人工智能技术在焊接装备及工艺控制中的应用现状

李凌阳

摘要：近年来，我国的人工智能技术有了很大进展，并在焊接设备及工艺控制中得到了广泛的应用。焊接技术在我国多个行业领域均有应用。自动化焊接新技术的发展，在机械制造领域发挥了重要作用。文章就人工智能技术在焊接装备及工艺控制中的应用进行研究，伴随人工智能技术的进步，焊接装备及工艺控制朝着更高水平发展。

关键词：人工智能；焊接；神经网络；模糊控制

引言

焊接技术是机械制造和工程建设领域的关键加工技术之一，其发展水平关系到新型材料的开发应用、关键零部件的精度寿命和重大工程的质量成本等内容。伴随着人工智能在焊接装备及工艺控制技术中的应用，焊接技术的自动化程度、控制精度、质量稳定性及其在极端特殊环境下的应用均得到了一定程度的提升。应用于焊接技术的人工智能涉及到专家系统、模糊控制和神经网络等研究方向，形成了焊接机器人、焊接工艺评定专家系统、焊接工艺智能设计系统、焊缝跟踪及柔性焊接等技术，促进了焊接机器人、焊缝追踪、焊接工艺控制、焊接工艺辅助设计和评定、焊接质量预测和评估等技术的快速发展。

1自动化焊接新技术的概念

自动化焊接新技术将机械化技术与自动化技术结合，实现了传统焊接技术的智能化，进一步拓宽了焊接技术在各个领域的应用。自动化焊接新技术与传统的焊接技术相比，最突出的优点是实现了智能化，降低了由人工焊接操作产生的焊接失误率，同时可以实现对转台和导轨床体等相关结构的操作，确保焊接质量符合产品的质量标准。

2人工智能技术在焊接装备及工艺控制中的应用

2.1专家系统应用于焊接工艺控制

专家系统应用于焊接技术，一般包括3个主要方面的内容：知识系统、开发环境和操作环境。知识系统是实现专家系统知识表达和智能推理作用的基础。知识系统通过数据库收集基础焊接工艺参数、设计规则、评定法规、母材信息、焊接材料、接头形式等基础数据，结合现有焊接专家经验和知识，通过计算机编程技术模拟人工进行分析推理，辅助技术人员进行工艺设计和评定，形成了焊接工艺评定专家系统、设计专家系统等技术。焊接工艺评定专家系统通常包括知识库、综合数据库、推理机、人机界面等部分。知识库用来存储和管理焊接工艺相关知识、规范、经验和规则等信息，为焊接工艺评定推理分析提供知识来源；综合数据库是一个动态数据库，用来存放初始数据和推理过程中的中间结果；推理机为该系统的控制中心，其功能是调用知识库和综合数据库中的数据，依据相关规则进行推理和决策，从而执行焊接工艺相关辅助设计；知识获取是从知识源中提取出问题并求解的专门知识，将其转化为计算机的内部表达内容；人机界面是开发和操作人员与系统进行交流的窗口，实现系统的输入和输出等功能。焊接工艺设计专家系统同样包括知识库、综合数据库、推理机和人机界面等部分。

2.2生产线

焊接机器人流水线是由多个工位（单元）通过工件传输线路相连而构成的流水线。该流水线仍保留了单一工位的特性，即每台仅可使用所选工件夹和焊接机械手的程式，并在变更工装和工序前，不得再焊其它工件。还有柔性焊接生产线。软线还包含多个工位，不同之处在于，被焊工件都装卡于一种固定的板架上，而软线可与任何一种机械相结合，并可自行锁定。焊接机器人系统首先识别出货盘的号码或货品，并在焊接时将其卸下。通过这种方式，每个零件都能进行无调整的焊接。在焊接软线上，通常有一条轨道式的子母车，它能把已经完成的工件从储存工位卸下来，再送到有空位的焊工工作站。也可以把焊接好的工件从工作台上移出，然后送到已加工的零件上。整个柔性焊接生产线由单台计算机进行控制。因此，在一天内，将大量的零件装配好，放到仓库中，可以实现无人或少人操作。根据工厂的特殊情况和需要，选择什么样的自动化生产方法。专用焊机主要用于批量大、修改速度慢、焊缝数量少、长、形状规则（直线、圆形）的产品；通常，采用机器人进行焊接，适合中、小批量生产，且焊缝数量较少。特别是在产品种类繁多、批量极小的场合，而目前国外公司正积极推行“无（少）货”“JIT”的管理模式，在此背景下，采用柔性焊丝更合适。

2.3提高生产环境的安全性

焊接机器人能代替人工完成危险或不适宜人工操作的焊接任务，提高生产环境的安全性。在传统的手工焊接过程中，工人需要长时间暴露在高温、高噪音、高尘等危险环境中，容易导致职业病和安全事故的发生。而且，有些特殊的焊接任务，如高空焊接、水下焊接、有毒有害物质的焊接等，更是对工人的身体健康和生命安全构成了极大的威胁，而焊接机器人能代替人工完成这些危险或不适宜人工操作的焊接任务，避免了工人长时间暴露在危险环境中的风险。焊接机器人的操作人员只需要在远离危险区域的安全位置进行监控和控制，提高了生产环境的安全性和稳定性。

2.4焊接机器人

自动焊接的有效应用必须依靠声学设备。这是连接智能和数字技术的唯一途径。在实际应用中，焊接规范应符合实际要求，使焊接产品在焊接过程中不变形。我国的焊机生产技术虽小，但品种十分丰富。为了提高焊接技术水平，促进中国工程行业的可持续发展，需要及时优化和升级焊接技术，以适应不同的条件。机器人焊接在一定程度上提高了中国工程行业的发展质量。焊接机器人具有灵活性、智能性和高精度的特点。为了提高企业的生产效率和社会影响，有必要在机械生产领域引入焊接机器人。此外，焊接机器人的应用成本高，因此我国尚未广泛采用。在机械生产过程中，这种自动化生产模式可以有效提高工作效率和焊接速度。但是，我们不能过分追求效率而忽视质量，其对社会的发展有着不可磨灭的影响。为确保自动焊接的质量，焊接设备必须符合标准，并严格检查所有环节，充分发挥技术赋能优势。“对于变形较大的焊缝，后续需要继续研究焊接工艺自适应，通过实时改变焊接电流、电压和送丝速度等工艺参数，确保焊缝可较好填充。

3自动化焊接新技术的未来发展趋势

自动化焊接新技术在机械制造过程中表现出的各种优势为机械制造企业的发展带来了积极影响，也得到了企业的支持与认可。为实现该技术在机械制造企业中的广泛使用，提高焊缝的精准度与速度，应加强对新技术的创新，结合科学技术发展情况，将全新的焊接技术融入其中，同时应严格遵守自动化焊接新技术相关的操作标准与规范。为了能够提高产品的焊接质量，操作人员应结合机械制造企业的实际情况和焊接产品的种类与数量，制定相应的操作流程、专业化的产品焊接质量标准以及焊接新技术的使用规范。在发展与创新自动化焊接新技术的过程中，操作人员应重视自动化焊接新技术的精准性，应用新科技，使焊接技术更加精准。

结语

人工智能应用于焊接领域，促进了焊接机器人、焊缝追踪、焊接质量控制及预测、焊缝质量检测技术的快速发展，极大改善了焊接作业环境、焊接质量稳定性和生产效率，并衍生了众多研究方向。工智能与新型材料焊接技术的结合，针对难焊材料对焊接工艺及控制过程的特殊要求，应用人工智能突破传统的焊接工艺理论，进行针对性的建模和精确控制。

参考文献

［1］王玉，高大路，张光.人工智能新技术在焊接中的应用及发展趋势［J］.机械科学与技术，2002，21（3）：494-496.

［2］刘莹，张建勋，陈小艺.基于人工智能的焊接工艺评定专家系统［J］.焊接技术，2003，32（2）：47-49.

［3］高昶霖，宋燕利，左洪洲，等.基于动态权重的自适应PSO-BP神经网络焊接缺陷成因诊断［J］.焊接学报，2022，43（1）：98-106.