王偉

(唐山學(xué)院，河北唐山063020)

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用

王偉

(唐山學(xué)院，河北唐山063020)

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)臺(tái)電焊機(jī)發(fā)送的焊接信息進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、品質(zhì)管理、維護(hù)管理、生產(chǎn)管理、成本管理等五方面的管理。可對(duì)焊接電流、焊接電壓、焊接時(shí)間、氣體及焊絲的消耗量等進(jìn)行管理。為焊接管理人員提供品質(zhì)管理數(shù)據(jù)、焊機(jī)維修保養(yǎng)依據(jù)、以及根據(jù)報(bào)表了解成本因素等。采用焊機(jī)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，打造網(wǎng)絡(luò)化、集約化、智能化的焊接工廠，有利于提升焊接質(zhì)量和效率，降低焊接成本。通過(guò)焊接網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，控制焊接熱輸入量，可獲得最優(yōu)化的、一致性好的焊接接頭組織與性能；通過(guò)焊接網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)為精益化焊接生產(chǎn)、節(jié)能降耗提供依據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)；焊接接頭；熱輸入控制；降低成本

0 前言

目前在我國(guó)焊接行業(yè)中，部分已經(jīng)采用專機(jī)或機(jī)器人自動(dòng)化焊接，實(shí)行了智能化管理，保證了焊接接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，保證了焊接結(jié)構(gòu)件的安全性和可靠性；還有絕大部分焊接結(jié)構(gòu)件仍然使用手工焊接和半自動(dòng)化焊接完成，其焊接質(zhì)量主要依賴焊工的操作技能及其執(zhí)行工藝紀(jì)律的自覺(jué)性和責(zé)任心，焊接工藝規(guī)范的監(jiān)控和焊接質(zhì)量及成本管理還是比較粗放型的。如何實(shí)現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)件的高品質(zhì)化、高效率化、低成本化，一直是焊接工藝技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新的課題[1－2]。

為了保證焊接結(jié)構(gòu)件的可靠性，焊接智能自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和智能化焊機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可提高焊接品質(zhì)

焊接制造主要向高性能、高強(qiáng)度材料的方向發(fā)展，要進(jìn)一步滿足焊接構(gòu)件輕量化的要求，同時(shí)又要提高抗沖擊性能，對(duì)焊接接頭機(jī)械性能的“強(qiáng)韌比”要求越來(lái)越高。高強(qiáng)鋼(Q390／Q420／Q460／Q490／Q550／Q690／Q960／Q1300等)替代普通的Q235／Q345鋼，防止高強(qiáng)鋼焊接組織過(guò)熱脆化和焊接裂紋成為焊接工藝的技術(shù)課題。

焊接熱循環(huán)曲線如圖1所示。由圖1可以看出，800℃～500℃的冷卻時(shí)間決定了焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)的組織和性能。自動(dòng)化焊接和手工半自動(dòng)焊接的工藝規(guī)范參數(shù)決定了焊接接頭的熱循環(huán)特征，也決定了焊接熱輸入量。焊接熱輸入即單位長(zhǎng)度焊縫所吸收的熱能量(焊接線能量)，見(jiàn)式(1)

式中I為焊接電流(單位：A)；U為電弧電壓(單位：V)；v為焊接速度(單位：cm／min)

圖1焊接熱循環(huán)特性曲線

圖2 為最佳焊接線能量確定曲線。由圖2可知，焊接電流、電壓過(guò)大，焊接速度過(guò)慢，會(huì)造成t8／5時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，焊接接頭過(guò)熱，結(jié)晶組織粗大脆化，抗沖擊性能下降；焊接速度過(guò)快，又會(huì)造成t8／5時(shí)間過(guò)短，焊接接頭產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，容易產(chǎn)生冷裂紋。

圖2最佳焊接線能量確定曲線

圖3 為連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變SH－CCT曲線。由曲線可以預(yù)測(cè)焊接熱影響區(qū)的組織性能和硬度，從而預(yù)測(cè)鋼材在一定焊接條件下的淬硬傾向和產(chǎn)生冷裂紋的可能性，同時(shí)也可以作為調(diào)節(jié)焊接線能量、改進(jìn)焊接工藝的依據(jù)。如t8／5＝36 s，熱影響區(qū)的組織組成約為10%鐵素體＋5%珠光體＋85%貝氏體，HV5＝240。如果焊接規(guī)范偏小，焊縫及熱影響區(qū)冷卻速度快，連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變曲線靠左側(cè)，出現(xiàn)大量淬硬的馬氏體組織，HV5硬度偏高，韌性偏低，冷裂紋的傾向增大，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫接頭性能嚴(yán)重下降。

圖3 Q345鋼焊接SH－CCT曲線

自動(dòng)化焊接可以較好地控制焊接熱輸入量，而手工半自動(dòng)焊接的工藝規(guī)范參數(shù)難以控制，焊工操作技能差異較大，有的用大電流高電壓焊接，有的用小電流低電壓焊接；有的焊速快，有的焊速慢；鋼材焊接連續(xù)冷卻曲線(SH－CCT圖)差異較大，有的靠左，有的靠右，造成焊接接頭的組織成分差異較大；有的硬度較高，有的硬度較低；其機(jī)械性能存在嚴(yán)重不一致性。由數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接電源的工藝規(guī)范參數(shù)，能有效地顯示每臺(tái)焊機(jī)的二次輸出參數(shù)，保證每臺(tái)焊機(jī)工藝規(guī)范參數(shù)的一致性，可以獲得最優(yōu)化的、一致性的焊接接頭組織與性能。

圖4為焊接網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)焊接規(guī)范參數(shù)的顯示終端。由圖4可知，焊接電流良好段為小于±5%標(biāo)準(zhǔn)電流(灰色段)；正常段為小于±10%標(biāo)準(zhǔn)電流(白色段)；報(bào)警段為大于±10%標(biāo)準(zhǔn)電流(黑色段)。另外，監(jiān)控電腦端可以自由設(shè)置良好、正常、報(bào)警三段電流的臨界值。出現(xiàn)報(bào)警段時(shí)，提醒焊工和焊接質(zhì)量檢驗(yàn)人員，此段焊接接頭組織與性能變化較大，已經(jīng)超出了焊接工藝評(píng)定的合格范圍，應(yīng)該引起高度重視，進(jìn)行重點(diǎn)檢查，防止焊接質(zhì)量低和有隱患的焊接結(jié)構(gòu)件流入下道工序。

在良好段的焊接規(guī)范參數(shù)控制下，結(jié)晶組織致密，焊接接頭機(jī)械性能的強(qiáng)度、韌性達(dá)到最優(yōu)化。

3 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可降低焊接成本

焊接精益化管理的內(nèi)容比較多，目前大多數(shù)工廠仍然是靠焊接管理人員的經(jīng)驗(yàn)和查詢有關(guān)資料比較粗略的估算焊接工時(shí)和焊材消耗量，在提高焊接工時(shí)利用率和降低焊接成本上還是比較粗放型的管理；每臺(tái)焊接電源電能的消耗幾乎沒(méi)有統(tǒng)計(jì)和監(jiān)管；電能、焊材、工時(shí)的浪費(fèi)現(xiàn)象較為普遍，達(dá)不到數(shù)據(jù)化、可視化、精益化的管理。在焊接領(lǐng)域，杜絕一切浪費(fèi)現(xiàn)象是焊接管理的重大課題。

圖5為焊機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接成本的顯示終端。從圖5中可以看出，引進(jìn)焊接數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，可以在線查詢到每個(gè)時(shí)間段內(nèi)每臺(tái)焊機(jī)的焊絲消耗量、氣體消耗量、電能消耗量及焊接累計(jì)工時(shí)，并以報(bào)表及柱狀圖的形式體現(xiàn)出來(lái)。焊接管理人員可隨時(shí)隨地在線查詢記錄各焊接工位的實(shí)際焊接工時(shí)，能夠準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出每個(gè)焊接構(gòu)件的實(shí)際焊接工時(shí)，為提升焊接效率和提升焊接生產(chǎn)流水線節(jié)拍時(shí)間提供了數(shù)據(jù)，為精益化安排生產(chǎn)流程和生產(chǎn)計(jì)劃提供了依據(jù)。

圖4 焊機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接規(guī)范參數(shù)的顯示終端

圖5 焊機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接成本的顯示終端

有了焊機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接成本的顯示終端，可以較為詳細(xì)地記錄焊絲消耗量、氣體消耗量、電能消耗量等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地安排采購(gòu)計(jì)劃以減少庫(kù)存量；查找到焊材消耗量較大，造成浪費(fèi)現(xiàn)象的漏洞；計(jì)算出每臺(tái)焊機(jī)的電能消耗量，為節(jié)能降耗提供較為準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)。采用了網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集約化、可視化的設(shè)備和方法，才能夠達(dá)到焊接精益化管理的目標(biāo)。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)焊接網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接工藝規(guī)范參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接電源工藝規(guī)范參數(shù)的一致性，控制焊接線能量和連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變曲線(SH－CCT曲線)在理想范圍，最終獲得最優(yōu)化的焊接接頭組織與性能。

(2)通過(guò)焊接網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控焊接成本，監(jiān)測(cè)每臺(tái)焊機(jī)的焊絲消耗量、氣體消耗量、電能消耗量及焊接累計(jì)工時(shí)，為精益化焊接生產(chǎn)、節(jié)能降耗提供依據(jù)。

(3)采用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)焊接精益化管理的目標(biāo)，提升焊接構(gòu)件的焊接質(zhì)量和效率，降低焊接成本，為企業(yè)贏得可觀的質(zhì)量效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對(duì)策[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]張建勛.現(xiàn)代焊接生產(chǎn)與管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Applications of digital network monitoring system in the welding engineering field

WANG Wei
(Tangshan College，Tangshan 063020，China)

Digital network monitoring system can carry on data management，quality management，maintenance management，production management，cost management etc.Management can be realized on the welding current，welding voltage，welding time，gas and welding wire consumption.It can also provide quality management data，welding repairs and maintenance basis，and understand the cost factors according to the report.Using the digital network monitoring system of welding machine，to build the network，intensive and intelligent welding factory，which is conducive to improve welding quality and efficiency，to reduce welding costs.Controlling the welding heatinput by welding network monitoring system，you can get optimal and better consistent welding joints organization and performance.You can provide the basis for lean welding production and energy saving by welding network monitoring system.

network monitoring system；welding joints；heat－input control；reducing costs

book=6,ebook=48

TG409

A

1001－2303(2012)06－0077－04

2012－05－07

王偉(1983—)，女，河北唐山人，講師，碩士，主要從事焊接夾具設(shè)計(jì)及相關(guān)教學(xué)工作。