打造面向未来的智能化焊接中心——走进中航工业制造所机器人搅拌摩擦焊
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
中心本报记者 韩宵宵
机器人搅拌摩擦焊系统模型图
设备柔性化、技术多样化、产品批量化已经成为中国搅拌摩擦焊产业发展的大方向，机器人搅拌摩擦焊集先进焊接技术、柔性焊接、批量生产等优势于一身，迎合产业发展方向，势必成为中国搅拌摩擦焊技术与装备发展的大趋势。基于此，2013年7月8日，在中航工业制造所承办“中国首台机器人搅拌摩擦焊系统推介会”期间，中国第一家机器人搅拌摩擦焊工程中心揭牌成立。日前，本报记者走进中航工业制造所机器人搅拌摩擦焊工程中心，并采访了中心负责人董春林博士(研究员)。“面
向未来的智能化焊接中心”是记者所能想到的对该工程中心最恰当的描述。
诞生顺应未来
谈及机器人搅拌摩擦焊工程中心建立的初衷，董春林博士认为，这是中航工业制造所顺应未来智能化自动化焊接技术与装备产业化发展的一大举措。
从国家制造行业大的发展趋势来看，目前人力成本越来越高。航空航天、汽车、船舶、轨道交通、电力、冶金等行业对绿色轻量化制造的需求也越来越高，先进的搅拌摩擦焊技术与柔性搅拌摩擦焊装备将成为这些行业关键零部件产品实现绿色轻量化、高效精益生产的关键。如果能够把工业机器人和搅拌摩擦焊这两项技术很好得结合起来，能更好发挥搅拌摩擦焊这种绿色环保焊接
方法
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的技术优势，实现空间复杂结构产品的高质量焊接制造和批量化生产，这将进一步提升搅拌摩擦焊的作业柔性和适用性，有利于搅拌摩擦焊专业技术纵深发展，拓展深化技术服务，在高端搅拌摩擦焊装备市场，形成技术、装备、市场优势局面。
现状影响未来
作为一个新的技术领域，中航工业制造所能够为机器人搅拌摩擦焊工程中心的发展提供哪些优势条件呢,董春林博士说道:“自2002年，中航工业制造所与英国焊接所合作成立中国搅拌摩擦焊中心，同年中航工业制造所全资成立了北京赛福斯特技术有限公司，搅拌摩擦焊在中国已经发展了12个年头。中航工业制造所在搅拌摩擦焊基础研究、多种材料结构的焊接工艺技术开发、专用装备研发与工程化应用方面取得了很多成绩，走在了国内的前列。12年来中航工业制造所在搅拌摩擦焊领域取得的成果为机器人搅拌摩擦焊工程中心的发展奠定了坚实的基础。此外，中航工业制造所技术体系完善，多项先进制造技术实现了工程化应用，尤其在五坐标数控加工装备研制及数字化制造领域取得了丰硕成果，这些都将有力支撑机器人搅拌摩擦焊工程中心的发展。”
然而，机器人搅拌摩擦焊接并非是将工业机器人与搅拌摩擦焊机头简单组合就可以实现的，其技术优势与难度并存。董春林博士清醒地看到了横亘在美好未来面前的一系列技术难题:第一，机器人搅拌摩擦焊接是一个“硬碰硬”的过程。搅拌摩擦焊是一种类似于塑性压力加工的固相焊接技术，与其它熔化焊方法不同，搅拌摩擦焊接过程中，搅拌工具与被焊材料直接接触，并施加很大的焊接作用力(通常大于2kN)，通过摩擦搅拌使材料塑化并发生塑性变形，这要求机器人的各个运动轴都要承
受很大的作用力。实现机器人搅拌摩擦焊的基本条件是机器人负载能力必须很高，通常要求大于500kg，而且对于机器人在高载荷作业条件下的工作稳定性、重复定位精度、空间位置和姿态规划都有很高的要求。目前在国际上这种重载高精度工业机器人只有少数几家企业能够研发出来，这也一定程度上制约了机器人搅拌摩擦焊技术的发展。第二，机器人搅拌摩擦焊对于焊接机头的结构设计和功能实现要求非常高，尽量做到轻便、实用。第三，需要实现更高程度的智能化焊接，这就意味着在工作过程中，通过各种传感器和闭环控制系统的集成，能够实现焊缝自动识别、焊接路径规划、焊缝跟踪以及恒压力控制。第四，目前比较成熟的工业机器人都是国外研发的，其本体控制系统开放程度有限，如何将工业机器人运动姿态控制、搅拌摩擦焊机头控制、焊接过程传感与实时控制三者有效集成起来也是一个难题。
团队成就未来
中航工业制造所抽调高水平的专业技术人才来组建机器人搅拌摩擦焊工程中心。尽管由于刚刚组建，这支科研团队还不足十人，但个个都是精兵强将。其中，团队负责人、在搅拌摩擦焊领域获多项专利和荣誉的董春林博士负责总体技术研发和应用推广;李继忠博士负责机器人搅拌摩擦焊工艺研发;中心还配备了专业的电气工程师、机械工程师、软件工程师等。
目前，这支队伍正在开展多项科研任务:申报了多项研发课题，包括中航工业技术创新基金重大项目;在工艺技术研发方面，针对目前航空领域型号研制的新需求，结合现有的科研项目，开展针对空间复杂曲面焊缝结构的机器人搅拌摩擦焊工艺研发;并设计研制了新一代适用于机器人的静轴肩搅拌摩擦焊机头;此外，还开展除了搅拌摩擦焊之外其他焊接方法的机器人系统集成技术，如弧焊机器人的系统集成，等等。
除了自身开展科研攻关外，机器人搅拌摩擦焊工程中心
计划
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与其他机构进行深入合作。2013年中心已经与KUKA机器人中国公司签订了战略合作
协议
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。近期计划与KUKA机器人集团、ABB机器人公司、中航工业相关研究所深入合作，利用国外新型重载工业机器人和工程中心自行研发的搅拌摩擦焊机头，研发包括常规搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、双轴肩搅拌摩擦焊等在内的一系列新技术和装备。
目标指引未来
“建立国内一流、国际先进水平的机器人搅拌摩擦焊技术中心和工程应用推广中心，拓展先进搅拌摩擦焊技术与机器人装备的应用规模和工业
领域，实现产业化发展”是机器人搅拌摩擦焊工程中心的发展愿景。为此，机器人搅拌摩擦焊工程中心制定了详细的“近期发展目标(2013年~2018年)”和“中长期发展目标(2018年~2028年)”。在三至五年内，攻克适用于机器人应用的搅拌摩擦焊机头研发技术，实现机头的轻量化、机构紧凑化;实现某些特种工艺的需求，包括可以降低焊接热输入量的静轴肩机器人搅拌摩擦焊、可以实现各种复杂三维结构点焊的机器人搅拌摩擦点焊、可以降低对机器人负载能力要求的双轴肩机器人搅拌摩擦焊等新工艺技术;研发机器人搅拌摩擦焊系统集成技术，进而把各种传感器(视觉传感器、压力传感器、扭矩传感器等)与焊接控制系统、机器人运动控制系统集成在一起。
在市场方面，重点开发航空、汽车、电力电子等行业领域，针对飞机机身结构、航空发动机铝合金叶片、散热器产品，形成先端技术装备研发和工程化产品开发能力，实现部分产品的试制和小批量产。
展望未来，董春林博士
表
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示:“我们一定要开发出具有自主知识产权的机器人搅拌摩擦焊系统，在系统集成方面达到国际先进水平，为中航工业各主机厂所以及其它工业制造行业提供高性能的智能化机器人搅拌摩擦焊接装备和专业化的技术服务。”
浙公网安备 33021202002483