直流閃光對接轍叉焊機的研制與應用

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(chǎn)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(shù)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(zhì)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(cè)向開口的C形結(jié)構(gòu)，便于上料、下料和調(diào)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(gòu)及萬向節(jié)組成，夾緊力大，調(diào)整方便。4個夾緊油缸分別可控，便于夾緊或調(diào)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(gòu)，保護下鉗口和下電極不受損壞?？赏ㄟ^斜型塊調(diào)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(diào)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(jīng)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(jīng)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?？删幊绦蚩刂破饔砷_關(guān)量輸入板、開關(guān)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(gòu)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(jié)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(jié)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(jié)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(zhì)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(diào)節(jié)高油壓。為了提高焊接時的頂鍛速度，提高焊接質(zhì)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(nèi)，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(guān)，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(shù)驗收，填補了國內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場

責任編輯：許耀元

來稿日期：2012-03-23