在幾乎10m高的C型支架上工作的焊接機器人比手工焊接的工時減少了35h

    隨著全球能源危機的加重，有利于環(huán)境保護的能源生產技術越來越受到歡迎。一直以來，在大型的火力發(fā)電廠中，都是利用燃氣渦輪機進行發(fā)電的，而天然氣儲量豐富的國家更是利用其豐富的天然氣資源和燃氣渦輪機發(fā)電，并把剩余的電力能源出口到國外。可以不斷地保持其基礎設施的發(fā)展。目前，SIEMENS燃氣渦輪機能夠發(fā)出的電力達到了340kW，該渦輪機也是世界上體積最大的、發(fā)電功率最大的燃氣渦輪發(fā)動機了。這樣的燃氣渦輪機可以為一個城市的居民供電。

優(yōu)質不銹鋼材料制造的燃氣渦輪機零件重約30t，直徑達5m

    為了能夠制造出更多的燃氣渦輪機，SIEMENS公司不斷對其生產工藝流程進行優(yōu)化，投資購買先進的生產加工設備，其中購買的Cloos公司研發(fā)生產的機器人焊接生產設備能夠精確地完成重量為30t的燃氣渦輪機零件，可以更快地焊接好燃氣渦輪機的外殼。

　　原來，大約340m長的角焊縫和V型焊縫都是由焊接工人手工焊接的，因此，焊接工人要付出極大的體力勞動。使用焊接機器人以后，焊接的質量有了很大的提高，也把焊接后的焊縫清理工作降低到了最小的程度。機器人焊接帶來的好處可以通過下列數字予以表示：焊接工時由原來的114h減少到80h。焊后清理的工作量減少了10％。

　 根據SIEMENS公司的CAD零件數據，Cloos公司在離線方式下研發(fā)設計了焊接機器人的控制程序

　　在C型支架上運動

　　為了使直徑為4m、高度為2m的燃氣渦輪機零部件得到最佳焊接效果，Cloos公司把Romat 350型機器人安裝在高度約為10m的C型支架上。在地基、升降機構和橫向運動機構以及回轉－反轉工作臺的共同作用下，拐臂式機器人能夠完成重量為30t零件80％的焊接任務。Romat焊接機器人手臂采用的是鉸接頭式的結構設計，有著六個軸的運動自由度。而350型的第三坐標軸也進一步地得到了延長，將工作范圍擴大到了2200mm，在大型工件加工中有著最佳的可接近性能。動態(tài)伺服驅動系統(tǒng)使得這種焊接機器人能夠承擔15kg的焊接機械手，精密的集成式驅動裝置提供的重復定位精度達0.1mm。Rotrol II型機器人控制系統(tǒng)控制著機器人六個基本坐標和12個賦值坐標的運動，例如焊炬定位系統(tǒng)的運動。

    機器人的六坐標運動控制使它能夠接近那些比較難以接近的焊接部位。整個零件只有20%的焊接工作量需要手工焊接

　　根據被焊接零件的CAD數據，Cloos公司在研發(fā)和制造焊接機器人時已經對焊縫的位置和質量控制程序進行了模擬，使得根據實際工件進行調試時所需更改的參數大大地減少，因此這一措施明顯地降低了設備調試的時間。例如在對不同焊接附件的現(xiàn)場調試過程中，在機器人和定位控制系統(tǒng)的幫助下，整個零件只剩下20％的焊接任務需要采用手工焊接。為了便于焊接工人的手工焊接，SIEMENS公司還專門設計了一個升降臺，能夠把焊工帶到高度6.5m的空中進行焊接。

　　活性氣體的有利幫助

　　焊接機器人的角焊縫和V型焊縫焊接大多數情況下采用的是3層焊縫的MAG活性氣體保護焊接工藝。為了保障這種焊接工藝得到最佳的焊接效果，根據焊縫的形式和焊接深度，Duo-Drive復式送絲機構能夠根據變化的焊接深度連續(xù)輸出熔化的焊絲溶液。另外，焊接時使用的保護氣體也混合了一定成分的活性氣體，對焊接質量帶來了有利的影響。SIEMENS公司使用的混合型保護氣體成分為78％的Ar、20％的CO2和2％的He，保證了厚壁不銹鋼零件的可靠焊接。同時，感觸式的傳感器能夠可靠的找到焊縫的起點。電弧傳感器負責跟蹤焊縫，并控制著焊頭進行焊接，從而降低了SIEMENS公司對焊縫準備工作和焊縫寬度的要求。

　　使用了大量傳感器和復式焊絲輸送驅動（Duo-Drive-Drahtzufuhr）技術、600A焊接電流的焊接電源保障了極高的焊接質量

　　微處理器控制的焊接電源

　　Quinto GLC 603型焊接電源能夠提供最高600A的焊接電流，有著充足的功率儲備。反應速度極快的焊接特性控制程序調節(jié)和微處理器控制系統(tǒng)構成了焊接設備最佳的根據焊縫和被焊接材料進行焊接的基礎。在一塊大型的LC顯示屏中，操作者能夠看到所有有關焊接操作的文字信息。遙控器保障了操作者能夠快速、簡便地對20 000個工作參數進行輸入。從而也能夠隨時調用一次性輸入的質量控制參數。此外，為了使SIEMENS公司的職工能夠熟悉、掌握這種全新的焊接機器人，Cloos公司的柏林辦事處提供了一臺實習用機器人供燃氣渦輪機生產廠的使用。從而使生產廠能夠利用這一實習用機器人進行教學、練習及對工作參數進行優(yōu)化。目前，SIEMENS公司仍在使用這臺實習用機器人進行各種焊接試驗和焊接技術的研發(fā)。

　　15min后即可滿負荷工作

圖5 Siemens公司SGT5-4000F型燃氣渦輪機

    SIEMENS公司生產的燃氣渦輪機的功率范圍為68～340MW。440t重的340MW燃氣渦輪機長13m、高5m。與火力發(fā)電和核發(fā)電相比較，燃氣渦輪機的優(yōu)點是效率高，有著很好的調節(jié)控制可能性。只需15min的時間，啟動后的渦輪機即可滿負荷工作。啟動時，首先把發(fā)電機當作電動機使用、驅動著渦輪機的主軸旋轉,多級壓縮機的精密葉輪產生一定的壓縮空氣,點燃燃氣之后，渦輪機繼續(xù)旋轉，直到穩(wěn)定在其最高轉速并帶動發(fā)電機發(fā)電。溫度高達600℃的廢氣將被回收利用：由熱交換器生產出蒸汽，并將這些蒸汽輸送到燃氣渦輪機后端的蒸汽渦輪機中進行發(fā)電。已經很高的、幾乎達到40％的燃氣渦輪機效率也因此進一步得到了提高：整套發(fā)電機組的總效率高達60％。另外， SIEMENS公司的燃氣渦輪機還可以適應初級端使用的能源載體，不同質量的燃氣和燃油都可以作為發(fā)電的能源載體。將來，還有可能利用煤炭生產出來的可燃氣體進行發(fā)電。