＭＡＧ自动焊机

特点具有自动排列焊道和摆动功能，工件可变位，全部自动完成，可预置７种工件的焊接参数，采用人机界面（图４）。

工件尺寸工件直径８０～ ５００ｍｍ、长度１００～３０００ｍｍ、壁厚５～４０ｍｍ。

２．１．５多功能龙门式自动焊机

用途：该专机用于铁路客车的顶棚、空调机组座等焊接。

特点：采用三维运动龙门机架，以及先进的激光视觉实时焊缝跟踪装置，适用于水平位置两维方向对接、搭接及角接接头的焊接。该机是为长春客车厂设计的（图５）。

２．１．６龙门式双头自动跟踪焊接机

特点：龙门式双头自动跟踪焊接机是专为生产大型机械装备的梁、柱结构而研制的（图６）。控制系统采用ＰＬＣ可编程控制器控制，设备可以进行细丝埋弧焊和气体保护焊两种工艺方法的焊接，焊接机头配备接触式两维自动跟踪系统，横向跟踪精度小于±０．５ｍｍ，高度跟踪精度小于±０．５ｍｍ。

产品尺寸：可焊接箱型梁的最大截面为３ｍ×２．５ｍ，最大长度可达５０ｍ。

２．１．７冷藏集装箱Ｔ形铝地板自动拼焊机

组成：具有双工位，龙门架横梁上安装四把焊枪同时进行焊接。８条１２ｍ长的焊缝，龙门架往返一次即可完成。配有滑动压紧机构，防止工件变形（图７）。

２．１．８焊接机器人的应用

（１）宝来轿车前纵梁焊接机器人生产线组成：这是一汽大众首次采用国内企业装备集成的轿车生产线，该生产线安装在焊装车间宝来Ａ４主焊流水线上。为该生产线提供了两个工作站，一个是前纵梁组合点装工作站，另一个是机器人焊接工作站（图８、９）。

特点：采用升降式传输滚床进行车身的传输和定位，所有工装夹具均采用三座标测量仪进行测量，安装精度达到±０．１０ｍｍ。信号通讯采用ＩｎｔｅｒＢｕｓ－Ｓ现场总线。通讯介质采用光纤。

（２）沈阳机车车辆有限公司的Ｃ６４端墙焊接机器人生产线组成：整条生产线由两条独立的焊接生产线组成，每条生产线均包括待焊工位、机器人焊接工位、正面补焊、翻转工位、背面焊接工位等。工位与工位之间的传递，通过可编程控制器控制进行自动化传递和翻转。点装工位位于两条生产线的中间，同时向两条生产线提供点装后的工件。生产节拍８～１０辆货车端墙（图１０）。

特点：机器人系统采用奥地利ｉｇｍ公司Ｒｔｉ２０００焊接机器人，ＥＬＳ激光焊缝寻找装置以及电弧焊缝实时跟踪装置。该生产线引进国外机器人，自行设计制造外围机械系统与电控系统。机器人焊接过程采用７轴协调控制，工件传输系统采用辊道式。

（３）重庆重型铸锻厂的Ｃ６４端墙焊接机器人生产线（图１１）。

（４）大型焊接机器人工作站。

用途：适合大重型工件的焊接。

组成：自行开发的大型焊接机器人工作站，由自行设计的三维龙门机架、Ｌ型变位机与引进焊接机器人组成。

特点：三维龙门机架和Ｌ型变位机和机器人可以进行协调运动，即组成了一个１１轴运动系统。工作站采用焊缝起始端寻位装置和电弧跟踪装置，并用先进的ＳＥＲＶＯ－ＲＯＢＯＴ公司的激光视觉传感器进行焊缝的跟踪和传感。

性能参数：三维龙门机架的行程３５００ｍｍ × ２０００ｍｍ × １０００ｍｍ，三维龙门机架的重复定位精度±０．２ｍｍ，Ｌ型变位机承载最大１０ｔ，Ｌ型变位机重复定位精度±０．２ｍｍ（图１２）。

２．２压焊领域具有代表性的焊接工艺装备

２．２．１螺旋翅片管高频焊接专用设备

特点：采用双驱动协调控制技术，使翅片螺距从４～３５ｍｍ可预先进行设定。采用先进的翅片成形及馈电技术，使焊接质量得到大大提高，生产效率提高两倍以上。

工件尺寸：直径为３２～ １６８ｍｍ；

工件材料：低碳钢、低合金钢和不锈钢；

应用领域：应用于石油化工、能源电力、锅炉制造、空冷空调及建筑采暖等行业（图１３）。

２．２．２全自动摩擦焊专机

可焊材料：铝和铜、铜和不锈钢、高速钢和结构钢等。适应不同截面和不同材料工件的焊接要求摩擦焊系列设备，所研制的摩擦焊设备顶锻压力为１３０ｔ。

可焊接高速钢和结构钢直径范围为２０～ ９０ｍｍ。

特点：具有人机界面、自动去飞边和采用形变热处理技术。

应用领域：主要应用于电力、电子、动力机械、化工、石油、汽车、飞机、原子能等领域（图１４）。

２．３钎焊领域具有代表性的

焊接工艺装备

压缩机壳体－三管自动火焰钎焊机见图１５。

用途：适用于储液器与铜管的焊接。

特点：多工位，生产效率高；采用进口分度机构，精确、平稳、可靠；具有燃气闭环控制，焊接质量稳定；具有人机界面，可以随时输入、修改及显示焊接过程参数（图１５）。

２．４高能束焊领域具有代表性的焊接工艺装备

２．４．１环缝自动等离子弧焊机

用途：主要用于筒体环焊缝的自动焊接。

特点：能对厚度５ｍｍ的中碳调质钢环焊缝进行稳定的等离子穿透焊接。工件尺寸：直径小于４００ｍｍ、长度小于２０００ｍｍ（图１６）。

２．４．２激光研发加工中心

中心组成：激光研发加工中心引进德国ＨＡＡＳ公司生产的２ｋＷ固体激光发生器，建立了机器人激光三维焊接、机器人三维切割及激光宽板拼焊等工作站，形成了一个集大功率固体激光加工工艺研究开发及产品加工的综合基地（图１７）。

主要从事工作：碳钢、不锈钢、铝、镁、钛及其合金等金属材料的激光、激光－电弧复合热源焊接、激光切割、激光热处理、激光成形等研究工作、技术咨询及对外加工业务（图１８、１９、２０）。

激光焊接与切割产品应用领域：广泛应用于汽车、航空、航天、军工及制造业中。

２．５超音速火焰喷涂技术

在引进美国ＴＡＦＡ公司生产的ＪＰ５０００系统基础上哈尔滨焊接研究所自行研制的ＪＫ－２４００液体燃料压缩空气超音速火焰喷涂系统（图２１、２２）。

用途：喷涂和焊接修复。

特点：可增加涂层的耐磨性和耐腐蚀性。

应用领域：产品主要用于航空、汽车、机车、矿上、石油、化工、冶金、机械等领域。

２．６热切割领域具有代表性的切割工艺装备

２．６．１数控火焰／等离子弧切割机

特点：全中文Ｗｉｎｄｏｗｓ９８操作系统，支持４种工作方式，有４４个现场参数化图形库，任意段程序返回、穿孔点返回、中断点返回以及起点返回，实时动态跟踪切割轨迹以及调节切割速度，断点、断电记忆（图２３）。

应用领域：冶金、机械、锅炉、造船、钢结构、化工、军工等行业。

２．６．２遥控水下等离子弧切割机

特点：全程序控制，视频跟踪，遥控调节，水下等离子弧切割（图２４）。

应用领域：核容器的解体，采油平台水下作业。AJ

作者简介：何实，１９５９年出生，工学学士研究员。现为哈尔滨焊接研究所党委书记。他先后参加并主持了九项重大专题研究和实验任务，有７项获国家、省、部、院级奖励。同时在国内外发表了一些高水平的论文，有２篇为Ａ类论文。１９９４年获“哈尔滨市新一代创业人”光荣称号；１９９５年被机械部命名为“中国机械工业青年科技专家”；１９９５、１９９７年被评为所优秀共产党员；１９９５年被评为所先进个人；１９９７年被哈尔滨市委授予优秀共产党员光荣称号；１９９８年被哈尔滨市评为第二十八届特等劳动模范；１９９９年被黑龙江省人大授予“劳动模范”光荣称号；２０００年被评为全国先进工作者。