適用于油脂精濾器的自動氬弧焊機設計

王華臣，張法楷，于晏同，李子路，梁 昊，姚占斌

(1.京糧(天津)糧油工業有限公司，天津 300452； 2.中國農業機械化科學研究院，北京 100083)

0 引言

隨著我國油脂精濾器制造的不斷進步，各使用單位對油脂精濾器的制造質量、使用壽命提出了更高的要求，而產品質量的好壞，使用壽命的長短，在很大程度上取決于焊接質量[1]。為了提高焊接質量、降低勞動強度，京糧(天津)糧油工業有限公司和中國農業機械化科學研究院共同研制出新型的適用于油脂精濾器的自動氬弧焊機，該焊機具有結構緊湊、使用效率高的特點，并且能夠保證焊接質量。現對該新型焊機的結構、組成及工作原理進行介紹。

1 基本結構和工作原理

采用完全不同于國外常用的懸掛式和國內使用較多的龍門式結構設計，而是采用立柱式結構設計[2]。

該焊機主要由氬弧焊機、焊接平臺、焊接變位器、送絲裝置、氬氣瓶、電線電纜，以及相應的自動化控制系統組成[3]。目前，市場上氬弧焊機和送絲機構產品比較成熟而且能夠匹配，本機選擇松下品牌的氬弧焊機及送絲裝置。待焊件在焊接變位器上定位，焊接變位器通過滾珠絲杠安裝在操作平臺上，待焊件可通過滾珠絲杠經電機的帶動精準地勻速運動，具體組成如圖1所示[4]。

1.電機 2.機架 3.直線導軌 4.滾珠絲杠副 5.滑塊 6.焊接變位器 7.工件夾持機構 8.待焊件 9.焊槍固定架 10.焊槍 11.焊機及送絲裝置組成圖1 自動氬弧焊機整體結構Fig.1 Overall structure of automatic TIG welding machine

待焊件通過工件夾持機構固定在焊接變位器上；直線導軌固定在機架上；焊接變位器通過滑塊安裝在線性滑軌上，焊接變位器水平運動通過電機驅動滾珠絲杠副實現；焊槍安裝在焊槍固定架上，焊槍固定架安裝在機架上。在焊接環焊縫時，先通過直線導軌將焊接變位器移動到合適的位置，使焊槍對正起始焊接位點，然后啟動焊機開始焊接，同時啟動焊接變位器旋轉操作盤進行勻速回轉運動，完成焊接過程。在焊接縱焊縫時，先通過直線導軌將焊接變位器移動到合適的位置，使焊槍對正起始焊接位點，然后啟動焊機開始焊接，同時通過電機驅動滾珠絲杠副使焊接變位器勻速水平運動完成焊接過程。

2 主要部件結構

2.1氬弧焊機

使用松下品牌YC-300WP型直流焊機。該焊機具有交流TIG焊、直流TIG焊、直流脈沖TIG焊、交流脈沖TIG焊和自動填絲TIG焊等多種焊接模式；適用于不同板厚的碳鋼、不銹鋼、鎂和鋁等多種金屬材料的焊接；具有電流檢測信號和脈沖同步信號及各種焊接工作用的接線端子，配合自動送絲裝置使用非常方便[5]。該自動焊機的主要規格參數如表1所示。

表1 300-WP型晶閘管控制交、直流氬弧焊機

2.2送絲機構

采用與松下品牌300-WP型焊機相匹配的YJ-105型送絲裝置，該送絲裝置的主要規格參數如表2所示，具有以下特點。

(1)通過對復雜TIG送絲過程實現自動控制，實現自動化、高品質的焊接。

(2)為了防止燒穿，焊接中的送絲速度可兩擋切換[6]。

(3)可配合脈沖TIG焊機，配裝在自動行走小車上，實現自動化焊接，經濟實用。

(4)具有延遲送絲時間控制功能、焊絲填充速度調整功能、焊絲回抽控制功能等多種功能，面對許多復雜困難的焊接作業可進行多種焊接條件設定，從而提高焊接操作性。

表2 YJ-105自動送絲裝置

將自動送絲裝置的數據線插到氬弧焊機上，就可以實現連鎖控制功能，包括調整送絲速度、收弧速度、抽絲速度等。

2.3焊機動作執行機構

由于精濾器焊接種類只有環焊縫和縱焊縫兩種，對于環焊縫的焊接(圖2)采用維持焊槍固定不動，通過旋轉工件來完成焊接過程，因此采用焊接變位器來完成環焊縫的焊接[7]。焊接變位器(圖3)是一種高效的以實現環焊縫焊接為主的焊接設備，可以配合氬弧焊機及自動送絲裝置等組成自動焊接系統，通過工作臺的升降、回轉、翻轉使待焊件處于最佳焊接位置，避免仰焊和立焊，保證焊接質量。由于氬弧焊對于焊接精度要求非常高，所以焊接變位器的回轉電機應采用伺服電機控制，實現精確定位和勻速轉動功能。本機焊接變位器選用無錫市艾立特焊割設備有限公司生產的HB6型焊接變位器，該焊接變位器具體參數如表3所示。

對于縱焊縫的焊接(圖4)，待焊件被夾持機構固定住后，采用固定件焊槍不動，通過待焊件勻速向右運動的模式，則必須增加一套水平運動機構，該機構由機架、直線運動導軌、驅動電機和滾珠絲杠副組成。

1.工件夾持機構 2.待焊件 3.焊槍圖4 筒體A類焊接接頭的焊接示意Fig.4 Welding of class A welded joints of cylinder

2.4焊機電控要求

本機電器自動化控制采用西門子PLC(可編程邏輯控制器)控制，操作面板如圖5所示。電器控制點包括水平運動驅動電機A和C，焊接系統B(包括氬弧焊機、自動送絲機構、焊縫追蹤系統和焊接自控系統，焊接操作在焊機控制面板，本機面板只用于開啟和關閉焊接系統)、焊接變位器回轉電機D、焊縫追蹤縱向微調電機H、焊縫追蹤橫向微調電機I共6個控制點。

圖5 氬弧焊自動焊機操作面板Fig.5 Operation panel of automatic TIG welding machine

A旋鈕用于控制水平運動驅動電機正反轉及停止，C旋鈕用于調節步進電機脈沖頻率從而調節進給速度(配置速度顯示面板)，B按鈕用于控制焊接系統的啟停，D旋鈕用于調節焊接變位器回轉速度(配置速度顯示面板)，H旋鈕用于控制焊縫追蹤縱向微調電機正反轉，I旋鈕用于控制焊縫追蹤橫向微調電機正反轉[8]。

3 自動氬弧焊機整機技術參數

根據上述分析以及企業的需要，最終確定整機的技術參數如表4所示。

表4 自動氬弧焊機技術參數

4 驗證性試驗

通過制造樣機進行焊接試驗，得出如下統計數據。從圖6中可以看出，樣機焊接的速度為200～240 mm/min，而人工的焊接速度遠遠不如樣機的焊接速度，一般低于185 mm/min。

圖6 樣機焊接速度與焊工焊接速度對比Fig.6 Comparison of welding speed between prototype and welder

圖7 兩種方式焊接合格率與不合格率比較Fig.7 Comparison of qualified rate and unqualified rate of two welding methods

從焊接10種樣品，每種樣品的合格率來看，從圖7可知，自動氬弧焊機在焊接時合格率為92%～100%，合格率較高，而與此相比，普通焊工針對同一種焊件的焊接合格率則明顯較低，往往為50%左右。機器焊接不僅焊接率較高，而且針對不同的焊件，焊接質量比較穩定，而相比之下，人工焊接的合格率穩定性的優點不突出。

5 結論

采用全自動氬弧焊機焊接精濾器能夠明顯減輕工人的勞動強度，提高工作效率。由于是數控式自動操作，焊接參數可控，可以保證穩定的焊接質量，減少人為因素造成的缺陷。