旋轉(zhuǎn)焊條自動焊接裝置

摘 要：目前焊接材料復驗過程全程采用人工操作，本文提出一種較為方便的仿人工焊條自動焊接裝置，采用旋轉(zhuǎn)焊條刮擦引弧的方式避免焊條起弧階段的粘黏母材并實現(xiàn)模擬手臂的弧擺焊接，實現(xiàn)焊條電弧焊平焊焊接工藝的自動化。

關鍵詞：焊條;旋轉(zhuǎn);自動焊

Abstract： At present， the whole process of welding material re-inspection adopts manual operation. This article proposes a more convenient artificial welding electrode automatic welding device， which adopts the method of scratching the arc with the rotating electrode to avoid the sticking of the base material in the arc starting stage of the electrode and realize the arc of the simulated arm Oscillating welding realizes the automation of the welding process of electrode arc welding and flat welding.

前言

焊條電弧焊是一種最為廣泛的焊接方式，在現(xiàn)場材料采購階段一般需要對焊接質(zhì)量進行評估和驗收，焊材復驗是一種較為普遍的驗收方式。現(xiàn)階段焊條電弧焊主要采用手工焊接的方式進行，對于焊接材料復驗及精準控制焊接參數(shù)的工藝試驗，其主要存在焊工焊接環(huán)境差，焊接工藝參數(shù)控制精度不高，無法滿足對焊接質(zhì)量過程控制的精確參數(shù)控制，影響焊接工藝質(zhì)量的分析。天津大學提出了一種基于PLC控制平臺的焊條自動平焊裝置，焊條自動平焊裝置存在焊接起弧階段焊條粘絲的缺點，基于基于PLC控制平臺存在搭建系統(tǒng)硬件成本高，不便于施工企業(yè)焊接操作工使用和維護[1]。

1 旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置組成

旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置是采用直線模組作為運動機構，使用直流電機作為驅(qū)動單元，整個裝置由5個部件組成，裝置操作臺;焊接工件放置平臺，方向與裝置X軸方向平行;焊條運動機構，主要通過直線模組和旋轉(zhuǎn)機構實現(xiàn)焊接起弧旋轉(zhuǎn)、焊接過程焊條送給、焊接方向的功能;電氣控制箱，包含電機控制電路模塊，實現(xiàn)對X、Y、Z軸電機及旋轉(zhuǎn)電機的邏輯電路控制，電機參數(shù)設置、弧壓跟蹤電路和限位電路;手控盒，實現(xiàn)裝置的焊條位置調(diào)節(jié)及啟停。

2旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置控制方法

裝置采用簡單的電路設計，設計原理圖如涂所示。當人工操作時，在模擬取樣信號電路預設工作指標后，啟動按下AN1啟動按鈕，主控制器按預先設置好的程序開始工作，信號檢測電路開始檢測的是焊接空載電壓為高電位，這時向驅(qū)動電路發(fā)出一個運行信號，驅(qū)動電路控制Z軸電機運轉(zhuǎn)帶Z軸運動模組執(zhí)行向下運動，焊條從起始位置（起始位置按照不同規(guī)格焊條由儲存電路保存不同位置，不同規(guī)格焊條在不同起始位置時，焊條前端距離工件10-20mm，節(jié)約焊條起弧下降時間和更換焊條時間）向工件緩緩運動，Z軸電機驅(qū)動電路是由電子高速開關管組成的無觸點正、負、換向輸出器。Z軸電機在驅(qū)動的同時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號驅(qū)動焊條旋轉(zhuǎn)電機開始工作，旋轉(zhuǎn)速度可按照焊接預設參數(shù)進行調(diào)節(jié)，當焊條前端接觸到工件瞬間，焊接電壓短路，信號檢測取樣電壓信號為零，伺服調(diào)控電路立刻發(fā)出快速反轉(zhuǎn)信號到Z軸電機驅(qū)動器，Z軸電機開始高速反轉(zhuǎn)回抽焊條，并通過旋轉(zhuǎn)焊條形成模擬人工刮擦效果，使焊條與焊接件觸發(fā)引起電弧;當引弧成功后，焊條開始快速燃燒，這時焊條與工件形成電弧電壓，產(chǎn)生的電弧電壓再次輸入到信號檢測電路里，與焊前預設置的焊接預設電壓進行比較，通過模擬焊接過程信號儲存的反饋信號，輸出合理的控制信號到伺服調(diào)控電路，驅(qū)動Z軸電機執(zhí)行動態(tài)調(diào)節(jié)控制運動，實時保證焊接電壓的穩(wěn)定性。

當正常焊接焊條燃燒到設置的長度時，機械部分觸發(fā)限位器，限位器信號傳至JK1，通過程序電路終止焊接工作，并開始機械和電子程序控制全部復位待機，焊條夾具返回至起始位置，等待下一次觸發(fā)。

旋轉(zhuǎn)電路有獨立控制按鈕，引弧后可以根據(jù)需要設置關閉焊條旋轉(zhuǎn)電路。

在焊接過程中按動AN2按鈕，觸發(fā)E程序設置電路，信號傳至C伺服調(diào)控電路發(fā)出控制信號，D電機驅(qū)動電路控制電機反向快速回抽，焊接電弧熄滅，防止工件上出現(xiàn)弧坑，焊接停止。

3旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置使用效果

旋轉(zhuǎn)焊條自動焊接裝置用于安裝工程焊接材料復驗生產(chǎn)中，完全達到了焊條復驗工藝的技術和要求，設備操作方便簡單，大大降低了焊工的施工強度，改善施工人員勞動環(huán)境，復驗焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性明顯提高，焊材復驗數(shù)據(jù)的可靠性得到保障，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4裝置技術特點

4.1自動抽送焊條功能

旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置根據(jù)不同長度和焊條直徑進行系統(tǒng)設置，焊接完成設定長度焊條，Z軸電機自動復位至起點，便于焊條的及時更換，焊接過程中可以人工進行實時控制。

4.2自動弧壓跟蹤功能

旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置根據(jù)預設焊接電壓值進行弧壓跟蹤，在工件表面不平整時可以控制焊接參數(shù)的穩(wěn)定，控制原理如圖3所示，當引弧成功后，焊條開始快速燃燒，這時焊條與工件形成電弧電壓，產(chǎn)生的電弧電壓再次輸入到信號檢測電路里，與焊前預設置的焊接預設電壓進行比較，通過模擬焊接過程信號儲存的反饋信號，輸出合理的控制信號到伺服調(diào)控電路，驅(qū)動Z軸電機執(zhí)行動態(tài)調(diào)節(jié)控制運動，實時保證焊接電壓的穩(wěn)定性。從而保證焊接質(zhì)量。

4.3焊條旋轉(zhuǎn)功能

通過旋轉(zhuǎn)焊條，避免焊條短路起弧階段由于短路形成的焊條粘黏工件而停止工作。同時實現(xiàn)焊縫熔池攪拌，從而使熔池氣體及時溢出，從而提高焊接質(zhì)量。通過安裝不同偏心焊條夾具實現(xiàn)模擬人工的焊條擺動焊，實現(xiàn)寬坡口的焊接作業(yè)。

4.4模擬伺服調(diào)節(jié)功能

采用直流電機，設計模擬控制電路實現(xiàn)在啟弧時間段焊條慢速下落至輕微刮擦引弧，引起電弧后高速回抽或提升焊條達到預設置的焊接位置。確保焊條與工件不粘連，當完成起弧后焊條快速反向補償回送并維持動態(tài)調(diào)整維持弧焊電壓穩(wěn)定，保證電弧穩(wěn)定和焊縫質(zhì)量。

4.5 良好的經(jīng)濟性

旋轉(zhuǎn)自動焊接裝置使用簡單的電子元件，節(jié)約了裝置硬件的投入成本，同時避免了復雜的PLC控制帶來的控制系統(tǒng)開發(fā)成本，具有較好的設備經(jīng)濟性。

5結論

（1）采用旋轉(zhuǎn)焊條起弧的方式可以有效避免焊條起弧階段與工件的粘粘問題，提高焊條起弧成功率。

（2）旋轉(zhuǎn)焊條起弧裝置結構簡單，控制硬件集成簡單，裝置功能滿足焊條平焊焊接要求，達到焊接材料復驗要求。

參考文獻：

[1]任成龍，申俊琦，程方杰，胡繩蓀.一種焊條自動平焊裝置：中國，CN103223546A，2013-07-31.

作者簡介：

趙飛（1987-）男，貫籍：陜西寶雞，民族：漢，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：焊接設備。

（中國核工業(yè)第五建設有限公司，上海 201512）