間距可調(diào)式鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路的設(shè)計(jì)

王希靖，杜金濤，金 華，張昌青

(蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050)

間距可調(diào)式鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路的設(shè)計(jì)

王希靖，杜金濤，金 華，張昌青

(蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050)

針對(duì)目前同種鋼筋網(wǎng)焊機(jī)只能焊接網(wǎng)格間距固定鋼筋網(wǎng)架的局限性，設(shè)計(jì)出一套焊接氣缸和下電極可以左右移動(dòng)的焊接機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過移動(dòng)焊接氣缸與電極的方式來調(diào)節(jié)改變鋼筋網(wǎng)架的網(wǎng)格間距，根據(jù)鋼筋網(wǎng)焊機(jī)網(wǎng)格間距可調(diào)的特點(diǎn)對(duì)焊接變壓器與導(dǎo)電銅排進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)布局。綜合考慮焊接回路中電阻和感抗等因素對(duì)回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后用測(cè)量大網(wǎng)格鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路參數(shù)的方法對(duì)比計(jì)算出所要設(shè)計(jì)的間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)焊接回路阻抗的大小，根據(jù)回路中阻抗的大小選擇合適的焊接變壓器，從而使所設(shè)計(jì)的焊接電路能夠滿足網(wǎng)焊機(jī)網(wǎng)格間距可調(diào)的要求。

網(wǎng)焊機(jī)；間距可調(diào)；阻抗；焊接電路

0 前言

鋼筋焊接網(wǎng)架是將等徑或者不等徑的鋼筋以一定間距垂直排列，全部交叉點(diǎn)用電阻點(diǎn)焊連接在一起的鋼筋制品。在礦山開采、橋梁、隧道等工程建設(shè)中常采用鋼筋網(wǎng)架作為支撐結(jié)構(gòu)，這就對(duì)鋼筋網(wǎng)架的焊接質(zhì)量有了更高的要求。鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接網(wǎng)架能夠大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量，在提高抗裂能力和生產(chǎn)效率等方面都具有優(yōu)點(diǎn)[1]。鋼筋網(wǎng)焊機(jī)目前普遍是同一種規(guī)格的鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接網(wǎng)格間距固定的網(wǎng)架，而在工廠中實(shí)際生產(chǎn)的鋼筋網(wǎng)架網(wǎng)格間距是多樣化的，如果要焊接生產(chǎn)網(wǎng)格間距繁多的網(wǎng)架就需要多種鋼筋網(wǎng)焊機(jī)。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)出在一定間距范圍內(nèi)能通過移動(dòng)焊接氣缸與電極的方式來調(diào)節(jié)網(wǎng)格間距的焊機(jī)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用一種鋼筋網(wǎng)焊機(jī)來焊接網(wǎng)格間距可變的網(wǎng)架，既能提高網(wǎng)架焊接的自動(dòng)化水平，又能保證網(wǎng)架間距的多樣化。

1 間距可調(diào)網(wǎng)焊機(jī)焊接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 焊接機(jī)構(gòu)的組成

網(wǎng)格間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)主要是通過移動(dòng)焊接氣缸和電極位置的方式來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格間距的變化。如圖1所示，焊接機(jī)構(gòu)主要由焊接主梁上梁和焊接主梁下梁組合而成[2]。在該焊接機(jī)構(gòu)中，八個(gè)焊接氣缸安裝在主梁上梁下平板，對(duì)應(yīng)的下電極安裝在主梁下梁上平板上。

圖1 間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)焊接機(jī)構(gòu)

1.2 間距可調(diào)式設(shè)計(jì)

焊接主梁上相鄰兩個(gè)氣缸間距為300 mm，每個(gè)氣缸可以在0～100 mm內(nèi)左右移動(dòng)。網(wǎng)架焊接中縱筋的根數(shù)為2～8根，例如采用該機(jī)構(gòu)焊接由5根縱筋組成的最常用的大網(wǎng)格非等徑鋼筋網(wǎng)架，該鋼筋網(wǎng)架是由φ 6.5 mm和φ 12 mm鋼筋制成的2 150 mm×4 800 mm規(guī)格的網(wǎng)架，如圖2所示。焊接網(wǎng)架的方法是保持第1個(gè)、第6個(gè)氣缸不動(dòng)，第3個(gè)氣缸向左移動(dòng)100mm，第4個(gè)氣缸向右移動(dòng)100 mm，第8個(gè)氣缸向左移動(dòng)100 mm，從而使第1、第3、第4、第6、第8氣缸間距均為500 mm，即可實(shí)現(xiàn)大網(wǎng)格非等徑鋼筋網(wǎng)架的焊接。若要焊接8根縱筋的網(wǎng)架，則網(wǎng)格間距在200～300 mm可調(diào)；若要焊接兩根縱筋的網(wǎng)架，則網(wǎng)格間距最大可以達(dá)到2300 mm。

圖2 大網(wǎng)格非等徑鋼筋網(wǎng)架

該機(jī)構(gòu)采用單個(gè)焊接氣缸控制單個(gè)焊點(diǎn)焊接，即采用變壓器的數(shù)量取決于焊點(diǎn)數(shù)量[3]，可以對(duì)粗細(xì)鋼筋的焊接設(shè)置最佳點(diǎn)焊規(guī)范，也更容易控制焊接參數(shù)。

2 間距可調(diào)網(wǎng)焊機(jī)焊接回路的設(shè)計(jì)

2.1 焊接回路的組成

焊接回路主要由阻焊變壓器的二次繞組、次級(jí)連接件、電極和電極間的焊件等組成。其中回路由電阻和感抗組成。鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路的電阻主要是阻焊變壓器的電阻(包括一次、二次繞組)、構(gòu)件間的接觸電阻、回路中導(dǎo)電銅排的電阻以及焊件電阻等，感抗是阻焊變壓器的漏抗以及焊接回路的感抗。

2.2 焊接回路的設(shè)計(jì)布局

間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)的設(shè)計(jì)主要是電阻點(diǎn)焊過程中焊接電路的設(shè)計(jì)布局。根據(jù)網(wǎng)格間距可調(diào)的特點(diǎn)，焊接變壓器、導(dǎo)電銅排的位置布局如圖3所示。焊接變壓器放置在主梁上梁的上平板上，變壓器的一極通過一導(dǎo)電銅排連接至下電極，另一極用各自的導(dǎo)電銅排連接至焊接氣缸，連接在焊接氣缸上的銅排有一定的彎曲度，以便焊接氣缸下壓時(shí)導(dǎo)電銅排有伸展量?？紤]到焊接回路中感抗的影響，將焊接回路分為兩部分來減小回路中的感抗。

圖3 焊接回路中變壓器及銅排的布局

2.3 焊接回路的計(jì)算

焊接回路中阻焊變壓器電阻RT根據(jù)已制造過的類似結(jié)構(gòu)和容量的阻焊變壓器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算，一般為10～30 μ Ω。焊件電阻Rb為幾十至幾百微歐，回路中導(dǎo)電銅排的電阻為R，此焊接回路的總電阻Rw＝RT+R+Rb。

在一定的頻率時(shí)，焊接回路的感抗Xs與回路所包容的面積成正比，兩者關(guān)系如圖4所示[4-6]。

根據(jù)已制造類似結(jié)構(gòu)和容量的阻焊變壓器估算，阻焊變壓器的漏抗XT＝10～50 μ Ω，焊接回路的感抗Xw＝XT+Xs。

2.3.1 大網(wǎng)格焊機(jī)焊接回路

為了更準(zhǔn)確地獲得焊接回路阻抗值，用測(cè)量大網(wǎng)格鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路的方法來計(jì)算間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)的焊接回路阻抗。大網(wǎng)格鋼筋網(wǎng)焊機(jī)焊接回路如圖5所示，焊接電壓為U0，焊件上的電壓降為U2，導(dǎo)電銅排電阻為R1，其上面的電壓降為U1。顯然焊接電壓是焊件上的電壓降與導(dǎo)電銅排上的電壓降之和。

圖4 感抗與回路所包容的面積的關(guān)系

圖5 大網(wǎng)格焊機(jī)焊接回路

在大網(wǎng)格焊機(jī)的焊接回路中，經(jīng)測(cè)量得到焊接變壓器一次電流為590 A，大網(wǎng)格焊機(jī)焊接回路中變壓器的二次空載電壓為13.4 V。由變壓器的理論可知

式中 U10為焊接變壓器一次電壓380 V；I10為焊接變壓器一次電流；U20為焊接變壓器二次電壓；I20為焊接變壓器二次電流。從而得到二次電流I20＝16730A。

試驗(yàn)中對(duì)焊接電壓U0和焊件之間的電壓降U2分別測(cè)量了五組數(shù)據(jù)，用求平均值的方法計(jì)算焊接電壓與焊件上的電壓降，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 焊接電壓U0測(cè)量值

表2 焊件電壓U2測(cè)量值

由大網(wǎng)格焊機(jī)焊接回路可得到

2.3.2 間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)焊接回路

間距可調(diào)式焊接回路如圖6所示，該回路中導(dǎo)電銅排的截面積、電阻率與大網(wǎng)格焊機(jī)導(dǎo)電銅排相同，兩者的導(dǎo)電銅排在長(zhǎng)度上有所不同。

圖6 間距可調(diào)式焊機(jī)焊接回路

大網(wǎng)格焊機(jī)中導(dǎo)電銅排總長(zhǎng)度L2＝1 500 mm，設(shè)計(jì)的間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)焊接回路中最長(zhǎng)的導(dǎo)電銅排L1＝3400mm。根據(jù)公式R＝ρ(L／S)可以得到間距可調(diào)式網(wǎng)焊機(jī)導(dǎo)電銅排的電阻R2＝(L1／L2)×1.4×10-4Ω＝3.2×10-4Ω。從而得到所設(shè)計(jì)的焊接回路總電阻Rw＝RT+R2+Rb＝3.75×10-4Ω。

2.3.3 焊接變壓器

阻焊變壓器是電阻焊機(jī)供電裝置的核心，它是一個(gè)輸出低電壓、大電流的特殊變壓器。在間距可調(diào)式焊機(jī)焊接回路中，所選的變壓器只要能滿足包容面積最大的回路要求，則其余焊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的回路也就能夠滿足。該焊接回路中焊接二次電流I20＝16 730 A，回路阻抗的最大值Zw＝8.8×10-4Ω，從而可以得到焊接變壓器二次輸出電壓U＝I20×Zw＝16730A×8.8×10-4Ω＝14.7 V，則選擇的焊接變壓器要求二次輸出電壓為14.7 V。

3 結(jié)論

(1)通過移動(dòng)焊接氣缸與電極的方式來調(diào)節(jié)鋼筋網(wǎng)架的網(wǎng)格間距，網(wǎng)格間距在200～2 300 mm內(nèi)可調(diào)。

(2)對(duì)大網(wǎng)格焊機(jī)焊接回路中參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)比計(jì)算出了間距可調(diào)式焊機(jī)焊接回路中的電阻和感抗。

(3)根據(jù)焊接回路中阻抗最大的回路得到了所需焊接變壓器的二次輸出電壓為13.7 V。

[1]關(guān) 萍.鋼筋焊接網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J].大連大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，25(8)：46-47.

[2]張昌青，張英寶，馬躍洲，等.鋼筋網(wǎng)架電焊機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33(01)：25-28.

[3]封政華，華函源 鋼筋網(wǎng)自動(dòng)焊接成型設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造[J].電焊機(jī)，2000，30(4)：20-23.

[4]薛偉鳴，袁傳浩.電阻焊理論與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[5]馮吉才.壓焊方法及設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[6]趙熹華.壓力焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

Design of welding circuit in spacing adjustable steel mesh welding machine

WANG Xi-jing，DU Jin-tao，JIN Hua，ZHANG Chang-qing
(Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

In view of the limitations that current steel mesh welding machine can only weld fixed steel grid spacing，this paper designed a set of welding mechanism that welding cylinder and electrodes can move around.The way by moving the welding cylinder and electrode to adjust the grid spacing，according to the characteristics of the grid spacing adjustable design the layout of the welding transformer and the conductive copper reasonably.Consider the factors such as resistance and inductance to optimize the design of the welding circuit，then use measuring welding circuit parameters of big grid steel mesh welder calculate the impedance of spacing adjustable steel mesh welder，according to the impedance to choose the appropriate size transformer，thereby made to the welding circuit design can meet the spacing adjustable requirements.

net welder；adjustable spacing；impedance；welding circuit

TG409

A

1001-2303(2012)03-0047-04

2011-09-09

王希靖(1965—)，男，甘肅榆中人，教授，主要從事焊接設(shè)備及其自動(dòng)化、焊接新技術(shù)對(duì)焊接質(zhì)量控制方面的工作。