焊條偏心在線檢測(cè)與自動(dòng)控制裝置的探究

欒倩倩

（天津市金橋焊材集團(tuán)股份有限公司，天津300300）

1 概述

焊條偏心直接影響焊接質(zhì)量，焊條偏心作為評(píng)價(jià)焊條質(zhì)量的重要項(xiàng)目之一，主要是通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)材料、工藝、設(shè)備三個(gè)方面，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同規(guī)格焊條制定偏心度范圍控制焊條偏心度。焊條規(guī)格種類(lèi)繁多，而導(dǎo)致焊條偏心的因素復(fù)雜，焊條生產(chǎn)環(huán)境粉塵較多，機(jī)頭設(shè)備出條速度較快，為1000 根/分左右，且擺動(dòng)頻率較快，只能通過(guò)微接觸甚至無(wú)接觸的方式測(cè)量焊條偏心度，因此檢測(cè)和控制困難指數(shù)較高。

本文闡述了針對(duì)焊條偏心在線檢測(cè)與自動(dòng)控制裝置的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀，探究現(xiàn)有生產(chǎn)線焊條偏心質(zhì)量控制的精細(xì)化和智能化水平，為減少焊條偏心率提高焊條質(zhì)量節(jié)約成本做出努力。

2 生產(chǎn)工序及影響焊條偏心因素

焊條由焊芯和藥皮組成，生產(chǎn)工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 焊條生產(chǎn)工藝流程圖

焊條的生產(chǎn)較為復(fù)雜，包括：（1）焊芯生產(chǎn)：除銹、拉拔、較直、切絲。（2）藥粉的配置和攪拌：利用藥粉配置設(shè)備，按照藥粉種類(lèi)和比例進(jìn)行配置，并攪拌均勻，之后加入水玻璃等，使用拌藥鍋設(shè)備攪拌均勻。（3）壓涂：利用壓涂設(shè)備將藥粉均勻的壓涂在焊芯上，焊條落入傳送帶。（4）磨頭磨尾：利用磨頭磨尾機(jī)對(duì)傳送帶上的焊條的兩端進(jìn)行磨頭和磨尾，得到具有倒角端和夾持端焊條。（5）印字：利用印字機(jī)對(duì)傳送帶上的每根焊條印字。（6）烘干：利用烘干爐對(duì)焊條烘干。（7）包裝：將合格的焊條成品包裝。

焊條質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量，對(duì)其焊條檢驗(yàn)工作必不可少，其中焊條偏心是焊條檢測(cè)的重要項(xiàng)目之一。目前在壓涂工序之后設(shè)會(huì)置偏心檢測(cè)崗，以及包裝之前會(huì)重復(fù)設(shè)置偏心檢測(cè)崗，保證焊條偏心度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 焊條偏心及影響焊條偏心因素

焊條偏心指在壓涂工序中，焊芯不在焊條的中心位置。焊條藥皮沿焊芯直徑方向偏心的程度稱(chēng)為焊條偏心度，如圖2 所示，計(jì)算公式如（1）。對(duì)于不同直徑的焊條，偏心度要求不同。具體要求如下。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5117（5118）中規(guī)定[1，2]：Φ2.5 以下的焊條偏心度不大于7%為合格品。Φ3.2、Φ4.0 的焊條偏心度不大于5%為合格品，Φ5.0 的焊條偏心度不大于4%為合格品。

D- 焊條外直徑；d- 焊芯直徑；T1- 焊條截面藥皮最大厚度+焊芯直徑；T2- 焊條截面藥皮最小厚度+焊芯直徑；

圖2 焊條偏心示意圖

國(guó)內(nèi)大部分焊條廠使用四十五度機(jī)機(jī)頭壓涂生產(chǎn)焊條，四十五度機(jī)是指推進(jìn)螺旋刀的軸線力方向與送絲方向呈45 度角，推進(jìn)螺旋刀軸線力可分為與送絲方向一致的力和垂直力，那么垂直力則會(huì)造成焊條偏心[3]。1984 年林午光著重分析并解決壓涂機(jī)機(jī)頭內(nèi)部壓力不均，送絲管受螺旋刀的推力而擺動(dòng)造成偏心問(wèn)題[4]。1997年任德亮針對(duì)螺旋壓涂生產(chǎn)線焊條偏心問(wèn)題從生產(chǎn)材料、工藝和設(shè)備的方面分析偏心原因，并設(shè)計(jì)出控制方法[5]。

生產(chǎn)材料方面，焊芯校直不良，如焊芯出現(xiàn)彎絲、扭絲等問(wèn)題；藥粉因受潮結(jié)塊、干燥不充分、粉碎不充分等原因?qū)е骂w粒過(guò)大，或藥粉中含有雜質(zhì)。生產(chǎn)工藝方面，焊條配方設(shè)計(jì)合理性問(wèn)題；配粉工藝問(wèn)題，如要求藥粉配置前全部過(guò)篩，回收藥粉要過(guò)篩；水玻璃模數(shù)和濃度合理性問(wèn)題；水玻璃與藥粉攪拌問(wèn)題，首先藥粉必須攪拌均勻再加入水玻璃，即干拌充分的條件下進(jìn)行濕拌，且攪拌時(shí)間合理，保證藥粉密度、干濕度、粘度、塑性適宜，減少偏心同時(shí)，避免出條振動(dòng)時(shí)藥皮脫落。攪拌容器清潔度問(wèn)題，攪拌前要保證拌藥鍋的清潔，避免上一鍋的殘留顆粒；出條后焊條偏心檢測(cè)問(wèn)題，必須實(shí)時(shí)抽檢，必要時(shí)停車(chē)調(diào)整焊條偏心情況。

生產(chǎn)設(shè)備方面，模子碗在機(jī)頭內(nèi)的位置不正或不穩(wěn)，當(dāng)出現(xiàn)偏心情況，一般會(huì)通過(guò)工人調(diào)節(jié)機(jī)頭頂針，進(jìn)一步調(diào)節(jié)模子碗在機(jī)頭內(nèi)部的位置進(jìn)而修正偏心問(wèn)題；定徑模安裝不正；模子碗和模子殼尺寸匹配問(wèn)題；送絲嘴內(nèi)徑尺寸問(wèn)題；送絲嘴與模子碗距離設(shè)置問(wèn)題；送絲管、送絲嘴、定徑模配合問(wèn)題，位置穩(wěn)且在同一軸線上。檢測(cè)焊條偏心度的偏心儀質(zhì)量合格。

4 焊條偏心檢測(cè)研究現(xiàn)狀

焊條偏心一直都是生產(chǎn)廠家值得研究和解決的問(wèn)題，很多學(xué)者對(duì)此做出努力，主要從以下三方面進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 壓涂設(shè)備中機(jī)頭的設(shè)計(jì)。1998 年，林午光針對(duì)四十五度機(jī)和零度機(jī)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出WG-1 型（穩(wěn)管-1 型）涂粉機(jī)機(jī)頭[4]，分析和對(duì)比了國(guó)外普遍使用零度機(jī)和國(guó)內(nèi)普遍使用的四十五度機(jī)兩種壓涂機(jī)頭的工作狀況，發(fā)現(xiàn)四十五度機(jī)會(huì)因機(jī)頭內(nèi)藥粉壓緊方向角度使定中管發(fā)生偏擺，且擺動(dòng)頻率很高，藥芯會(huì)因此發(fā)生變形；還發(fā)現(xiàn)影響偏心的重要因素是送絲管的固定方式和藥粉的壓緊方向。而零度機(jī)制作成本較高，維修困難。WG-1 型涂粉機(jī)機(jī)頭針對(duì)送絲管進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決了受斜向壓緊力問(wèn)題。1992 年，曹學(xué)義等人，研制新型零度螺旋壓涂機(jī)使推到壓涂方向和送絲一致，且受力均勻，減小了偏心度[3]。

4.2 針對(duì)偏心儀設(shè)計(jì)及改進(jìn)。1999 年，黃南山等人對(duì)國(guó)內(nèi)焊條廠使用的HPX- 1 型焊條偏心儀進(jìn)行分析，并研究其測(cè)量原理，針對(duì)偏心儀的不足提出了改進(jìn)方案[6]。2000 年，游華云等人介紹一種可以測(cè)量不同種類(lèi)、規(guī)格焊條的WHP-2 型偏心儀，同時(shí)提出一種在線監(jiān)測(cè)方案[7]。同年，王宏和盧淑琴設(shè)計(jì)出了一種可檢測(cè)、可報(bào)警的焊條偏心儀，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)，為焊條偏心的在線自動(dòng)調(diào)整奠定基礎(chǔ)[8]。

4.3 在線檢測(cè)設(shè)備。1992 年，趙忠才等人介紹一種電焊條偏心自動(dòng)檢測(cè)粉模，實(shí)現(xiàn)焊條偏心的自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整[9]。2004 年，寇攀峰等人介紹一種焊條偏心自動(dòng)檢測(cè)機(jī)，可對(duì)偏心信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)報(bào)警并自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)分撿不合格焊條[10]。2015 年劉健等人發(fā)明一種焊條偏心自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊條偏心的自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能[11]。2017 年，康丹丹等人打破原有的信號(hào)檢測(cè)方法，介紹一種利用產(chǎn)品視覺(jué)技術(shù)完成焊條在線自動(dòng)檢測(cè)和控制方法[12]。2018 年，向小燕等人提供非接觸式焊條偏心值檢測(cè)裝置，利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)代替人工測(cè)量，提高了檢測(cè)效率[13]。

5 結(jié)論

通過(guò)調(diào)查研究，電感指針式測(cè)量法是焊條偏心檢測(cè)較為普遍的方法，這樣使得檢測(cè)、調(diào)整設(shè)備不及時(shí)，且檢測(cè)和設(shè)備調(diào)整精度較低，產(chǎn)生焊條殘次品較多，用時(shí)較長(zhǎng)，仍不能達(dá)到夠?qū)崟r(shí)有效檢測(cè)和控制的目標(biāo)。焊條（偏心）質(zhì)量的控制和管理，依賴(lài)于從業(yè)人員技能水平與責(zé)任心，控制手段靠經(jīng)驗(yàn)，人為干擾大，偏心校正有一定的滯后性，難以滿足生產(chǎn)過(guò)程中焊條質(zhì)量時(shí)時(shí)精細(xì)化控制要求，迫切需要更為先進(jìn)的精細(xì)化、智能化技術(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控和自動(dòng)校正，以確保焊條偏心質(zhì)量受控。