張秋雨 張開明 梁熠天 劉俊

摘 要：本項(xiàng)目研制了帶有焊槍擺動(dòng)和焊槍角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)焊接裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多種擺動(dòng)控制，結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便。通過觸摸屏調(diào)節(jié)擺動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接工藝參數(shù)的調(diào)試，使得焊縫滿足工藝要求。

關(guān)鍵詞：焊接；焊槍擺動(dòng)；自動(dòng)化

1 引言

本課題針對(duì)П型超超臨界鍋爐受熱面管系中活動(dòng)連接件的焊接技術(shù)，研究探討采用龍門式氣體保護(hù)機(jī)械焊的可行性。為了控制焊縫的寬度，獲得高質(zhì)量的焊接和焊縫成形，本項(xiàng)目以自動(dòng)焊接系統(tǒng)子課題：焊槍擺動(dòng)和焊槍角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)多種擺動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通過觸摸屏調(diào)節(jié)擺動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接工藝參數(shù)的調(diào)試，使得焊縫滿足工藝要求。

2 焊槍擺動(dòng)與焊接角度調(diào)節(jié)裝置

采用自動(dòng)化焊接要求裝置配備送絲盤機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送絲，焊絲的型號(hào)及送絲的速度決定了焊縫的寬度，通過調(diào)節(jié)送絲的速度實(shí)現(xiàn)焊縫寬度的調(diào)節(jié)的范圍有限，所以簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接設(shè)備的自動(dòng)化焊接并提高自動(dòng)化焊接程度，實(shí)現(xiàn)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(zhì)量，盡可能降低焊接缺陷，使得自動(dòng)焊設(shè)備能適應(yīng)不同工件厚度及工藝要求，必須設(shè)計(jì)焊槍擺動(dòng)與焊槍角度調(diào)節(jié)裝置，這是本項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容。

2.1 自動(dòng)焊焊縫成形工藝實(shí)現(xiàn)原理

焊槍擺動(dòng)自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)橫縫自動(dòng)焊焊縫成形的關(guān)鍵，鐵水的流動(dòng)和分布可以通過焊槍擺動(dòng)方式控制來實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)而控制焊縫的形狀。擺動(dòng)參數(shù)見圖1。結(jié)合焊接工藝，設(shè)置5個(gè)焊槍擺動(dòng)參數(shù)：擺幅-控制焊縫的寬度；擺動(dòng)中心O-調(diào)節(jié)焊縫的中心位置；焊縫兩側(cè)停留時(shí)間tl和t2-控制焊肉在焊縫兩邊的分布；擺動(dòng)速度VB-控制鐵水的流動(dòng)、焊縫余高和焊波的大小。

圖1 焊槍擺動(dòng)參數(shù)

根據(jù)圖1可推導(dǎo)出焊波寬度L和焊接速度VH、擺動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系為：

式中

L-焊槍往復(fù)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期焊槍移動(dòng)的距離，即焊波寬度，mm

VH-焊接速度，mm/s

VB-擺動(dòng)速度，mm/s

t1，t2-焊槍在焊縫上邊緣和下邊緣停留時(shí)間，s

Ll，L2-焊槍擺動(dòng)在上停留時(shí)間和下停留時(shí)問內(nèi)焊槍移動(dòng)的距離，mm

L3，L4-焊槍在往復(fù)擺動(dòng)期問內(nèi)焊槍移動(dòng)的距離，mm

M-擺幅，mm

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

要獲得不同的焊槍擺動(dòng)波形，可以通過改變L1，L2，L3和L4的不同組合方式實(shí)現(xiàn)?？筛鶕?jù)焊道的位置來選擇焊槍的擺動(dòng)方式，以獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。

一套焊接參數(shù)規(guī)范包括“焊道數(shù)”、“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(shù)的組合方式，可以實(shí)現(xiàn)焊接焊縫寬度、焊縫厚度、焊縫截面形狀的控制（圖2）。在自動(dòng)焊接過程中，通過設(shè)定不同焊道的焊接工藝參數(shù)，就可以連續(xù)地完成多道焊縫的一次性焊接。

圖2 參數(shù)設(shè)定及其焊接工藝對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 焊槍擺動(dòng)與焊槍角度調(diào)節(jié)裝置

焊槍擺動(dòng)與焊槍角度調(diào)節(jié)裝置如圖3所示。該裝置系統(tǒng)的擺動(dòng)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)是滾珠絲杠螺母、導(dǎo)軌是線性滑軌，這樣能實(shí)現(xiàn)焊槍快速、平穩(wěn)、精確的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而且可以實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)幅度和速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)焊縫寬度和厚度的控制。焊接角度調(diào)節(jié)是通過旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)夾具3和第二旋轉(zhuǎn)夾具4，調(diào)節(jié)焊槍的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)焊槍空間角度調(diào)整。

圖3 自動(dòng)化焊接焊槍擺動(dòng)與角度調(diào)節(jié)裝置

（1）擺動(dòng)器；（2）連接擺動(dòng)器夾具；（3）第一旋轉(zhuǎn)夾具；（4）第二旋轉(zhuǎn)夾具 ；（5）焊

2.3 人機(jī)交互操作與工藝參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)

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

3 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)、制作的焊槍移動(dòng)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、參數(shù)調(diào)節(jié)精確，在焊速控制和焊槍擺動(dòng)方面，達(dá)到了設(shè)計(jì)參數(shù)和性能要求，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。

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