張秋雨 張開明 梁熠天 劉俊

摘 要：本項目研制了帶有焊槍擺動和焊槍角度調節(jié)機構的自動焊接裝置，能夠實現多種擺動控制，結構緊湊、操作靈活方便。通過觸摸屏調節(jié)擺動參數，實現焊接工藝參數的調試，使得焊縫滿足工藝要求。

關鍵詞：焊接；焊槍擺動；自動化

1 引言

本課題針對П型超超臨界鍋爐受熱面管系中活動連接件的焊接技術，研究探討采用龍門式氣體保護機械焊的可行性。為了控制焊縫的寬度，獲得高質量的焊接和焊縫成形，本項目以自動焊接系統(tǒng)子課題：焊槍擺動和焊槍角度調節(jié)機構為研究對象，設計能夠實現多種擺動控制、結構緊湊、操作靈活方便的機電一體化系統(tǒng)，通過觸摸屏調節(jié)擺動參數，實現焊接工藝參數的調試，使得焊縫滿足工藝要求。

2 焊槍擺動與焊接角度調節(jié)裝置

采用自動化焊接要求裝置配備送絲盤機構，實現自動送絲，焊絲的型號及送絲的速度決定了焊縫的寬度，通過調節(jié)送絲的速度實現焊縫寬度的調節(jié)的范圍有限，所以簡單的直線焊接無法滿足不同焊接工件的焊接工藝要求。為了實現自動焊接設備的自動化焊接并提高自動化焊接程度，實現更寬范圍的焊縫寬度控制，提高焊接效率，改善焊縫表面，多道焊不同焊層的焊接質量，盡可能降低焊接缺陷，使得自動焊設備能適應不同工件厚度及工藝要求，必須設計焊槍擺動與焊槍角度調節(jié)裝置，這是本項目研究的主要內容。

2.1 自動焊焊縫成形工藝實現原理

焊槍擺動自動控制是實現橫縫自動焊焊縫成形的關鍵，鐵水的流動和分布可以通過焊槍擺動方式控制來實現，并進而控制焊縫的形狀。擺動參數見圖1。結合焊接工藝，設置5個焊槍擺動參數：擺幅-控制焊縫的寬度；擺動中心O-調節(jié)焊縫的中心位置；焊縫兩側停留時間tl和t2-控制焊肉在焊縫兩邊的分布；擺動速度VB-控制鐵水的流動、焊縫余高和焊波的大小。

圖1 焊槍擺動參數

根據圖1可推導出焊波寬度L和焊接速度VH、擺動參數之間的關系為：

式中

L-焊槍往復運動一個周期焊槍移動的距離，即焊波寬度，mm

VH-焊接速度，mm/s

VB-擺動速度，mm/s

t1，t2-焊槍在焊縫上邊緣和下邊緣停留時間，s

Ll，L2-焊槍擺動在上停留時間和下停留時問內焊槍移動的距離，mm

L3，L4-焊槍在往復擺動期問內焊槍移動的距離，mm

M-擺幅，mm

由式1可知，焊波寬度由4個部分組成、不同的焊接速度和擺動參數、焊波寬度就不一樣、合理選擇這些參數可獲得光滑、美觀的焊縫。

要獲得不同的焊槍擺動波形，可以通過改變L1，L2，L3和L4的不同組合方式實現?？筛鶕傅赖奈恢脕磉x擇焊槍的擺動方式，以獲得優(yōu)質的焊縫。

一套焊接參數規(guī)范包括“焊道數”、“左擺幅”、“右擺幅”、“左擺速”、“右擺速”、“左停留” 、“右停留”、“中停留”，改變參數的組合方式，可以實現焊接焊縫寬度、焊縫厚度、焊縫截面形狀的控制（圖2）。在自動焊接過程中，通過設定不同焊道的焊接工藝參數，就可以連續(xù)地完成多道焊縫的一次性焊接。

圖2 參數設定及其焊接工藝對應關系

2.2 焊槍擺動與焊槍角度調節(jié)裝置

焊槍擺動與焊槍角度調節(jié)裝置如圖3所示。該裝置系統(tǒng)的擺動機頭驅動采用步進電機，傳動是滾珠絲杠螺母、導軌是線性滑軌，這樣能實現焊槍快速、平穩(wěn)、精確的往復直線運動，而且可以實現擺動幅度和速度的自動調節(jié)，對應實現焊縫寬度和厚度的控制。焊接角度調節(jié)是通過旋轉第一旋轉夾具3和第二旋轉夾具4，調節(jié)焊槍的相對位置，從而實現焊槍空間角度調整。

圖3 自動化焊接焊槍擺動與角度調節(jié)裝置

（1）擺動器；（2）連接擺動器夾具；（3）第一旋轉夾具；（4）第二旋轉夾具 ；（5）焊

2.3 人機交互操作與工藝參數設置界面設計

本系統(tǒng)的觸摸屏界面采用的是圖形界面設計方式來設計的，使用FX系列的GT Designe2人機交互界面軟件設計出顯示系統(tǒng)畫面，GT Designer2提供了多種功能組件、控制器件庫和圖形控件，通過組態(tài)出的各種顯示和控制功能實現系統(tǒng)操作狀態(tài)、當前過程值及故障的可視化。

3 結束語

本項目所設計、制作的焊槍移動和擺動機構結構緊湊、操作靈活方便、參數調節(jié)精確，在焊速控制和焊槍擺動方面，達到了設計參數和性能要求，減輕了工人勞動強度，提高了焊接生產效率和焊接質量。

參考文獻

[1]王剛，郝建初.高爐橫縫CO2自動焊焊接工藝[J].焊接，1998，9（9）：20-22.

[2]王鐵鈞，崔彤.焊槍擺動系統(tǒng)在焊接中的應用[J].焊接，2004，1（1）：39-41.

[3]雷毅.微處理機在橫縫擺動自動焊接系統(tǒng)中的應用[J].制造業(yè)自動化，2003，10（10）：56-59.

[4]劉俊，楊惠勤，汪燁，施楨.超超臨界鍋爐受熱面管系連接件自動化焊接系統(tǒng)設計[J].機械設計與制造，2012，3（3）：81-84.

[5]王俊恒，高洪明.PLC及觸摸屏控制系統(tǒng)在薄壁方管焊接中的設計和應用[J].電焊機，2006，12（12）：16-19.