姚思立

摘要：從提高鎢極氬弧焊質(zhì)量、效率、滿足現(xiàn)有設(shè)備升級改造等角度出發(fā)，設(shè)計一套使用可編程控制器和伺服系統(tǒng)的自動送絲裝置，實現(xiàn)鎢極氬弧焊的自動送絲技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，焊接了不銹鋼刀柄、廚具、門把手等等材料，焊接效果良好，大大提高了焊接效率。

關(guān)鍵詞：氬弧焊送絲;焊絲回抽;自動對位;送絲虛位補償

在中國五金刀剪之都的陽江市，每年生產(chǎn)全球70%的刀剪產(chǎn)品，其中有近半的產(chǎn)品是使用鎢極氬弧焊工藝，因為需要焊接的半成品是需要經(jīng)過沖壓、成型等工藝，產(chǎn)品因溫度、質(zhì)地、壓力的不同，導(dǎo)致變形和回彈量無法達(dá)到一致，產(chǎn)品的焊接線無法保持絕對水平，因此在大量的實際生產(chǎn)焊接中，自動焊接機(jī)使用恒定送料速度的送絲機(jī)，無法保證每次的送絲量而導(dǎo)致焊接失敗，所以只能靠人工焊接補填焊絲以達(dá)到質(zhì)量要求，大大降低了自動焊對普及面和產(chǎn)業(yè)升級。如能開發(fā)出具有自動穩(wěn)定的送絲功能的送絲機(jī)，并且能使用簡單的通訊或接口與現(xiàn)有的設(shè)備、系統(tǒng)對接，實現(xiàn)低成本和高質(zhì)量、簡單實用和穩(wěn)定的有機(jī)結(jié)合，對于整個五金刀剪乃至不銹鋼氬弧焊的自動化進(jìn)程都將具有重要意義。

基于此，本著低成本、易實用、通用性強、智能化的原則，以現(xiàn)有的普通送絲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對氬弧焊自動送絲系統(tǒng)展開攻關(guān)，經(jīng)過大量的實操驗證和完善，使用效果明顯。

一、傳統(tǒng)送絲方法的缺點

（一）手工送絲：送絲是焊接過程中非常重要的一個操作環(huán)節(jié)，手工氬弧焊焊接的送絲方法多采用焊工手指捻動焊絲來完成送絲過程，焊工操作送絲時非常不方便，因此，手工送絲準(zhǔn)確性差、一致性差、送絲不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了焊接生產(chǎn)效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊絲長度有限，長時間焊接時需要頻繁拿取焊絲，焊接效率較低，且每段焊絲焊接完成時都會留存一小段焊絲無法使用，造成浪費。

（二）普通開關(guān)加電機(jī)送絲機(jī)：市面上的自動送絲機(jī)送絲驅(qū)動部分一般是由可調(diào)預(yù)緊力壓桿、主動輪、從動輪組成。這類自動送絲機(jī)具有滯后送絲和提前抽絲功能，通過腳踏開關(guān)控制送絲和抽絲，也可以使用焊槍高頻開關(guān)實現(xiàn)同步控制，送絲速度較慢0-6mm/min，送絲速度重復(fù)性誤差較大，在±8%左右。

二、自動送絲系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計思路：第一是要保證能實現(xiàn)1.0-3.0直徑焊線的穩(wěn)定送出;第二是送絲速度能夠根據(jù)系統(tǒng)或信號實現(xiàn)過程可控;第三是能滿足控制系統(tǒng)進(jìn)行焊線檢測的要求。

（二）自動送絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為滿足上述要求，一是使用市面上常見的雙滾輪CO2送絲頭，將原有的普通直流電機(jī)改為伺服電機(jī)直驅(qū)，或者中間加高精度的行星減速器，以滿足更大直徑焊線的穩(wěn)定輸送。二是加裝伺服驅(qū)動器、可編程控制器和工業(yè)觸摸屏，操作面板上設(shè)置旋鈕，實現(xiàn)簡單的手動精密速度調(diào)整，并在觸摸屏上實時顯示送絲速度。三是在氬弧焊焊槍上加裝送絲頭固定支架，可以自由調(diào)整角度，滿足不同電流和間距時填絲喂料的角度要求。四是在焊槍送絲頭的入口處加裝一個編碼器，以實現(xiàn)送絲量的閉環(huán)檢測，彌補長護(hù)絲套引起的焊線彎曲、實際送絲量變少的缺陷。

三、控制系統(tǒng)的功能設(shè)計

（一）接受按鈕或經(jīng)485通訊由外部系統(tǒng)控制的停絲、送絲切換功能。有的工件不需要送絲，可以直接通過按鈕或者開關(guān)切換，能在極短時間內(nèi)（0.1秒）啟動或者停止停絲，而不需要重新去接線。直接焊接，這樣省成

本，省時間。

（二）點動送絲、回抽功能：此功能適合剛裝線的手動調(diào)整，裝好線盤后，直接長按點動，把焊線推出;同時也需要反向回抽，調(diào)試時焊絲出來得太多，可以直接回抽，而無須剪斷，省時省料。

（三）手動操作焊接時連續(xù)送絲和脈沖送絲的功能。脈沖時間和脈沖間歇時間可調(diào)范圍為0.01-99秒，匹配伺服電機(jī)的帶負(fù)載啟動時間10毫秒，實現(xiàn)高速脈沖送絲，輕松配合焊接出“魚鱗”焊路。

（四）帶檢測的同步送絲功能：送絲與焊接機(jī)起弧同時開始，區(qū)別于原有送絲機(jī)的高級功能是可接入焊接機(jī)的起弧成功信號，順利起弧后，焊機(jī)給出接通信號，送絲機(jī)馬上開始送絲。

（五）異步定長送絲：在焊接某些縫隙過大的工件時，可以選擇提前送絲的功能。先送出穩(wěn)定數(shù)量的焊絲，定位精確后再發(fā)出起弧命令給焊接機(jī)工作。

（六）焊接過程中送絲量的控制：這是智能型氬弧焊送絲系統(tǒng)最核心、最重要的功能。此功能分為幾種不同的模式，第一種是恒速穩(wěn)定送絲，設(shè)定送絲速度后，接到送絲命令后馬上按照設(shè)定的速度穩(wěn)定送絲;第二種是可編程的速度進(jìn)給，可以按照設(shè)定的程序，在一定的時間或者經(jīng)由RS232、485接受位置控制系統(tǒng)給出的控制信號，自由改變當(dāng)前的送絲速度和進(jìn)給量;第三種是基于模擬量控制的實時送絲速度變化，具備模擬量輸入功能，接收其他控制系統(tǒng)給出的電壓或者電流信號，通過控制器轉(zhuǎn)換，迅速改變當(dāng)前的送絲速度和方向。

（七）斷絲設(shè)置的功能：可以設(shè)置斷絲先停止送絲，然后焊機(jī)繼續(xù)熔絲設(shè)置的時間后熄弧。也就是溶絲時間設(shè)定?？筛鶕?jù)焊絲粗細(xì)不同設(shè)定自動回抽速度和長度。此焊絲回抽反粘絲功能，可輕易解決送絲機(jī)焊絲粘工件問題，或者焊絲頭熔球問題。

（八）送絲量檢測功能：該功能是為了彌補送絲管直徑大于焊絲，導(dǎo)致送絲管越長，焊絲在內(nèi)部彎曲變形，最終送絲量少于程序預(yù)設(shè)量時，程序能自動學(xué)習(xí)偏差量，在下一次時能自動補償偏差量。

（九）焊絲裁切功能：為減少重復(fù)多次送絲后的累積誤差，或者因焊接質(zhì)量引起的起球、拉絲等現(xiàn)象，以及方便編程長度送絲時的精度調(diào)整，控制強力剪刀裁剪焊絲。

（十）虛位補充功能：由于送絲架離送絲頭普遍有1.5-3米距離，送絲護(hù)管大于焊絲，在送料過程中，焊絲會發(fā)生彎折，導(dǎo)致驅(qū)動端送絲量和出口端長度誤差，在反向回抽時也會導(dǎo)致回抽量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生回程誤差，因此系統(tǒng)在每次方向調(diào)整時，采用編碼器在出口端進(jìn)行實時檢測反饋，計算實際輸出量到系統(tǒng)進(jìn)行反向間隙計算。

四、使用效果對比

經(jīng)過實際裝機(jī)測試，比原來的普通電機(jī)開關(guān)控制送絲效果好，在長焊縫時送絲速度穩(wěn)定，送絲量準(zhǔn)確，但是焊絲驅(qū)動電機(jī)原先采用86步進(jìn)電機(jī)，在點焊及短線需要快速送線時，響應(yīng)速度不夠及時，后來改為伺服電機(jī)后，送絲量精準(zhǔn)度高，特別是回抽焊絲時，能準(zhǔn)確定位，確保每次的量均能保持一致，應(yīng)用在刀柄自動焊接機(jī)上，能顯著提升焊接質(zhì)量和速度。