李葆平

（貴州永紅航空機械有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550009）

目前，我公司鈦合金波紋板焊接使用的中頻滾焊機，由于鈦合金焊接產(chǎn)品價格昂貴，因此要求在產(chǎn)品焊接過程中焊接可靠、穩(wěn)定，保證焊接質(zhì)量。而目前經(jīng)過試驗及產(chǎn)品驗證，焊接工藝使用密集點電阻焊能較好滿足焊接質(zhì)量要求。但在焊接過程中，焊接設(shè)備經(jīng)常由于自身的機械、電氣原因?qū)е铝艘韵聝蓚€主要問題，影響了鈦合金波紋板焊接質(zhì)量，甚至使整個產(chǎn)品報廢。

第一，滾焊機在焊接過程中常常會出現(xiàn)機頭在使用過程中定位不準(zhǔn)確，造成產(chǎn)品磕碰傷及凌空放電燒穿波紋板，且不利于操作者監(jiān)視調(diào)節(jié)。

第二，由于設(shè)備在整個焊接過程中，焊接壓力是由伺服力矩電機產(chǎn)生并經(jīng)中間傳動等機械部件加載，由于傳動機械部件的安裝調(diào)整在運行過程中均會產(chǎn)生磨損及位置變動，造成機械部件阻力變化，從而導(dǎo)致設(shè)備焊接過程中引起實際焊接壓力的變化，引起焊接質(zhì)量變化，嚴(yán)重時導(dǎo)致產(chǎn)品直接報廢且不易及時發(fā)現(xiàn)。

針對以上設(shè)備焊接時出現(xiàn)的問題分析如下。

1 滾焊設(shè)備電極定位不準(zhǔn)

對于滾焊設(shè)備電極在焊接過程中定位不準(zhǔn)導(dǎo)致產(chǎn)品磕碰及凌空放電燒穿產(chǎn)品。由于此臺設(shè)備采用了電動缸伺服電機的編碼器反饋，編碼器的精度在每8個脈沖1mm的精度，而我們操作過程中經(jīng)常要求達(dá)到1mm精度定位要求，再加上定位方式使用的力距控制方式，沒有精準(zhǔn)的位置糾正能力造成過沖，常常使電極頭位置控制達(dá)不到要求，當(dāng)要求在焊接過程中準(zhǔn)確將電極頭下放至鈦合金波紋板的槽時，常常因電極定位不準(zhǔn)導(dǎo)致電極頭磕碰產(chǎn)品及放電擊穿波紋板，造成質(zhì)量問題。為此，需提高電極頭定位精度，將編碼器反饋改成外置式的光柵尺位置反饋加上高速脈沖比較指令，提高反饋控制位置精度。光柵尺采用soxin STA:5-200，精度達(dá)到每個脈沖0.005mm，即使在過沖情況下，也能達(dá)到使用要求。

2 焊接壓力導(dǎo)致的質(zhì)量問題

2.1 影響因素

對于焊接壓力引起的質(zhì)量問題，當(dāng)焊接設(shè)備所處的外部因素一旦確認(rèn)，如焊接產(chǎn)品的材料、材料表面狀況、焊接時的環(huán)境溫度等，對產(chǎn)品的焊接影響也就完全確認(rèn)了，因此焊接質(zhì)量主要取決于焊接設(shè)備本身的可調(diào)整因素與電氣設(shè)定參數(shù)。

而設(shè)備焊接熱的產(chǎn)生及影響產(chǎn)熱的因素主要由公式：Q=I2RT決定。

（1）焊接電流I的影響。電流大小決定了熔核的焊透率，滾動的距離決定了重疊量，因焊點大小為3mm，按重疊量的誤差0.3mm來計算，在伺服使用鉗位功能的情況下，很容易達(dá)到這個精度。引起電流變化的主要原因是電網(wǎng)電壓波動和交流二次回路阻抗變化，電流大小與工件接觸面積及壓力的關(guān)系。該設(shè)備采用了PWM電流團(tuán)環(huán)控制（機器會根據(jù)初級電流的實際大小來自動調(diào)整輸出脈沖寬度），在允許范圍內(nèi)屬恒流性質(zhì)，恒流能有效克服電網(wǎng)電壓波動和二次回路阻抗變化影響，能有效保證焊點溫度的穩(wěn)定性。如果超出機器的允許范圍，則機器會報錯（允許調(diào)整范圍，因機器購入時選定的6萬安倍輸出，實際使用為8千安左右，即使用率在15%左右，脈沖寬度也就能從15%一直自動調(diào)整到80%）。

（2）焊接時間T的影響。焊接時間和休止時間，在恒電流的情況下，焊接時間直接控制著放出熱量的多少，時間變量性線性屬性，所以很容易為操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，在休止時間時馬達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，它可以用來控制重疊量。焊接時間與休止時間之比為1.25:1～2:1，可獲得滿意結(jié)果。當(dāng)焊接速度（決定了滾輪與板件的接觸面）增加時，焊接間距增加，此時，要獲得重疊量相同的焊縫，就必須增大此比例。為獲得一定強度的焊點，可以大電流和短時間，也可小電流長時間，及考慮金屬的形成熔核所需的電流與時間，這可通過實際焊接質(zhì)量測量來確定相應(yīng)的焊接電流及焊接時間，由焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

（3）電阻R的因素。電阻R主要受焊接滾輪的材料有表面狀況，環(huán)境因素、焊接電極的壓力影響而變化，而焊接過程中只要確定了電極的材料及環(huán)境，材料及環(huán)境對R的影響在焊接過程中也基本保持不變，而電極的壓力的變化將使接觸電阻(R焊接=R材+R接觸)隨電極壓力的增大而減小和隨電極壓力的減少而增大，從而使焊接質(zhì)量變化。電極壓力過大，會造成產(chǎn)品壓痕過深，壓力過小會引起飛濺，焊接強度降低，或因壓力不一致影響加熱，造成焊點強度的波動。

2.2 應(yīng)對措施

從以上分析可知焊接壓力是保證焊接質(zhì)量一大關(guān)鍵因素，而此設(shè)備在焊接時焊接壓力屬于開環(huán)控制，僅有電動缸產(chǎn)生設(shè)定壓力，且間接加載于電極頭，而焊接的實際壓力卻無法得知及控制。因此，為保證焊接時的焊接質(zhì)量，可在焊接電極頭與電動缸連接處增加一荷載傳感器，荷載傳感器的測量范圍以電動缸的輸出力為基準(zhǔn)進(jìn)行選擇（電動缸輸出力為0～4000kg，輸入控制0～10V，采用美國sensotec公司荷載傳感器，型號：41/C830-01），用來檢測焊接壓力是否穩(wěn)定及滿足要求，并與焊接過程控制程序相配合。通常在焊接循環(huán)中，需設(shè)定合適的電極壓力時間、預(yù)壓時間、焊接時間、冷卻時間、維持時間、休止時間等焊接參數(shù)，焊接通電時間必須在電極壓力達(dá)到要求后才允許進(jìn)行放電焊接，否則提示焊接壓力存在問題，停止焊接，這樣可避免產(chǎn)品在焊接完成后不知道是否合格，造成成批的廢品，降低廢品率。有時為了改善焊接的性能，可在焊接過程控制程序中增加下列各項中的一個或多個過程。

圖1 PLC 控制流程圖

圖2 PLC端子接線圖

圖3 主電路及定位、壓力檢測電路

（1）加大預(yù)壓力以消除工件間的間隙，使之緊密貼合。

（2）用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合，防止飛濺。

（3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產(chǎn)生裂紋和縮孔等措施提高滾焊焊接質(zhì)量。圖1～3是焊接過程控制程序流程圖及電路控制圖。

[1]焊接手冊.焊接方法及設(shè)備：第一卷，第二版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.8.

[2]GJB481-88焊接控制質(zhì)量要求.

[3]GJB 724A-1998 不銹鋼電阻點焊和縫焊質(zhì)量檢驗.

[4]HB_Z 78-1984結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼電阻點焊和縫焊工藝.

[5]HB_Z 5134-2000結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼焊接工藝.