焊接防竄滾輪架檢測基準面選擇問題及探索

■無錫市陽通機械設備有限公司　（江蘇 214155）　呂芝飛

焊接防竄滾輪架檢測基準面選擇問題及探索

■無錫市陽通機械設備有限公司（江蘇 214155）呂芝飛

摘要：現行筒體焊縫用焊接防竄滾輪架檢測工件軸向竄動的檢測方式對我國生產現況不適用，絕大部分使用廠家自動防竄功能只是擺設。本文對此現狀進行描述和分析，并提出幾種改進方法。

與工業發達國家相比，我國焊接防竄滾輪架的成熟設計生產還是近10年的事，這其中主要是在引進并消化國外成熟的防竄滾輪架設計方法和控制思路基礎上發展起來的。而正是由于這一原因，使得防竄滾輪架的設計方法、控制思路與我國需焊接工件的生產現狀有些脫節，導致現在絕大部分使用防竄滾輪架的廠家其自動防竄功能不能真正使用上，這當中也包括國外廠家（如ESAB、PEMA等）生產的防竄滾輪架。

1. 實際使用現狀

如圖1a所示，焊接防竄滾輪架主要由主動滾輪架（驅動工件回轉）、從動防竄滾輪架（調節工件軸向竄動方向）、工件竄動檢測裝置和控制系統組成。

工件竄動檢測裝置主要用于檢測旋轉于滾輪架上工件的軸向竄動方向及竄動量大小，反饋給控制系統，由控制系統控制從動輪防竄機構做出防竄動作，進而達到防竄功能。

目前檢測基準采取的方法是在待焊接筒體的一端加工出一平面（或工藝基準面，見圖1b）作為檢測面，該檢測面工藝上要求與筒體圓柱軸線垂直。

就此方法而言，國際上工業發達國家的企業規范制度體系完善，工人嚴格按工藝程序完成一道道工序，所以其工件外形形狀規整，且加工出來的檢測端面能夠符合焊接滾輪架工藝要求。但直接照搬到中國工廠企業來，就帶來了設定基準面的可行性問題。

圖1

由于國內現行工藝情況決定了工件外形形狀與理論形狀偏差比較大（即圓度、圓柱度誤差比較大），加上筒體需熱處理，筒體有時要接長，這一方面加大了工件在滾輪架上轉動時軸向竄動幅度和隨機性，更主要的是加大了檢測端面與工件軸線垂直的誤差和生產精度的不可控性。所以，實際現狀是：這些筒體焊接生產廠家雖然也需要焊接防竄滾輪架，但防竄功能還是由操作工眼看手調來完成防竄功能。自動防竄功能等于一個擺設。真正能使用上自動防竄功能的廠家少之又少，不論使用的焊接防竄滾

輪架是國產的還是進口的都不例外。當然，除了使用不上自動防竄功能，有不少廠家在筒體生產工藝排布上也有一定的問題，即使用焊接防竄滾輪架時的生產工藝與使用普通焊接滾輪架的生產工藝是一樣的。

總之，目前國內使用的焊接防竄滾輪架對工件竄動量及方向的檢測工藝手段與生產現狀是不匹配、不適用的。因此，如何選用使用廠家容易實現的竄動檢測基準面及檢測方法是當務之急。

2. 解決方案

基于以上問題，在此提出以下幾種解決方案，也期望達到拋磚引玉的效果。

（1）將檢測基準面放置在筒體的軸中心線處（見圖2）。為滿足不同的筒體直徑規格，檢測基準面設計為在支撐橫梁上可調。監測頭安裝在簡易可上下、前后水平調節的十字梁上。這樣可以將工件端面自身的平面度、垂直度誤差對檢測精度的影響減到最低，從而提高防竄精度。而且該套裝置可適用到不同噸位防竄滾輪架、不同規格大小筒體上。

（2）在沿焊縫環向一定距離的方向布置一圈彈簧鋼絲或彈簧鋼帶（見圖3），在彈簧鋼絲或彈簧鋼帶上設有滑車（或滑塊），并使該滑車（滑塊）與焊槍在筒體轉動軸線方向處于同一直線上，只是軸線距離、上下位置可變，而軸線距離的變化和正是工件竄動量及方向的變化。以此為測量基準，將測得的信息傳輸給控制系統，從而實現防竄功能(見圖4)。該檢測裝置可裝在地面機架上(同現行的一樣裝法)，也可裝在機頭附近部位。當然，檢測裝置最好裝在十字微調機構上，以便于現場裝配調節用（即焊接防竄滾輪架工作前要做的準備工作之一）。

圖2

圖3

此方法需要注意的是：彈簧鋼帶（或彈簧鋼絲）彎成一圈后接頭處需處理好，同時也要保證滑車相對工件圓周方向轉動時流暢平穩，即要保證圖2角鋼上與竄動檢測儀探頭接觸面平穩無抖動，否則會影響防竄精度。安裝時利用彈簧的彈性和剛性，配合可調緊螺栓螺母撐緊彈簧鋼帶（當然螺栓最好與彈簧固定住，如鉚接固定）；調整時要保證鋼帶邊緣與焊縫邊緣距離誤差控制在2mm內。

此方法也可以將彈簧鋼絲或彈簧鋼帶改成鋼絲或鋼絲繩，再配以類似于電車上的導電滑塊，導電滑塊安裝于十字滑動機構（我們稱之為十字拖板）上，十字滑動機構一方向可隨筒體徑向跳動而隨動，另一方向即為筒體竄動方向和竄動量。該滑動機構滑塊與導向塊（導向軸）之間摩擦系數一定要小（如滾動摩擦的直線軸承，見圖5），以保證檢測的靈敏性和準確性。

（3）在焊縫處設置檢測工件軸向竄動檢測輪（見圖5）。調整片用于調整靠輪輪緣，使其能與不同寬度的焊縫基本可以可靠接觸，材料不限（具有一定剛性即可）。靠輪可在導向軸上自由滑動，即工件發生軸向竄動時，靠輪可隨之移動，同時檢測儀檢測出靠輪移動方向和移動距離。靠輪安裝支架也需安裝在十字拖板上：一方向可隨筒體徑向跳動而隨動，另一方向方便靠輪精確定位在焊縫內。當然，竄動檢測儀也需安裝在帶有十字拖板的支架上。

此方法適用于筒體窄間隙

焊縫焊接工藝。其焊縫深度深，所需焊接周期長（一道焊縫需連續不斷焊接7～15天，甚至1個月），使用防竄滾輪架首先保證焊縫質量，其次也是保護窄間隙焊機頭。因現在比較成熟的窄間隙焊系統還是ESAB窄間隙，其機頭很貴，此方法可將檢測頭淺淺地嵌住焊縫。根據防竄滾輪架的特點，當其軸向竄動達到設定精度（原機械部標準是±2mm）后，工件的竄動即進入穩定期，有時3～5天才調整一次。所以當焊縫被焊料填充要碰到檢測輪時，也是焊縫最后蓋面焊接時，此時窄間隙焊機頭不會再有被碰壞的可能，而且此時軸向竄動通常已處于穩定期，所以可拆去防竄檢測頭。另外，即使靠輪與焊縫干涉，因檢測輪是安裝在十字拖板上，即靠輪在工件徑向是彈性浮動的，在一定的范圍內不會出現無法正常運轉甚至損壞的現象。但在今后的設計中還需從多方面加以考慮。

圖4

圖5

（4）從軟件控制上來解決。檢測方法還是當前常用的端面即時監測。將圓周分成幾等分（如6、8、12、16等分等)，將每等分再分成幾小等分，將這幾小等分數據求出平均值及方差，并記錄下來，直到一圈大幾等分平均值及方差都記錄下來。再運轉到第二圈時，實時將對應等分的平均值和方差作比較，數據超差時（如＞2mm），即說明要求防竄機構要做出相應的動作來糾竄。當然，這需要建立數據庫，為防止數據過大，可以在做完比較后，將前一圈對應等分的數據刪除或覆蓋掉。

3. 結語

焊接防竄滾輪架防竄原理及應用，特別是竄動方向及竄動量檢測方法皆由國外引進，還需要有消化的過程。當下焊接防竄滾輪架對工件軸向竄動的檢測方法顯然不能滿足國內現有工藝狀況下產品的生產需要。適合的才是最好的。以上方法希望對當前焊接工裝設計人員有所借鑒、有所啟發，從而設計出適合我國國情的防竄滾輪架。

專家點評

文中所述第4種方法使用軟件編程計算機處理數據的防竄方法是將來發展的方向，應該在軟件編程和數據處理方面進一步完善。從文中的幾種防竄方案來看，作者在焊接滾輪架防竄方面進行了一些探索，只是這些方法還停留在設想和理論上，希望能進一步在實踐中驗證其可行性。

收稿日期：（20150122）