唐愛武 唐葆霖

摘 要：在眾多的焊接方法當(dāng)中，埋弧焊這種焊接的方式還是非常有效的，并且這種焊接方式還有著較為廣泛的焊接用途，尤其適用于中厚板的焊接以及長焊縫的焊接，這種焊接方式是非常受歡迎的焊接方式方法之一，而在焊接技術(shù)不斷發(fā)展的過程當(dāng)中，這一焊接方式也是出現(xiàn)了雙絲焊接以及多絲焊接，這樣一來就使得埋弧焊的焊接變得更加的高效，尤其是在近幾年間，隨著科技的快速發(fā)展，也是進(jìn)一步的促進(jìn)了這一焊接方式的發(fā)展，目前已近已經(jīng)研制出了雙絲高速焊接設(shè)備，這一焊接設(shè)備的工作原理就在于把兩根焊絲其電弧在同一個融電池上進(jìn)行燃燒，這樣就能夠有效的增加焊接的總熱量，并且能夠使得熱量的分配更加的合理，確保兩個電弧，能夠?yàn)槿陔姵氐膬蓚?cè)供給足夠的熱量以及熱熔的金屬，同時，兩個電弧之間還會產(chǎn)生互相熱，這樣還可以減少第二根焊絲耗費(fèi)的電能。并且利用這種焊接方式，能夠減少焊接的缺陷，為焊接工作的進(jìn)行提供更好的質(zhì)量保證。

關(guān)鍵詞：雙電弧共熔池;高速埋弧焊;數(shù)字化控制;協(xié)同控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.003

1 數(shù)字化協(xié)同控制系統(tǒng)的組成

雙電弧熔電池埋弧焊設(shè)備的組成分別是利用兩套埋弧焊接系統(tǒng)協(xié)同焊接構(gòu)成的。在設(shè)計(jì)的這一焊接系統(tǒng)里面，設(shè)定兩臺逆變電源為焊接的主從模式，主從機(jī)電弧分別一前一后，但是為了防止主從電弧之間形成干擾，所以主機(jī)的逆變電源選擇為直流式的，而從機(jī)的逆變電源選擇為交流式的。兩個焊接電弧的焊絲之間，要保持在25-35毫米之間，兩根焊絲之間的導(dǎo)電嘴要形成大概10°左右的夾角，并且前焊絲的導(dǎo)電嘴要是處于垂直的狀態(tài)，而后絲則需要稍微的向前傾一些，這樣就能夠確保在進(jìn)行焊接的過程中，熔寬能夠增大而熔深則能夠減小，在進(jìn)行焊接之前，還可以進(jìn)行對于焊接材料提前進(jìn)行預(yù)熱處理，這樣進(jìn)行焊接的效果會更好。

1.1 協(xié)同控制器的組成

在進(jìn)行利用雙電弧共熔池埋弧焊焊接的時候，因?yàn)檫@一焊接方式焊接系統(tǒng)構(gòu)成的影響，導(dǎo)致兩個電弧之間會存在著電磁的互相影響，因此就需要選擇一種能夠有效解決這一問題的處理器，下面就介紹了一種能夠有效解決這一問題的處理器，這種處理器有著非常強(qiáng)大的抗干擾性能，這種處理器的型號為三菱FX2N-64MR型，將這一處理器作為整個系統(tǒng)的核心處理器，在選用兩個FX2N-4AD以及兩個FX2N-4DA作為輔助處理器，這兩種輔助處理器的作用就是進(jìn)行數(shù)模以及模數(shù)的轉(zhuǎn)換，主輔處理器的功能如下：（1）主處理器的功能主要就是進(jìn)行傳輸數(shù)字量，指的就是將計(jì)算機(jī)當(dāng)中所傳出的數(shù)字信號進(jìn)行有效的傳遞到雙絲或者是多絲埋弧焊的總控制系統(tǒng)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)對兩個電弧其電源以及送絲和行走機(jī)構(gòu)的控制，控制工作的停止以及啟動。（2）兩種輔助處理器的功能就是進(jìn)行數(shù)模以及模數(shù)的轉(zhuǎn)換，所謂的數(shù)模轉(zhuǎn)換就是實(shí)現(xiàn)兩個電弧其焊接的電流電壓以及化解速度的控制。所謂的模數(shù)轉(zhuǎn)換就是現(xiàn)實(shí)對兩個電弧的電流電壓以及小車的行走速度的采樣，在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行對采集的數(shù)據(jù)以及信號進(jìn)行及時的分析處理。

1.1.1 數(shù)據(jù)通信

雙電弧埋弧焊焊接設(shè)備在進(jìn)行焊接工作的時候，對于控制系統(tǒng)是有著一定的要求的，要求其控制系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，本文進(jìn)行研究所選用的PLC和計(jì)算機(jī)之間的通行是利用RS422轉(zhuǎn)換RS232來最終實(shí)現(xiàn)的。在工控機(jī)Windows操作系統(tǒng)中，采用DELPHI進(jìn)行通信程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與PLC的串行通信，利用編程工具VisualBasic提供的特定通信控件MSComm，分別對該控件Input屬性和Output屬性編程來實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送的操作。工控機(jī)接收數(shù)據(jù)和向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的程序流程是一樣的，其程序流程如圖2所示。

1.1.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在雙電弧埋弧焊設(shè)備當(dāng)中，其控制系統(tǒng)選擇協(xié)同控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)廣泛的使用與雙電弧埋弧焊自動化焊接設(shè)備當(dāng)中，這一系統(tǒng)的控制是具有一定的復(fù)雜性的，在進(jìn)行這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，主要的設(shè)計(jì)依據(jù)就是控制系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能。這一系統(tǒng)最終要能夠?qū)崿F(xiàn)對主從電弧的電源控制以及焊接的電流電壓和送絲的速度以及各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，還要能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集以及分析處理，進(jìn)行對焊接過程的實(shí)時監(jiān)控等各項(xiàng)功能。

依據(jù)上述的各項(xiàng)要求，這一系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求要有這四個方面，分別為主從機(jī)的焊前準(zhǔn)備、引弧以及在進(jìn)行焊接的時候進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控和最后的收弧這幾個方面。在將各個方面所包含的部分分別編成函數(shù)，編成的函數(shù)以及設(shè)計(jì)的流程如下：

（1）參數(shù)預(yù)置函數(shù)，這一函數(shù)是進(jìn)行設(shè)置焊接系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)的，用Csyzhs來進(jìn)行表示，F(xiàn)1、F2、F3為設(shè)定的函數(shù)返回值，（返回以16進(jìn)制為準(zhǔn)，用H表示），這樣就能夠有效的進(jìn)行判斷設(shè)置的相關(guān)參數(shù)是否有效。相關(guān)的流程如圖3。

（2）起弧控制函數(shù)，這一函數(shù)是實(shí)現(xiàn)對兩根焊絲的起弧時序性的有效控制，本文用Qhkzhs來進(jìn)行表示，F(xiàn)q1、Fq2、Fq3為設(shè)定的函數(shù)返回值，這些返回值的作用就是可以對起弧是不是成功進(jìn)行判斷的，當(dāng)Fq1、Fq3的值顯示1的時候，就說明起弧成功了，而要是Fq1、Fq3的值顯示0的時候，那么也就說明是起弧是沒有成功的。前絲起弧后，F(xiàn)q2用于判斷延時是否為后絲以焊接速度v移動焊絲間距l(xiāng)所需的時間t。函數(shù)流程如圖4所示。

（3）焊接過程監(jiān)測函數(shù)，這一函數(shù)本文用Hjgcjchs來進(jìn)行表示，Ix1、Ix2、Ux1、Ux2為設(shè)定的函數(shù)返回值，這些返回值的作用就是實(shí)現(xiàn)對采集的電流電壓信號及時的傳輸?shù)角芭_，在有前臺進(jìn)行顯示出來。在這一函數(shù)正常運(yùn)作的時候，有霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)對電流電壓的采集還有顯示，對這兩臺埋弧焊電源的監(jiān)測函數(shù)流程圖如圖5。

（4）焊接停止時，這一函數(shù)還有收弧控制函數(shù)進(jìn)行配合，本文中將這一函數(shù)表示為Shkzhs，F(xiàn)s為設(shè)定的返回值，這一返回值的作用就在于對收弧是不是成功進(jìn)行有效的判斷，相關(guān)的流程如圖6所示。

2 雙絲高速焊試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行焊接試驗(yàn)所需的條件：選用的埋弧焊逆變式電源為MZ2000+MZE1800這一組合，焊接試驗(yàn)所選取的材料為厚度達(dá)到20毫米的低碳鋼板，雙絲高速埋弧焊的前后絲的直徑分別為5毫米和4.8毫米，選擇的焊絲型號為H08A，選擇的焊劑型號為HJ431，并且利用數(shù)字化協(xié)同控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制，在利用堆焊的方式來進(jìn)行了三次焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1、圖8所示。

通過對表1以及圖8的研究分析，我們就能夠得知，利用這一焊接方式進(jìn)行焊接工作，其焊接的速度都是保持在沒分鐘一米四以上的焊接長度，在利用這一焊接方式進(jìn)行焊接的時候，整個過程都是非常的穩(wěn)定的，沒有出現(xiàn)斷弧以及短路的現(xiàn)象，并且焊縫的起收弧效果都是比較令人滿意的，整體而言，焊接的質(zhì)量都是非常良好的。說明了本文設(shè)計(jì)的雙電弧埋弧焊數(shù)字化協(xié)同控制系統(tǒng)，適用于單雙電弧埋弧自動焊接，而且焊接過程系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

3 結(jié)論

通過對PLC以及工控機(jī)的有效應(yīng)用，在很大程度上對于雙電弧高速埋弧焊其核心控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了極大的幫助，有效的簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，通過對設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效的實(shí)現(xiàn)對這一焊接方式焊接的起收弧以及兩個電弧其時序性的控制。并且進(jìn)行了相關(guān)的焊接試驗(yàn)，結(jié)果表明，所研制出來的控制系統(tǒng)也是能夠?qū)崿F(xiàn)對各個部分的有效控制，整個的焊接過程不但焊接的速度有所提升，而且焊接非常的穩(wěn)定，焊接的質(zhì)量也很好。

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注明：湖南省教育廳科研一般項(xiàng)目（15C1390）