焊接指南：焊接機械手和焊接變位機的使用

Q: 如何為我的專案選擇合適的焊接機械手？

選擇焊接操作機時，應考慮焊接類型、焊接電源和特定焊接條件等因素。選擇合適的焊接設備至關重要，它不僅要滿足焊接任務的需求，還要能提高生產效率。

Q: 使用焊接機械手進行焊接任務時應考慮什麼？

使用焊接機械手時，必須考慮特定的焊接條件、焊臂的作業範圍以及與焊接電源的兼容性。正確的設定和調整有助於在焊接項目中取得最佳效果。

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焊接通常被描述為科學與藝術的融合，它本身就具有一系列複雜因素，需要不斷提升專業技能，並且需要最優質的設備來克服這些挑戰。焊接工作台和焊接立柱的使用能夠顯著提高焊接工藝的品質及其在各種應用中的效率。焊接旋轉器和操作機經過專門設計，旨在簡化焊接過程，提高操作員的安全性，更重要的是，提高生產效率。

因此，本文將重點介紹焊接工裝和搬運系統如何透過提高（而非降低）工廠內部及週邊的精度因素來增強焊接過程。無論焊工是熟練焊接技能還是剛開始學習，本文都將解釋它們在焊接工藝中的應用、相關優勢以及如何根據具體情況選擇最合適的設備。準備好將您現有的焊接工藝提升到一個全新的水平。

了解焊接和焊接工藝

焊接是零件製造的主要形式，透過加熱、加壓或兩者兼具的方式將兩塊或多塊金屬連接在一起。焊接包括將母材熔化，並在必要時添加金屬以形成更牢固的結合。 MIG（金屬惰性氣體保護焊）、TIG（鎢極惰性氣體保護焊）和焊條焊等多種焊接方法適用於特定塑膠和某些其他金屬。為了確保焊接的可靠性，焊接產品的限制、待連接材料以及焊接設施等各種要求都已解決。掌握這些基本知識對於實現持久且精確的焊接至關重要。

什麼是焊縫？

焊接是將兩片或多片金屬、熱塑性塑膠或其他類似材料透過熔合永久連接在一起，形成牢固緊密的接頭的工藝。焊接工藝透過加熱、加壓或兩者兼而有之，必要時還可使用填充材料來增強接頭強度。焊接過程中，工件邊緣加熱至熔點。移除熱源後，邊緣融合，形成牢固（有時為多孔）的接合。焊接幾乎應用於人類生活的方方面面，主要應用於建築、能源生產和供應、製造業以及汽車和航空航太領域，因為焊接形成的接合既耐候又持久。雷射和機器人技術的進步使焊接工藝在精度和速度方面達到了新的高度。

焊接工藝類型

選擇正確的焊接方法

選擇焊接方法的因素很多，遠不止於此。其中一個因素是製造材料，以及其他考慮因素，例如製造目的、製程時間和成本、品質要求等等。然而，最新更新清楚地表明，對於業餘和非專業人士來說，MIG（熔化極惰性氣體保護焊）仍然是最常用的焊接方法之一，大多數人都在使用。它操作簡單，因此受到大多數初學者的青睞，並且適用於各種金屬。另一方面，當應用涉及薄材料且對精度要求更高時，鎢極惰性氣體保護焊 (TIG) 工藝是必不可少的，因為它可以提供整潔牢固的焊縫，儘管這需要複雜的技能和學習。

在家庭之外，焊條電弧焊 (SMAW)，也稱為焊條焊接，仍然是許多專業人士的首選，尤其是在建築和維修等行業中從事較重金屬焊接的人員。相較之下，雷射焊接技術已成為航空航太或醫療設備等各種場合精密焊接的有力工具。機器人焊接是另一種在生產效率和控制方面均有顯著提升的技術，尤其是在自動化生產專案的組裝中。

歸根結底，在如何選擇「正確」條件的最終分析中，人們必須權衡機構的需求與可用的資源和人力資本，以便在給定的成本和時間限制內實現最佳績效。

焊接定位器：提高精度

提高焊接工藝精度和生產率的主要因素之一是焊接變位機的使用。這源自於焊接工藝，即利用焊接源的熱量將工件局部加熱，熔化金屬，從而實現焊接。該工藝涉及製造、維修和施工等行業。變位機透過固定和旋轉待焊工件，使焊工能夠到達難以觸及的角落並找到最佳焊接位置，從而獲得高品質的焊接。這有助於焊工減少停工次數，提高工作效率，使這些工具在大多數情況下都能輕鬆完成複雜繁重的任務。此外，由於其精確的移動性，這些工具在焊接兩側時，還可以透過消除現有間隙或連接需要徹底清潔後再進行二次焊接的小焊接來實現其他功能。此外，大多數涉及焊接的建築、造船和船舶維修項目都要求焊接部分盡快完成，並盡量減少錯誤。因此，無論是手動焊接還是機器人焊接，任何焊接過程都需要配備變位機。

什麼是焊接定位器？

A 焊接變位機是一種用於在焊接過程中移動和定位工件的焊接附件。其主要功能是提供一種方式來旋轉或調整工件沿其軸線方向，以獲得更有利的焊接位置，既高效又準確。它透過將工件固定到位來幫助操作者做到這一點，從而使某些焊接接頭的操作更容易，並使焊接更精確。然而，隨著目前技術的發展，大多數現代焊接變位機都具有自動化特性，可以預先設定焊接工件的旋轉或平移，從而減少人工幹預。焊接變位機是許多經濟領域（例如製造業、建築業和汽車工業）中久經考驗的儀器，這些領域需要在保持一致的焊接質量的同時處理體積大、重量重且複雜的工件。每個製造車間如果沒有焊接變位機都是不完整的，焊接變位機可以提高現場安全性並提高專案品質。

使用焊接定位器的好處

提高焊接品質

工件變位機能夠精確控制工件本身的移動，從而產生顯著的正面效果。這在焊接過程中非常有用，因為它可以將焊接面重新調整到焊接位置，也適用於其他工序。

提高生產力

焊接變位機透過各種控製手段，減少了手動操作和工件調整的時間。優化的焊接過程能夠顯著提高工人的生產效率和產量，並透過消除工作流程中的這些限制，大幅縮短專案週轉時間。

更安全的工作環境

焊接變位機有助於減少操作人員向上或橫向移動工件的體力勞動。這種特殊設備還能幫助操作員避免在焊接過程中處於不利或危險的位置。

應用的多功能性

焊接變位機的設計適用於各種尺寸、形狀和材料的工件。從小型零件到幾層樓高的橫樑和支架——由於其機動性極佳，它們在建築、能源和航空航天等領域的應用領域中都可謂是如出一轍。

節約成本

雖然初期購買焊接變位機可能會產生大量成本，但從長遠來看，預計在效率、人工成本和材料浪費方面將節省。能夠使用非常年輕的焊工提供可靠的服務，也減少了返工的需求，從而避免了返工浪費大量的時間和材料。

選擇合適的焊接變位機

在選擇最適合專案需求、達到最高效率的最佳焊接變位機時，需要考慮幾個關鍵因素。在決策過程中值得考慮的因素包括：

選擇定位器時，文件是首要考慮的因素。選擇最合適的定位器需要提供定位器評測、功能和性能的文件。透過這些文檔，您將能夠解答相關的工作問題。

承載量

透過稱量材料來確定項目所需的材料量，確保所購買焊接定位器能夠處理最重的項目，而不會犧牲安全性或性能。

旋轉和虛空

再次，在鋁焊接車間使用變位機的範圍越廣，利潤就越高；從這個意義上講，選擇可以傾斜也可以旋轉的變位機。

速度控制

了解焊接機在每個階段相對於材料的運動，還需要考慮公差水平。這有助於保持焊接品質並提高生產精度。關於焊接機的速度控制，建議的設備等級應允許根據應用和所選材料調整速度。

自動化技術

目前的定位器通常配備可整合到機器人焊接系統或可程式邏輯控制器的技術。此外，這有助於提高操作員重複執行相同任務的效率。

耐用性和建造質量

建議使用優質材料製成的焊接變位機，因為從長遠來看，它可以節省額外成本。重型工業用途最適合更堅固的設計。正因如此，由於旋轉變位機在航空工業中的廣泛應用，人們開發了狀態監測系統來提供預測性維護，從而減少對備用零件和徹底維修的需求。

預算和投資報酬率

儘管新設備的成本是必要的，但也要考慮定位器能多快收回成本。

然而，在適用的情況下，必須估算實施所需改進的成本以及升級可能帶來的效益。

平衡所有這些考慮因素並利用行業目前的說法，例如，自動焊接變位機設計的新興市場，可以選擇既可操作又可成長的焊接變位機。

機器人焊接：焊接技術的未來

機器人焊接正在透過提高精度、效率以及安全性來革新焊接行業。機器人焊接利用專門設計用於執行焊接功能的機器人設備來實現這一目標，這些設備能夠確保焊接作業的一致性，並避免人為因素造成的可避免錯誤。機器人設備持續執行的操作節省了生產時間，因此在大量生產中廣泛使用。此外，只要工作環境安全，使用機器人焊接也更具吸引力，這主要是因為操作員無需暴露在危險的環境中。感測器和電氣控制等各種尖端技術的出現，使得這些功能在現代製造業中變得至關重要。

機器人焊接簡介

機器人焊接以其卓越的特性，包括精準度、速度和多功能性，徹底改變了製造業。從新興技術和行業實踐中不難預測，機器人焊接的效率將不斷提升，大多數錯誤將被消除，從而提高產品及其生產的品質和標準。入站技術提供的數據證實了這一事實，這表明最常見的問題是「如何使用機器人來提高焊接過程的生產效率？」。更具體的答案在於機器人能夠不間斷地工作，在重複性任務中保持高精度，並根據不同的材料和焊接方法進行特定的調整，因為所有功能參數均可調整。這些方面提高了效率並降低了成本；因此，機器人焊接正成為一種備受青睞的工具，它能夠釋放企業在動盪的市場環境中提升銷售的能力。

自動焊接的優勢

提高效率

當工業企業在製造過程中使用自動化焊接設備時，由於無需擔心身體疲勞，生產很少會暫停。產業報告顯示，與手工焊接相比，機器人焊接可節省高達50%的時間。

焊接自動化有利於提高品質、精度和一致性

焊接過程中使用機器人可確保焊接結果均勻、品質高，並最大程度地減少缺陷。缺陷的消除提高了接頭的質量，而無需增加返工成本或時間。

經濟優勢

雖然引進自動焊接技術的成本較高，但長期來看，成本降低幅度更大。這是因為人工成本更低，原料也更便宜，不會浪費，而且任何操作都不需要過多的時間。

除了這些自動化技術帶來的許多好處之外，工作條件也得到了改善。工作現場將不再需要對有效載荷的沉降進行「二等分」式的確定，因為這種做法在大多數重工業現場已經不再適用。

機器人焊接在各行各業的應用

機器人焊接因其在製造過程中實現高精度、高效率和自動化等諸多優勢，如今已在許多行業中得到認可和廣泛應用。下文將探討一些應用機器人焊接的重要領域：汽車、航空航太和船舶、建築和基礎設施以及電子產業。

汽車業

汽車產業比大多數產業更廣泛地使用機器人焊接技術。機器人在車身製造過程中發揮著至關重要的作用，它能夠切割焊接路徑，取代人工焊接笨重的金屬零件。這確保了無缺陷的質量，並透過減少勞動力實現了高產量，從而降低了運行成本。例如，根據數據顯示，在過去幾年中，機器人焊接對汽車生產效率的貢獻已從13%提升至20%。

建築與建築環境

機器人技術廣泛應用於大型建築項目，用於自動化切割、打磨、連接和焊接結構鋼構件、板材等工序。技術進步提高了焊接效率，從而減少了變形，並延長了結構的使用壽命。建築機器人應用範圍的擴大或許源自於人們對更快建造速度的特殊需求。

航太

航空航太製造自然是一個要求精準、嚴格遵守最高安全標準的領域，並且涉及許多變數。飛機部件的等溫製造方法已在鈦合金框架飛機和燃料容器的組裝中使用機器人焊接。極致的機器人技術確保了焊接品質的卓越，這一點任何行業專業人士都深有體會。

造船及海事

如今，造船業的發展很大程度源自於船舶機械部件需要進行大量手工焊接的需求。機器人焊接技術的創新有望顯著縮短船舶、潛水艇和其他海洋結構部件的建造時間，尤其是在安裝非常厚重的材料時。

電子製造和機電一體化

隨著電子產品尺寸越來越小，機器人焊接已成為實現精確校準接頭（例如電路板和電池中的接頭）的必要條件。這也保證了任何高科技應用的一致性和標準化。

機器人焊接系統在這些領域的爆炸性成長不容忽視，因為它們是解決現代製造業難題的主要方案。上述發展凸顯了機器人焊接在工業生產中的重要性，並預示著未來的發展方向。

提高焊接作業的生產效率

有序的焊接系統有助於將公司與機器人焊接實踐聯繫起來，並實現工業機器人、自動化和焊接技術的目標。在焊接實踐中使用機器人具有優勢，因為它是一種旨在解決特定問題或滿足特定需求的解決方案。同樣，將機器人的先前定義與焊接相結合，有助於區分焊接機械手，並整合現有的機器人焊接實踐知識。此外，了解焊接機械手與機器人的差異將有助於補充工業機器人在焊接領域的知識。所有這些交會點都凸顯了設計和製造用於焊接用途的機器人機械手的必要性，除了噴漆、搬運和裝卸之外。

提高生產力的策略

在提高焊接效率時，文中討論的策略可能會有所幫助：

讓自動化接管

簡化工作執行階段，減少額外設施，因為工作效率更高，而非更多，才能更好地與營運保持一致。事實證明，精心設計的製造方法可以將效率提高20倍。

改進員工激勵計劃

經過這樣的培訓，技術工人可以比以往更輕鬆地投入工作。根據行業機構的研究，實施所有必要的培訓計劃可以使績效的數量和品質提高15%。

機械工業

對合格工人的需求與無需工人和輔助設備的機器人的基本負載直接相關。因此，據估計，30% 至 60% 的生產力將轉移到車間的手動操作，這決定了生產線的速度。

建立品質管理體系

制定精益策略非常有效，在這種情況下，精益策略涉及有效消除製造缺陷，主要是由各道精加工環節的製程缺陷引起的缺陷。維護良好的品質體係可以平均減少25%的缺陷，進而提高效率。

營造健康有秩序的環境

整潔、維護良好且安全的工作場所有助於減少錯誤和時間損失。現有數據顯示，例如，遵守安全預防措施的企業業務成長了12%，員工也因此免受干擾，能夠專注於自己的工作。

透過非常規應用上述策略，人們可以創造並推動焊接分數的大規模提高。

手動與自動焊接技術

手工焊接適用於複雜多樣的工作，而自動化焊接則非常適合標準工作。

參數	手動操作	自動
靈活性	高	低
精密	中度	高
速度	放慢	快
價格	低預付款	預付金額高
安全指引	有風險	更安全
技術培訓	長	強化-
浪費	更多	減
設置	快速链接	時間密集
一致性	多樣看板	可靠
最佳使用	自訂作業	批次作業

評估焊接生產率指標

在大多數情況下，當需要查看一些焊接生產率指標時，會應用一些足夠的閾值來衡量，這有助於準確計算製造商的效率和產量。諸如電弧開啟時間、沉積速率和缺陷率等指標也有助於評估整體性能。首先，電弧開啟時間決定了焊槍開啟時間的百分比以及非活動時間的百分比，從而提供了衡量工作效率的實際指標。例如，沉積速率以焊接量的形式說明了焊接過程的頻率，並與所用材料相比，起到焊接速度/模式的作用。值得一提的是，由於缺陷率導致的補救工作會增加返工費用。

最近的Google搜尋趨勢數據顯示，大多數企業目前傾向於搜尋一些先進的焊接技術，包括這些製程的自動化和即時監控。此外，透過控制錯誤和不足，機器人控制焊接系統等工具的使用可以顯著提高電弧穩定性和熔敷率。這不僅可以提高製程效率，還可以確保在激烈的工業活動中在成本效益方面更具優勢。

參考資料

串並聯混聯柔性焊接操作器振動抑制的多目標軌跡規劃方法 （Ban等人，2024）
- 主要發現：
  - 開發了一種串並聯混合柔性焊接機械手振動抑制的多目標軌跡規劃方法。
  - 此方法考慮了多個目標，包括振動抑制、能量消耗和路徑長度。
  - 結果表明，所提方法能夠有效抑制焊接操作機的振動，同時優化其他性能指標。
- 方法：
  - 建立了串並聯混聯柔性焊接機械手的動力學模型。
  - 制定多目標最佳化問題以最小化振動、能量消耗和路徑長度。
  - 使用多目標演化演算法解決最佳化問題。
基於深度強化學習與逆運動學混合演算法的焊接機械手無碰撞路徑規劃 （Zhong 等人，2021 年，第 1899–1912 頁）
- 主要發現：
  - 提出了一種基於深度強化學習的焊接機械手路徑規劃演算法。
  - 此演算法將深度強化學習與逆運動學結合，提高學習效率，防止局部最優策略的出現。
  - 結果表明，所提演算法在收斂性能、最優性和魯棒性方面優於其他規劃演算法。
- 方法：
  - 開發了基於深度強化學習的焊接機械手路徑規劃演算法。
  - 引入逆運動學模組來提供先驗知識，並引入增益模組來避免局部最優策略。
  - 進行了實驗以評估所提演算法在多個維度上的性能。
透過深度強化學習實現焊接機械手的無碰撞路徑規劃 （Hu 等人，2022 年，第 1–6 頁）
- 主要發現：
  - 提出了一種基於自適應強化學習的焊接機械手路徑規劃方法，以便在有限的場景中尋找無碰撞路徑。
  - 設計了一個子參與者網絡，在主參與者網絡上進行引導搜索，以實現實際的避障。
  - 將報酬分佈函數嵌入最大熵中，取代SAC的剪切雙Q學習，緩解Q值的高估。
- 方法：
  - 開發了一種基於自適應強化學習的焊接機械手路徑規劃方法。
  - 利用子參與者網路進行引導搜尋和基於最大熵的 Q 學習，以提高學習效率和安全性。
  - 透過群體環境中的路徑規劃實驗評估所提出的方法。
中國頂級焊接操作機製造商和供應商