焊接機的自動化改造

摘 要：傳統焊接機由于結構原因只能單人單機生產，對生產人員技能要求較高，焊接件生產企業要招到熟練的焊接工比較困難。新增加員工后要增加企業工資支出，管理成本支出，使企業利潤減少。現在規模以上企業都在進行設備自動化升級改造，以適應市場不斷變化的需求。本文希望通過介紹傳統焊接機改造為自動焊機的方法，提升焊接機技術水平。

關鍵詞：焊接機、自動化

一、焊接技術的介紹：焊接技術是在高溫或高壓狀態下，將不同材料連接在一起的工業技術。廣泛應用于沖壓件焊接，它代替鉚釘連接，針對工業生產中的低碳板材、線材、不銹鋼板、鍍鋅板材等材料焊接，把簡單的沖壓件連接形成復雜的部件，大量運用于金屬制品、電器儀表、汽車、造船、航空等各大行業。如果掌握好點焊時間與電流規范，配置特殊焊頭還可用于有色金屬。現在市場上使用較多的焊接機有電子脈沖點焊機、電阻焊機、感應焊機、氬弧焊機、釬焊機等。

1.1 電子脈沖點焊機：該設備是采用縫紉機式踏板加壓結構，造型新穎美觀。內部采用先進的集成電路對主電路熱量和時間進行控制。焊接時間采用周波式計數控制。以工頻50HZ周期為基準進行計數控制，時間控制準確、時間誤差為零；阻焊變壓器通過兩只單向可控硅反向并聯電路，并通過對導通角的控制來均勻地調節焊接電流強度，焊接質量一致性能可靠。電焊將焊接接觸面上的個別點連接起來焊接，將裝配好的焊接件壓在兩柱狀電極之間。當通過相當大的電流時，在電極之間焊接的接觸處產生大量熱量，金屬被迅速加熱至熔化，形成一個液態溶池，斷電后金屬迅速冷卻，形成焊接接頭。兩焊接件可牢固連接起來。

1.2 電阻焊機：是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。電阻焊機有上下焊頭之分，需要隔一段時間修磨上下焊頭。

1.3 感應焊機：是將需要焊接的金屬工件放在感應線圈內，通高頻交流電，產生感應電磁場，在工件表面耦合產生感應電動勢，在金屬表面形成感應渦流，依靠在金屬表面產生的渦流發熱，在焊接部位一般會涂上焊粉，待到工件達到釬料熔化溫度時焊接即可，感應釬焊是目前世界上最清潔環保的加熱焊接方式。

1.4 自動焊接機：自動焊接機是在手工焊接機的基礎上改進而來的。該設備保留原有的焊接控制器、焊接電源、焊接頭部分，保證原有手工焊接機的焊接質量。新增加了自動上料系統、轉盤系統、下料系統、檢測系統、控制系統、人機界面。通過工業化改造，實現全自動作業，能極大降低生產成本。

二、焊接機自動化改造方法：下面為焊接改造過程中新增加的裝置：

2.1 自動上料系統：不同焊接工件需采用不同上料裝置。圓片、小型帶臺階方片可以采用

振動盤上料，結構簡單，通過圓盤上料和平振即可；比較大的沖壓件需要采用氣缸夾爪夾取工件上料，結構比較復雜，需要使用步進電機控制絲桿導軌傳動給氣缸夾爪，但輸送平穩，誤送概率較低。

2.2 轉盤系統：結合不同焊接工藝要求，將轉盤傳動系統分為8工位或6工位。轉盤系統

由步進電機、傳動皮帶、分割器三部分組成。其中步進電機提供動力結合工位需求轉動不通角度；傳動皮帶將動力傳輸給分割器，帶動分割器旋轉；分割器是一個減速箱，頂部安裝工作臺，放置焊接夾具和工件。當分割器轉動一定角度時會自動停止，焊接機可以進行焊接作業。

2.3 下料系統：下料系統由出料氣缸、分選裝置、料盒組成。當工件處于下料位置時，下

料氣缸推送工件至分選裝置。如果是合格產品，則分選裝置在合格料盒內；如果是不合格品，則分選裝置電磁閥推至另外一邊，工件掉落在不合格品料盒內。

2.4 檢測系統：自動焊接機檢測系統由光纖觸頭、放大器、接近開關、壓力檢測開關組成。其中光纖觸頭和光纖放大器組合使用，用于檢測非靠近工件。當放大器內部發射檢測信號至光纖觸頭，檢測信號經過工件反射后傳送至放大器；接近開關一般用于轉盤系統到位檢測使用，當轉盤系統轉動一圈接近開關感應到時轉盤停止轉動；壓力檢測開關用于空氣壓力和水壓檢測，當壓力低于設定壓力或高于設定壓力時，開關斷開，傳送信號至自動控制系統。

2.5 控制系統：控制系統由PLC、步進電機控制器、電磁閥、開關電源組成。PLC是自動焊接機設備的核心系統，檢測系統檢測到信號后通過PLC中X輸入觸點輸送至PLC控制板中，按照PLC里面的控制程序一步一步計算，然后通過Y輸出觸點輸出信號至電磁閥等輸出回路。當PLC中Y0輸出脈沖信號至步進電機控制器時，步進電機控制器放大信號至轉盤系統的步進電機。當PLC中Y觸點輸出信號給電磁閥，則電磁閥動作，氣體傳輸至各控制氣缸。

2.6 人機界面：人際界面是人員與設備信息交流的裝置。里面可以設置X輸入、時間設定、數量設定、手動操作步驟、自動操作步驟、狀態顯示、異常報警顯示。通過人機界面里的X輸入設置可以減少傳統設備機械開關，小巧方便；時間設定是設定焊接時間、各動作等待時間，可以調節焊接件牢固程度和調整設備生產節拍；數量設定可以輸入需要生產數量，到此數量后設備報警不動作；手動操作步驟可以分解設備每一步動作，生產人員結合需要選擇一個操作步驟即可；自動操作步驟將手動操作步驟連在一起，一個按鍵即可實現全部動作自動執行；狀態顯示為各感應器到位復位、各動作執行是否到位的顯示，可以通過安裝紅色黃色綠色三色燈，當設備正常時綠色燈亮、黃色時設備在等待、紅色時設備報警異常。異常報警顯示是在觸摸屏里顯示設備報警狀態，把各個動作延時、壓力異常、焊接異常的情況顯示在人機界面中。

三、焊接機改造前優缺點

3.1手工焊接設備結構簡單，常見的只包含焊接部分，價格比較便宜，投資成本較低，適合普通企業購買使用。手工焊接機可生產產品種類較多，無需定置夾具，可人工操作，工藝手法比較靈活，柔性化程度較高。

3.2手工焊接機只能單人單機生產，對操作人員的操作手法有較高要求，操作工往往需要培訓才能上崗。當生產擴大規模后，單人單機的生產模式需要企業配備大量生產工，會增加企業工資管理成本，導致企業利潤下降。

四、焊接機改造后的優缺點

4.1自動焊接機可實現一人多機，降低人工成本。由于自動焊接機操作過程全自動，則焊接生產過程無需操作人員干預，操作人員只需要負責上下料即可。如果出現設備故障，則設備三色燈紅色燈會亮、人工界面觸摸屏會顯示故障內容，能夠及時提醒維修人員排除故障。一個操作人員可以同時操作三臺以上設備。

4.2自動焊接機投資產出效益明顯。自動焊接機改造過程中使用的PLC、人機界面、轉盤、步進電機等材料為市場中通用物件，采購成本較低。通過改造一臺，就可以減少一個人工，如果按照人員工資年薪五千計算，四年時間即可收回投資成本。

4.3自動焊接機結構比較復雜，對操作維修人員要求較高。由于自動焊接機內部增加了PLC可編程邏輯控制系統，要求維修人員具備程序讀取修改能力。該設備檢測系統含有光纖放大器和接近開關，要求維修人員會檢查更換這些開關，對維修人員的技能要求較高。

五、總結：傳統手工焊接機結構簡單，單人單機生產，焊接機臺增多后人員需求也增加，造成企業成本增加，效率降低。通過自動化改造，增加上料系統、轉盤系統、下料系統、檢測系統、控制系統、人機界面，達到設備全自動生產，可以實現一人多機生產，使企業生產效率提升很多。改造過程中新增加了PLC可編程邏輯控制器、步進馬達驅動器等自動化控制元器件，對維修人員的程序監控修改水平提出了新的要求。隨著人工成本越來越高、企業管理成本增加，企業的利潤降低，管理風險加大，傳統手工焊接機自動化改造將成為趨勢，必將引起更多企業的重視。

作者簡介：

張穩石 （1988年），男，廣東梅州人，漢族，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向： 從事設備工程師工作。endprint