一種直縫自動焊接機的優化設計★

周思思

（廣西電力職業技術學院， 廣西 南寧 530000）

1 直縫自動焊接機的現狀分析

20 世紀80 年代以后，中國機械焊接技術不斷發展，一些新技術的應用使機械設備的自動化水平大大提高，焊接技術也逐漸走向了自動化。自動焊接機在機械焊接中發揮著重要的作用，有效提高了生產效率和質量水平[1-3]。

直縫自動焊機，又稱直縫自動焊接機，或者縱縫自動焊接機，是自動焊接機中的一種類型。直縫自動焊接機采用各種易熔合金連接金屬部件，是一種能夠通過自動化、機械化實現工件產品直縫焊接的自動化焊接機械設備，一定程度上節約了生產的時間，同時也減少了人力勞動的成本。

焊接，也稱為熔接，或是镕接，是一種生產過程中的制造工藝和技術，利用加熱、高溫或高壓的手段，去連接合金金屬或其他熱塑性材料。

現有的直縫自動焊接設備焊槍的焊接頭通常為固定方式安裝，焊接時，驅動連接焊槍焊接頭的驅動平臺上下移動，并移動焊接件，使焊接頭對準直縫進行焊接。對于特殊形狀、位置的焊接件，難以進行位置調整，導致固定的焊槍焊接頭對應的焊接角度難以對準焊接部位，容易出現焊縫超高、咬邊和未熔合等缺陷。焊縫超高易產生應力集中。咬邊缺陷不但會減小接頭的工作接觸截面，而且在咬邊處會造成嚴重的應力集中。未熔合缺陷會顯著降低焊縫強度，導致焊縫出現間斷或造成焊縫的應力集中，是一種類似裂紋的危險缺陷。

為了克服以上問題，本文提出一種直縫自動焊接機設計方案，優化了焊接焊槍的定位方式，能夠提高焊槍焊接角度的可調節性[4-5]，有效避免焊縫超高、咬邊和未熔合等缺陷。

2 直縫自動焊接機的優化設計結構

本文提出對直縫自動焊接機進行優化設計，該焊接機主要由焊接機本體、基座、擺動架、轉動座、第一機械臂、橫向電機、第二機械臂、豎向電機、焊槍、液壓器、豎向氣缸、橫向氣缸以及操作臺等部分組成，具體的結構示意圖如圖1 和圖2 所示。

圖1 直縫自動焊接機優化設計結構前示圖

圖2 直縫自動焊接機優化設計立體結構示意圖

基座2 位于該焊接機本體1 前側上部，與焊接機本體1 固定連接。擺動架3 為180°半弧形，具有一定厚度，中間貫穿。擺動架3 位于基座2 的下側，擺動架3 左右兩端與基座2 固定連接。轉動座4 位于擺動架3 對應的中心位置，與基座2 固定連接。第一機械臂5 位于擺動架3 內，一端與轉動座4 活動連接，能夠在擺動架3 的中間貫穿位置進行左右擺動。第一機械臂5 的下端設置有橫向電機6。第二機械臂7 的右端與橫向電機6 的旋轉軸固定連接，能夠以橫向電機6 的旋轉軸為軸進行轉動。第二機械臂7 的左端設置有豎向電機8。焊槍9 與豎向電機8 的旋轉軸固定連接，能夠以豎向電機8 的旋轉軸為軸進行轉動。焊接機本體1 的下面固定連接操作臺10，操作臺10 位于與焊槍9 下方，用以放置焊接件。

焊接機本體1 對應基座2 的位置設置有凹槽，液壓器11 安裝在這個凹槽里面。液壓器11 的一端與焊接機本體1 固定連接，另一端與基座2 固定連接，基座2 能夠通過液壓器11 的工作來上下升降，調整焊槍和焊件之間的位置以及角度。基臺在與液壓器11的連接處設置有向外側凸出的凸出部，凹槽對應該凸出部的位置設置有向外側凹陷的對接部，通過凸出部與對接部的配合，將基臺與焊接機本體1 固定連接。

豎向氣缸12 位于第一機械臂5 與橫向電機6 之間，豎向氣缸12 的上端與第一機械臂5 固定連接，下端為伸縮端，通過聯接件與橫向電機6 固定連接，橫向電機6 能夠隨著豎向氣缸12 的伸縮端的伸縮方向進行移動。橫向氣缸13 位于第二機械臂7 與豎向電機8 之間，底部一側與所述第二機械臂7 固定連接，另一側也為伸縮端，與豎向電機8 通過聯接件固定連接，豎向電機8 能夠隨著橫向氣缸13 伸縮端的伸縮方向進行移動。

第一機械臂5 對應擺動架3 的位置，設置有固定聯接件，可以通過該固定件將第一機械臂5 與擺動架3 固定連接，在第一機械臂5 進行工作移動的時候，起到很好的調節和穩定作用。

操作臺10 上面設置有網紋焊接板，用以固定焊接件，減少焊接時焊件的位移。

焊接機本體1 下部設置有若干個支腳，用以支撐該焊接機本體1。焊槍9 與豎向電機8 通過旋轉架固定連接。該旋轉架的材質為金屬架，用來支撐放置焊槍9 以及焊槍9 相關的零件，有利于焊槍9 與豎向電機8 之間更好地連接。

3 優化設計后直縫自動焊接機的工作原理及操作步驟

本文中的直縫自動焊接機在進行焊接工作時，基臺底部與轉動座4 固定連接的第一機械臂5 通過擺動架3 可以進行左右擺動，擺動的角度能夠達到180°，能夠按照焊品的焊接制造工藝和技術要求，調節與第一機械臂5 關聯連接的焊槍9 的焊接角度。第一機械臂5 下端的橫向電機6 能夠調整連接的第二機械臂7 的橫向角度，通過第二機械臂7 另一端的豎向電機8 的調整，能夠進一步固定和調整焊槍9 的焊接角度，降低焊接角度的誤差，提高焊接成品率[6-7]。

焊接機本體1 配備有對應的軟硬件，包括電源開關、顯示屏和控制操作系統等基礎使用功能模塊。其中，橫向電機6、豎向電機8 與顯示屏、控制操作系統關聯，通過操作顯示屏和控制操作系統，可以控制橫向電機6 和豎向電機8 的旋轉軸旋轉，從而控制對應的第二機械臂7 橫向調整以及焊槍9 的豎向調節，最終提高焊槍9 的焊接角度的可調節性。

轉動座4 已經關聯轉動電機，該轉動電機與焊接機本體1 的顯示屏、控制操作系統相連接，能夠通過操作該顯示屏、控制操作系統來控制轉動電機的轉向、轉速等參數，繼而控制與轉動座4 活動連接的第一機械臂5 的擺動幅度。隨著第一機械臂5 在擺動架3 上的擺動位置變化，與第一機械臂5 間接固定連接的焊槍9 的位置也會發生對應擺動軌跡的移動，能夠進一步調節焊槍9 的焊接角度。

該直縫自動焊接機的操作步驟為：檢查直縫自動焊接機的完整性和穩定性。當確定直縫自動焊接機沒有明顯損壞和使用風險后，將焊接件放置在焊接板上，通過對顯示屏進行操作，輸入相對應的焊接操作程序，橫向電機6、轉動電機以及豎向電機8 根據焊接操作程序的設置，對焊槍9 的焊接角度進行具體的調節。同時，豎向氣缸12 以及橫向氣缸13 能夠進一步調整焊槍9 的實際位置。而液壓器11 可以對基座2的位置進行上下升降，并通過并凹槽保持升降平穩，焊槍9 的焊接頭可以按工藝角度靠近焊接件，并對焊接件進行焊接[8-10]。

4 應用效果

該直縫自動焊接機具有結構簡單、成本低和穩定性好的優點。

通過優化設計解決焊槍焊接角度問題，有利于在產品焊接生產過程中保持相對平穩，焊接產品的焊縫外形更加美觀，焊接焊縫的質感和貼合性得以提升。

對用于加工和制造外表面較薄的材料、非金屬材料和更為精密的機械部件，穩定焊槍的焊接角度，可以使焊接縫的深度加強，將焊接縫的寬度縮窄，焊接縫隙變得細小而平坦整齊，焊接表面更加均勻，焊接質量更好。

使用直縫自動焊接機進行焊接，可減少焊后缺陷，在提高產品焊接的效率的同時，降低設備的電能消耗，降低整體工程的造價成本。

5 結語

直縫自動焊接機的優化設計方案，通過優化焊槍焊接工件的定位方式，不僅有效提高了生產效率，而且可以保證焊接直線時焊接表面的均勻性，提高了直縫自動焊機的焊接質量。