徐偉人 上海鐵路局科研所

直流閃光對接轍叉焊機是采用閃光接觸焊工藝生產鍛焊轍叉的專用設備，主要由主機、直流焊接電源、電氣控制系統(tǒng)、焊接管理系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分組成。它集機械、液壓、電子、傳感、自動控制、計算機等技術于一體，采用精密的機械、液壓部件和先進的電氣元器件，既能進行連續(xù)閃光焊，又能進行脈動閃光焊。焊接過程按預先設定的程序自動進行，焊接速度快，焊接質量好、穩(wěn)定。它能夠焊接最大截面積為14 000 mm2的普通碳鋼或特種耐磨鋼工件。

1 焊機的組成

焊機方框原理圖見圖1。

圖1 焊機方框原理圖

1.1 主機

直流閃光對接轍叉焊機的主機采用側向開口的C形結構，便于上料、下料和調整工件，有較寬、較厚的工作臺面。焊機的夾緊裝置由4個油缸與杠桿滑塊機構及萬向節(jié)組成，夾緊力大，調整方便。4個夾緊油缸分別可控，便于夾緊或調整工件。頂鍛油缸上下對稱分布，頂鍛連桿受拉力，強度高。焊機兩端裝有運送焊接工件的液壓抬升輥輪機構，保護下鉗口和下電極不受損壞。可通過斜型塊調整工作臺面和上電極的高度，以保證工件的對正和焊接時電極的接觸可靠。采用雙V型八棱柱作為動架直線運動的導軌，并配有機械卸荷裝置以減少焊接時動架前進和后退時的阻力。

1.2 直流焊接電源

為了保護三相交流電源的負荷平衡，焊機焊接電源設計成兩組三相次級整流的直流電源，每組由三個單相變壓器組成，三個變壓器的初級線圈連接成中心點打開的Y形接法，并采用三對反向并聯(lián)的可控硅與三個打開的中點成Δ形聯(lián)接，通過可控硅對焊接變壓器初級輸入的三相380 V 50 Hz的交流電源進行調壓，三個變壓器次級與六組大功率整流二極管組成全波整流電路，整流得到低電壓大電流的直流焊接電源，經匯流排匯合，送至焊機的正負電極上對被焊轍叉的頭部和底部饋電。每組電源的三個變壓器中有兩個同時工作，而且其初級串聯(lián)，次級經整流后并聯(lián)，另外全波整流器中也是兩個整流管同時工作，所以大大降低二次回路的阻抗，從而提高焊接電源的電流輸出能力和工作效率，最大次級焊接電流達到10 000 A。

1.3 電氣控制系統(tǒng)

轍叉焊機的電氣控制系統(tǒng)比較復雜，應用了AB公司的SLC5/03可編程控制器、Bosch閥卡等控制器材。可編程序控制器由開關量輸入板、開關量輸出板、模擬量輸入板、模擬量輸出板、CPU板和電源等模板構成，穩(wěn)定可靠，可擴展性好。在手動操作時，各部位之間實現(xiàn)連鎖控制，有效地避免敵對動作的發(fā)生，例如電極下壓時滾輪不能抬升。設置了安全鍵，要求操作者在執(zhí)行工件壓緊動作時必須雙手同時操作按鍵，以此來避免壓手等安全事故的發(fā)生。在可編程序控制器的程序控制下，可實現(xiàn)焊機的鉗口的夾緊或張開、電極的夾緊或張開、機架的前進或后退等動作。焊接時按設定工藝參數(shù)自動進行，并采集電壓、電流、位移、壓力等焊接數(shù)據(jù)進行反饋控制。

1.4 焊接管理系統(tǒng)

焊接管理系統(tǒng)監(jiān)控和記錄焊接進程，判別焊接結果。工控機通過與可編程控制器RS-232串行口進行通訊，獲得焊接過程中各傳感器得到的實時數(shù)據(jù)。焊接數(shù)據(jù)和焊接的時間以數(shù)字和圖形的形式不斷地在顯示屏上顯示，并存盤形成焊接數(shù)據(jù)文件供存檔查看。焊接結束后，能查看每次焊接的電流、電壓、壓力和位移的曲線。每次焊接結束時，根據(jù)閃光速度、平均電流值、頂鍛量、頂鍛力、焊接末期有否斷火、頂鍛過程中工件與鉗口之間是否打滑，自動分析判斷焊接質量（見圖 2）。

圖2 焊接管理界面

1.5 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)為焊機機械部分提供動力，由電動機、雙聯(lián)泵、油箱、智能溫度控制儀、油位指示器、高壓過濾器、回油過濾器、蓄能器和電磁閥集成塊等部分組成。由電磁閥來控制油壓，實現(xiàn)零負載啟動和工作間歇時卸荷，為手動操作提供的低油壓為5 MPa左右，為自動焊接提供的高油壓最高可達22 MPa左右，根據(jù)焊接不同截面積的轍叉調節(jié)高油壓。為了提高焊接時的頂鍛速度，提高焊接質量，配置了蓄能器。為了使液壓油保持在正常的工作溫度范圍之內，安裝了油溫加熱器和油水冷卻器。

1.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)為焊機提供循環(huán)的冷卻水，防止電極、整流二極管、焊接變壓器等部件過熱損壞，也為液壓系統(tǒng)冷卻器提供冷卻水，以降低過高的油溫。它由空冷式制冷系統(tǒng)、組合式控制箱、系統(tǒng)循環(huán)泵、水箱等部分組成。設置有水壓開關，只有在冷卻系統(tǒng)正常工作時，自動焊接程序才能啟動，可以有效保護焊機各發(fā)熱部件。冷卻系統(tǒng)應用的制冷劑為氟利昂22，制冷效率為每小時 5×104 kcal。

2 焊機的性能指標

3 應用情況

直流閃光對接轍叉焊機2005年通過了鐵道部的技術驗收，填補了國內空白，成果達到國際先進水平。先后在齊齊哈爾工務機械廠、湖南迅通道岔廠投入使用，可焊接了50 kg/m、60 kg/m標準鋼軌和50 kg/m鍛焊轍叉、60 kg/m鍛焊轍叉。焊接接頭送鐵道部產品質量監(jiān)督檢驗中心檢驗，通過了落錘、疲勞、靜彎等各項試驗。生產的微合金鋼軌鋼或貝氏體鋼鍛焊轍叉，具有整體性好、使用壽命長、可與線路鋼軌直接焊接、造價適中等優(yōu)點（現(xiàn)場應用情況見圖3）。

圖3 直流閃光對接轍叉焊機在生產現(xiàn)場

責任編輯：許耀元

來稿日期：2012-03-23