1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析，并考虑社会、健康、安全、成本以及环境等因素）

   目前, 国内超高层建筑已进入发展高峰, 同时在建和拟建的五六百米的超高层建筑近十座。建筑物高度的不断刷新, 使建筑钢结构的设计日益趋向于采用高强度钢材的大截面焊接节点型式。由于高强钢的焊接性相对较差, 大厚板、长焊缝焊接量较大, 所以对焊接工艺要求更加严格。建筑工程对焊接质量的要求也在不断提高, 目前采用的焊接方法基本以焊条电弧焊和半自动CO2气体保护焊为主, 由于施工现场的焊接条件艰苦, 工程现场高空作业环境复杂, 操作空间条件差, 极大地制约了焊工技术水平的正常发挥, 且焊工自身主观因素较多, 技术水平参差不齐, 容易导致焊接质量不稳定, 难以满足超高层建筑对于焊接质量的要求^[16]。

   中厚板因为其尺寸大，厚度达到70mm-100mm，长度有3.5米-5.2米，普通的单道焊接根本无法将其焊接成功，于是对于中厚板的焊接多采用多层多道焊的方法。多层多道焊接方式具有热输入量小, 有效减小变形以及降低产生缺陷概率等优点, 在中厚板结构件焊接中得到了广泛的应用^[1]。多层多道焊还可以提高焊缝金属的质量, 特别是塑性, 这是因为后层(道)焊缝对前层(道)焊缝具有热处理的作用, 相当于对前层(道焊缝)进行了一次正火处理, 因而改善了二次组织。对最后一道焊缝, 可在其焊缝上再施焊一条退火焊道。有的工厂, 当焊接接头的弯曲试样试验不合格时, 采取改变原来的焊接工艺参数措施, 将单层焊缝改成多层焊缝^[2]。因此，在对于中厚板的焊接之中完美多采用多层多道焊接的方式进行焊接。

   在当前的发展过程中, 我国所拥有的电焊机已经超过了500000台, 相对于21世纪, 已经增长了将近30%, 其中所包含的由手工型的交流弧焊机, 数量大约在300000台, 比十年前增长了将近20%, 半自动化焊机有63852台, 比十年前增长了18%。这些机器的产生和使用代表着我国焊接自动化设备的完善和发展, 也代表着我国焊接技术的长远发展^[17-18]。

   如今我国作为一个钢材生产与应用大国，焊接机器人虽然起步晚，但是经过我国专家与国家的大力投入，我国在焊接机器人的发展中紧追猛干，已经在这方面取得了可喜的成就。我国的焊接机器人应用更为广泛，我国焊接机器人的竞争力也已十分强大。例如中船重工孙小平和法国的KLIMCHIK A等人采用焊接机器人, 用熔化极活性气体保护焊方法, 研究了焊接机器人焊枪摆动、单边停留时间对焊接接头成形及力学性能的影响。通过试验优化了焊枪自动摆动和单边停留时间, 这明显减少了焊接气孔、焊接缺陷的数量, 母材的热影响也明显变窄, 能确保侧壁熔合良好, 最终获得了力学性能优良的焊接接头。除此之外, 还进一步改善了生产效率和焊接生产的自动化水平, 降低了传统手工焊接的劳动强度。针对目前船用管系打底焊接制造过程中的应用情况, 按照焊接质量的具体要求, 在深入研究了管系结构装配的基础上, 江苏科技大学高飞等人提出选用KUKA机器人进行管-管打底焊的工艺, 并进行了大量的焊接工艺试验, 获得了成形美观、符合相关标准的焊缝。相较于传统的手工TIG打底焊, 机器人打底焊在工作效率上有显著的提高, 这为机器人焊接在船舶制造行业管系加工作业中的推广打下了一定的基础^[20]。

   1959年, 美国发明了第一台工业机器人, 促进了工业机器人的应用。当前, 工业机器人受到广泛关注与重视, 其中, 焊接机器人可以划分为三个阶段： 示教与再现类型的机器人、感知类型的机器人、智能类型的机器人^[19]。焊接机器人技术经过几代的发展, 已经有了电阻点焊、电弧焊、激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等多种焊接机器人, 其控制形式也由最初的单一控制发展到多机器人多轴同步控制。不同于传统的的生产线, 在工业4.0时代, 要求机器人具有自主学习能力, 并能够感知和适应周围的不同环境, 将视觉图像反馈到本体控制中, 适应未来小批量的焊接工作, 这使得焊接机器人的智能化成为未来的核心问题。目前德国的KUKA、CLOOS, 瑞典的ABB, 日本的安川、OTC、松下、FANUC、川崎, 美国的Adept Technology, 意大利的COMAU和奥地利IGM是国际领先技术的代表^[21]。

   综上所述从厚板的焊接工艺条件以及我国焊接机器人的发展趋势来看以及为了改善工人在超高层建筑的工作条件，降低工人的劳动强度，提高厚板焊接的工作效率，提高焊缝的质量。厚板高强度钢的自动化技术无疑是最优的解决方案。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 基本内容

1文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；