（云南建投機(jī)械制造安裝工程有限公司，云南 昆明 651701）

0 前言

環(huán)縫焊接是指各種圓形、環(huán)形焊縫的焊接，在管道施工、容器、化工設(shè)備等生產(chǎn)安裝中具有極其重要的地位[1]。

先進(jìn)的焊接設(shè)備是高效高質(zhì)焊接的重要保證[2]。目前常見的自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)大多采用焊槍位置固定、工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式施焊，該方法雖然焊接過程穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量高，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但存在焊接效率低下、在環(huán)形焊縫不連續(xù)時(shí)操作復(fù)雜無法施焊等問題。針對(duì)上述問題，將變位機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改造，使其能同時(shí)裝夾3把（甚至4把）焊槍，利用PLC可編程控制器控制變位機(jī)和多把焊槍協(xié)同作業(yè)，提高環(huán)形焊縫的焊接生產(chǎn)效率，并解決普通環(huán)縫焊機(jī)在環(huán)形焊縫不連續(xù)時(shí)無法施焊等問題。該焊接系統(tǒng)生產(chǎn)效率高，是普通自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的3倍以上，能適應(yīng)各種環(huán)形焊縫焊接，自動(dòng)化程度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

1 技術(shù)方案

（1）解決焊接生產(chǎn)效率低的問題。

常見的自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)及變位機(jī)雖然過程自動(dòng)化，但一把焊槍進(jìn)行施焊的方式焊接效率低。本系統(tǒng)采用多把焊槍協(xié)同焊接的方式來提高焊接效率。在焊接單條環(huán)形焊縫時(shí)，其原理如圖1所示，1、2、3號(hào)焊槍分別沿環(huán)形焊縫呈120°設(shè)置。在施焊時(shí)，PLC控制3把焊槍起弧，同時(shí)控制變位機(jī)帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過120°后PLC控制變位機(jī)停止工作，3把焊槍隨之熄弧，此時(shí)，①、②、③段焊縫連接成一條完整的環(huán)焊縫。整個(gè)過程用時(shí)僅為普通環(huán)縫焊機(jī)的1/3，在批量化生產(chǎn)時(shí)其高效性尤為顯著。

圖1 多焊槍焊接單條環(huán)形焊縫的焊接原理

焊接多條環(huán)形焊縫的原理如圖2所示，1、2、3號(hào)焊槍分別調(diào)整至3條環(huán)焊縫的起弧點(diǎn)位置，工件裝夾在變位機(jī)上并調(diào)整至水平位置。施焊時(shí)，利用PLC同時(shí)控制3把焊槍和變位機(jī)，旋轉(zhuǎn)一次即可完成整個(gè)工件上3條焊縫的焊接。

圖2 多焊槍焊接多條環(huán)形焊縫的焊接原理

（2）解決不連續(xù)環(huán)形焊縫的問題。

普通自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)的生產(chǎn)方式?jīng)Q定了其焊縫不連續(xù)操作時(shí)過程復(fù)雜且效率低的問題。本系統(tǒng)解決該問題的原理如圖3所示，1、2、3號(hào)焊槍沿環(huán)形焊縫呈120°布置在焊接起弧點(diǎn)處，工件無需旋轉(zhuǎn)一周，焊槍也無需二次起弧，只需變位機(jī)帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)一定角度就能完成焊接。

圖3 解決不連續(xù)環(huán)形焊縫的原理

（3）解決任意弧長(zhǎng)、不連續(xù)環(huán)形焊縫的焊接難題。

在任意弧長(zhǎng)、不連續(xù)環(huán)焊縫焊接時(shí)，工件的每條環(huán)焊縫弧長(zhǎng)都不相等且不連續(xù)，普通環(huán)縫焊機(jī)難以適應(yīng)，本系統(tǒng)利用PLC分別控制3把焊槍不同的通斷時(shí)間和變位機(jī)工作時(shí)間來解決。原理如圖4所示，1、2、3號(hào)焊槍分別布置于工件3條不等弧長(zhǎng)焊縫的起弧點(diǎn)，針對(duì)不同弧長(zhǎng)的焊縫提前給PLC編定程序。施焊時(shí)，變位機(jī)帶動(dòng)焊件旋轉(zhuǎn)，待3把焊槍都分別完成焊接作業(yè)后，PLC發(fā)出信號(hào)控制焊槍及變位機(jī)停止工作，即一次焊完整個(gè)環(huán)形面上3條任意弧長(zhǎng)的環(huán)形焊縫。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

焊接系統(tǒng)的構(gòu)成包括旋轉(zhuǎn)變位機(jī)、三維調(diào)節(jié)焊槍夾具、氣保焊槍和PLC等，如圖5所示。

圖4 解決任意弧長(zhǎng)、不連續(xù)環(huán)形焊縫的原理

PLC為主要控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接受用戶編程并傳達(dá)各種控制指令[3]。例如，PLC計(jì)時(shí)控制每把焊槍的通斷電時(shí)間以及變位機(jī)的工作時(shí)間。旋轉(zhuǎn)變位機(jī)是主要的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可獨(dú)立調(diào)速，負(fù)責(zé)帶動(dòng)工件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并可變換工件空間焊接位置，增大適用范圍[4]。氣保焊槍是該系統(tǒng)焊接工作的執(zhí)行者，能接受PLC發(fā)出的指令進(jìn)行施焊。三維調(diào)節(jié)焊槍夾具則起到定位和調(diào)節(jié)焊槍位置的作用[5]。

3 工作過程

圖5 系統(tǒng)構(gòu)成

以任意弧長(zhǎng)、不連續(xù)環(huán)形焊縫焊接為例闡述系統(tǒng)的工作過程。在焊接任意弧長(zhǎng)、不連續(xù)環(huán)形焊縫時(shí)，首先設(shè)定好焊接電源的參數(shù)值以及旋轉(zhuǎn)變位機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度（即焊接速度），其次針對(duì)焊接工件不同弧長(zhǎng)的焊縫對(duì)PLC進(jìn)行編程，設(shè)定1號(hào)焊槍工作時(shí)間n1秒，2號(hào)焊槍工作時(shí)間n2秒，3號(hào)焊槍工作時(shí)間為 n3秒，假設(shè) n1＜n2＜n3，則變位機(jī)的工作時(shí)間為最大值n3秒。上述程序調(diào)試工作完成后裝夾工件，按照焊接方向調(diào)整焊槍位置，使焊槍焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫起弧點(diǎn)，并保持一定的干伸長(zhǎng)度，完成準(zhǔn)備工作。施焊時(shí)，按下啟動(dòng)開關(guān)，給PLC一個(gè)輸入信號(hào)，PLC運(yùn)行用戶編寫的程序，發(fā)出輸出信號(hào)給焊槍和變位機(jī)。3把焊槍開始起弧，同時(shí)變位機(jī)開始帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)施焊。待經(jīng)過n1秒后1號(hào)焊槍焊接完成，PLC發(fā)出一個(gè)電信號(hào)控制1號(hào)焊槍熄弧，其他焊槍及變位機(jī)繼續(xù)工作。同上，經(jīng)過n2秒后，控制2號(hào)焊槍熄弧。直到n3秒后，PLC發(fā)出信號(hào)控制變位機(jī)及3號(hào)焊槍停止工作。至此，完成整個(gè)工件環(huán)焊縫的焊接。

4 結(jié)論

利用PLC的編程和計(jì)時(shí)控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多把焊槍和旋轉(zhuǎn)變位機(jī)間的協(xié)同作業(yè)，并且針對(duì)不同工件的焊縫形式，只需編寫不同的PLC程序就能輕松適應(yīng)各種焊縫的焊接，滿足用戶的不同需求。該系統(tǒng)焊接效率高，自動(dòng)化、柔性化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。