可變速送罐三片罐電阻焊設備研發

陳冠寶，吳江銳，郁惠民，楊 帆，徐紅宇

(1.浙江金鷹食品機械有限公司，浙江 舟山 316100) (2.浙江海洋大學船舶與機電工程學院，浙江 舟山 316022)

目前，隨著水產品罐頭需求量的大幅增長，我國正在加快開發水產品罐頭等即食型功能食品，這給我國的三片罐電阻焊機帶來了巨大的發展機遇。三片罐電阻焊的工作過程是，送罐機構在接收罐身后將其準確送入上、下焊輪進行電阻式焊接。電阻焊靠焊接電流流過帶電阻的被焊導體材料(馬口鐵)，使之產生熱量讓搭接處馬口鐵變成塑熔狀態[1]。馬口鐵上的電鍍錫層可以促進金屬鐵的擴散，使得在較小的能量下，兩片馬口鐵更容易地被焊在一起[2]。

目前能夠開發、生產三片罐電阻焊機的有瑞士、意大利、美國等發達國家[3]。瑞士蘇德羅尼克公司的FBB-500型電阻焊機的焊接速度為500罐/min，瑞士菲爾公司的SSW21型電阻焊機的焊接速度為500罐/min，而意大利西弗萊尼公司的FS442型電阻焊機的焊接速度已經提高到600罐/min，真正實現了快速焊接，而且可靠性很高[4]。

自20世紀80年代初起，我國通過引進消化吸收、引進散件組裝和自行設計方法來研發、制造電阻焊機，但與發達國家生產的產品相比在技術水平、加工能力和性能上還存在一定的差距[5-6]。例如焊機送罐機構送罐時對罐身沖擊過大導致罐體裂口、焊機送罐速度低于焊接速度使得罐身兩端不齊、焊機輪系的穩定性不足和銅線壓扁尺寸的波動影響了鐵罐的焊接精度、罐身焊接時搭接不穩定影響了加工精度等。為了更好地解決上述問題，本文采用可變速送罐機構、穩定的焊接輪系、新型銅線壓扁機構和定徑規，提高了焊接精度，保證了馬口鐵三片罐的加工精度和質量。

1 可變速送罐機構的研發

可變速送罐機構的主要功能是將輸送鏈輸送過來的罐身準確、穩定地送入焊輪進行焊接。以前電阻焊機的送罐方式為往復擺動送罐，速度恒定，不同的罐型會發生因沖擊過大導致罐體裂口或送罐速度低于焊接速度導致罐身兩端不齊等問題。為了解決該問題，本文采用連桿設計來達到可變速送罐的目的。

本文設計的送罐機構如圖1所示。當罐身送進焊輪焊接前，送罐機構會有個減速動作以避免對罐身產生沖擊。如果焊接速度較快，電控系統可調節該機構的伺服電機做加速運動以適應焊接速度。與其他的電阻焊機可變速送罐機構相比，本文設計的可變速送罐機構的變速運動既可以使機構本身的速度與輸送鏈的速度匹配，同時又可以平穩輸送半成品鐵罐。此外，該機構還可以協調半成品鐵罐在脫離輸送鏈時的運動速度與焊接速度，將半成品鐵罐平穩地送入焊輪焊接。

本文采用可變速送罐機構送罐，可以解決罐身出現裂口或罐身兩端不齊的問題，減少了廢品罐出現的次數，提高了馬口鐵三片罐的焊縫質量。

圖1 可變速送罐機構

2 穩定焊機輪系的研發

焊機輪系的主要功能是將焊接用的銅線壓扁定型、傳遞動力、改變運動方向和回收焊后銅線。輪系上排布的銅線一方面起清潔作用，可以帶走罐頭焊縫表層的錫和一些雜物并保持上下焊輪的清潔；另一方面銅線具有良好的導熱性，可以帶走一些熱量，冷卻焊輪，提高焊輪的壽命。

傳統的焊機輪系由氣缸直接張緊，會導致張緊輪在銅線高速運動時劇烈擺動，使整個輪系的壓扁輪、切斷平衡輪和塔輪電機轉速不能穩定，影響了焊接質量。本文對焊機輪系的壓扁和切斷平衡方式進行了改進，設計了如圖2所示的穩定焊機輪系，在壓扁平衡輪、切斷平衡輪處分別增加模擬量檢測開關來檢測兩輪的位移，然后反饋給這兩處電機的變頻調速器，自動調節兩輪的運行速度，達到和塔輪伺服電機速度匹配，保證焊接質量。同時在輪系中增加了大的冷卻銅輪對一次焊接的銅線進行充分冷卻來降低銅線的延展量，從而提高焊接精度。

圖2 穩定焊機輪系

本文設計的穩定焊接輪系結構可以讓銅線穩定地運動，帶走雜物和余熱，冷卻焊輪，提高焊輪的壽命。

3 新型銅線壓扁機構的研發

銅線截面尺寸的大小直接影響三片罐的焊接質量。銅線太寬會損壞焊輪槽，并易使銅線與焊輪槽底面接觸不良，影響導電；銅線太窄會在槽中左右擺動，使得成鐵罐在焊接過程中產生質量問題。以前銅線壓扁尺寸波動幅度較大，為了保證銅線的截面尺寸數值恒定，本文設計了如圖3所示的新型銅線壓扁機構。

圖3 新型銅線壓扁機構

兩壓扁平衡輪間隙變化會導致銅線壓扁尺寸波動，進而影響罐體的焊接質量。本文設計的壓扁機構壓扁平衡輪為硬質合金環，通過兩個旋轉接頭接入低溫水進行冷卻，避免由于連續高速工作造成壓扁平衡輪過熱導致間隙變化。該新型銅線壓扁機構可通過旋轉手輪調節銅絲壓扁寬度至合適尺寸。

本文設計的新型銅線壓扁機構可以保護壓扁輪不至于過熱，更好地控制銅線壓扁尺寸，使銅線與焊輪接觸良好，并且帶走三片罐焊縫表層的錫和雜質，從而提高鐵罐的焊接質量。

4 新型定徑規的研發

定徑規是用來校準罐徑、保證搭接質量的機構，由可調節凹形輪和導輪組成。定徑規可以對罐身的運動速度進行控制，保持罐身運動速度的穩定性，使罐身端部始終靠在推爪上，以接近焊輪的線速度平穩進入焊輪焊接。以前焊接鐵罐時難以保證罐身前后搭接量一致，罐徑難免有所偏差。焊縫搭接量過大，會造成焊縫補涂困難；焊縫搭接量過小，會造成罐體尾端裂口。為了保證加工精度，保證罐身焊接時搭接穩定，本文設計了如圖4所示的新型定徑規。

該新型定徑規能精準控制和調整搭接量的大小，可以將塔接量控制在0.4～0.6mm之間，從而控制焊縫的質量。當前后搭接量差別較大時，調整定徑規使搭接量前后一致，并將搭接量誤差控制在±0.1mm之間。轉動調節螺釘可以調節定徑規的高低，從而調整浮動輪組的壓力。

本文采用該新型定徑規，通過對焊縫搭接量的精準控制，使焊縫表面變得光滑平整，焊縫的強度和質量都能有所保證。

5 實驗

電阻焊機生產速度設為500罐/min，罐身間隔為0.8mm，銅線運行速度為68.1m/min，焊接電流調為42A(初級電流)，焊接頻率為630Hz。經測驗該型電阻焊機正常啟動后連續焊接500個罐身運行正常無卡阻。隨機抽取兩批各10個鐵罐，目測焊縫均勻、無漏點。其中一批10個罐身用剪刀將端頭焊縫兩側剪開后用鉗子夾住撕拉均可將焊縫完整拉下，將拉下焊縫用手彎折3次不斷裂，焊縫柔韌度達標。另一批10個罐身用鉗子分別夾住焊縫頭、尾翻邊均未開裂，檢測合格。焊接實驗現場如圖5所示，罐身焊縫如圖6所示。

圖4 新型定徑規

圖5 焊接實驗現場

6 結束語

本文設計了可變速送罐機構、穩定的焊機輪系、新型銅線壓扁機構和定徑規，很好地解決了罐身出現裂口、罐身兩端不齊、焊機輪系的不穩定性和罐身焊接時搭接不穩定的問題。實驗結果表明，鐵罐焊縫均勻且光滑平整，罐身沒有出現開裂的現象，鐵罐的焊接質量較以前有很大的提高。可變速送罐電阻焊設備達到設計要求，大大提升了電阻焊機的工作穩定性，保證了三片罐的加工精度和質量。

圖6 罐身焊縫