清水河大桥主跨1130m钢桁梁悬索大桥，主结构采用低合金结构钢Q345D材质。清水河大桥主体分为桥面板单元及主桁架单元，主桁架由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成，经过多次产品试验及设备改造，终在清水河大桥上实现了产品焊接自动化。通过对清水河大桥主体结构的拆解分析，各部件焊接划分为主桁梁主角焊缝、横梁T型结构焊缝、U肋板单元焊缝。主桁梁主角焊缝采用双头埋弧焊机焊接，横梁T型结构焊缝采用横隔板焊接机器人系统，U肋板单元焊缝采用多头龙门焊专机（见图1）及U肋装配定位焊接机器人系统（见图2）。

1. U肋焊接方案

U肋多头龙门焊专机由于采用4～6头焊接机头同时焊接，三根U肋可以同时焊接，焊接专机采用平位焊，CO2实芯焊丝打底+埋弧焊盖面，实芯焊丝打底保证了75%以上的根部熔深，埋弧焊盖面在重力的作用下由于焊剂的托敷左右，成形美观、且敷熔率大，如图3所示。

多头龙门焊机焊接的同时，消耗的焊材量也是增加了60%，所以采用U肋装配定位焊接机器人进行焊接试验。焊接机器人选型之初，考虑到大型钢结构中厚板焊接需要具备初始寻位、多层道焊缝跟踪、弧长控制、根部间隙自适应控制、多层多道焊编排等基础功能；焊接机器人操作编程方面，可以通过示教在线编程和离线编程两种方式。U肋装配定位焊接机器人焊接的焊缝成形美观、熔深比例一致，并且节约大量的焊材用量，如图4所示。

焊接设备选择完成后，定制了合理的工位布置，工位完全依据U肋板按制作工序顺序布置，依次为U肋铣边→U肋打孔→U肋折弯→U肋手孔开设→U肋封板装配→顶/底板开坡口→U肋板单元组立→U肋板单元焊接。通过车间规划，使布局更合理，更，如图5所示。

U肋板单元焊接前道工序时U肋板单元组立，后道工序时U肋板单元矫正。U肋板单元装配机（集打磨、划线、装配三功能与一体）工效为4块/工日，满足U肋板单元焊接4块/工日需求。U肋板单元采用机器人焊接后，焊接变形小，矫正工作量小，均是人工矫正，不受设备制约，可灵活调整工位应对。所以U肋板单元结合了U肋装配定位焊接机器人与U肋多头龙门焊专机，不仅大幅提高了工作效率，上下道工序衔接上也不存在问题。

以清水河桥板单元（8.8m、4根U肋）为例，该焊接设备投入使用后，底板仅需划出四周抽边线，下料后即可上装配工位，仅需一个主操工和一个辅助工就能完成集U肋划线、底板打磨、除尘、U肋压紧、U肋点焊等整套板单元装配工作，耗时约为3h。相对于之前工时统计得出的5.4h，使用U肋焊接机器人大大降低了人员投入及环境污染，同时降低对车间行车的依赖，不但提高U肋装配精度，而且节省制作时间，配合多头龙门U肋焊接机**提升桥面板制作自动化水平。

2. 横梁T型材焊接方案

清水河大桥项目桥面板单元上有302套横梁T型材，横隔板机器人焊接系统在清水河大桥横梁T型材上使用，完全是由于横隔板机器人焊接系统相比以往焊条电弧焊、半自动焊，熔敷效率大幅提高，焊缝成形美观，几乎无需返修打磨，使产品的周期缩短了30%。随着机器人焊接在公司的深化应用，已在多个产品项目中尝试使用，充分利用其、节能、可全天候工作、可操作性强等特点。机器人焊接在克服焊条电弧焊及半自动焊的诸多不足的同时，还创新应用气体保护焊（MAG焊或MIG焊），飞溅小、易脱渣、焊道成形美观，无损检测及报验合格率达到99%以上。通过工装流水线、焊接材料的选择、气体流量和焊接过程各节点的控制，以及预热及后热处理、焊接参数的控制等，实现整体焊缝各项性能符合项目产品的严格要求，如图6所示。

3. 主桁梁焊接方案

清水河大桥主桁架采用带竖腹杆的滑轮式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成，桁高7m。上弦杆、下弦杆选用闭口箱型断面，斜腹杆、竖腹杆除在梁端竖向支座附近采用闭口箱型断面外，其余采用工字型断面。主桁梁主角焊为典型的棱角焊缝，开制坡口的部分熔深焊缝。为了达到设计要求的焊接熔深，选用埋弧焊进行焊接，对称的双焊缝形式又可以采用单车双头埋弧焊机。初试验过程中采用两台双丝埋弧焊接小车改造成一台双头埋弧焊机，用于模拟桥梁杆件的焊接。经过施工单位一段时间的试用，其焊接质量稳定、焊接功效提高了约40%，且两侧同时焊接减少了焊接变形量，才在清水河大桥弦杆上进行双头埋弧焊机焊接，的焊接速度，便捷简单的操作了施工班组的一致认可。鉴于此情况，为进一步提率，又将四台埋弧焊小车改造成两台双头焊接小车，从而使双头埋弧焊小车在桥梁箱型杆件焊接上普及应用，如图7所示。

小型双头埋弧焊小车相比龙门双头埋弧焊专机，节约了近85%的成本，并且有使用便捷、不占用场地、使用稳定可靠等特点。做到了以较小的成本，大幅提率。

4. 机器人离线编程应用

清水河大桥板单元U肋装配焊接改变以往手动在线示教编程，提出了离线编程，克服了在线示教的诸多不足，离线编程具有开放性好、集成度高、对复杂任务编程快速**等优点。为满足小批量、多品种、成本低、时间短及焊接质量高等要求，研究和开发弧焊机器人离线编程系统具有重要的工程实用价值，既可提高焊接接头质量及焊接接头质量的稳定性，又能保证周期。基于三维模型离线编程应用于实际的焊接中，是一项非常现实的想法和创新。首先在三维软件上建模，再进行离线编程并进行模拟再生焊接，及时调整各个焊接步骤及命令参数，确保焊接顺序合理、焊接过程流畅，再将程序通过USB接入的方式导入机器人系统，然后进行工件焊接，如图8所示。

在线示教编程受操作人员水平及状态的影响较大，操作人员长时间处在高度精神集中的状态，很难保证每个示教点的准确，从而使终的编程精度变得不稳定，有时还会发生焊枪与工件相碰等问题。为了保证轨迹的精度，通常定位焊50mm的焊缝，需要示教50个点，以保证焊接机器人运行平滑及收弧点位置的一致。每根U肋的在线示教与编程需要约2h的时间，即一块板单元在示教编程上需要8h。同样规格的一块板单元采用离线编程的方式只需编出**根U肋的**个定位焊程序，主机器人和子机器人合计约1.5h，然后进行程序的复制平移即可完成整块板单元的编程工作，然后进行再生模拟焊接检查程序是否有误并进行程序的适当调整。采用离线编程，不仅实现编程时不影响焊接机器人的正常焊接，而且离线编程系统可以进行独立编程，焊枪位置点的选取及焊枪姿态的过渡会很平滑，使编程精度大幅提高。编程人员通过模拟再生系统，能够很直观地检查编程结果，并可以进行人工编辑修正。所以采用这样的离线编程系统，能够大幅提高编程效率，减轻编程员的劳动强度，提高产品的率及产品的焊接质量，使焊接机器人系统成为企业的一张名片。

5. 结语

清水河大桥制作过程中实现了诸多技术升级与换代，不仅有焊接机器人系统通过离线编程进行再生焊接、多头龙门焊机焊接、双头埋弧焊小车，还采用了H型钢流水线焊接T、H型钢，焊接过程节省了大量的人工、焊材消耗，效率提高近一倍。实现了桥梁钢结构制造的转型升级，终在产品上实现工位化、流水线化。