自動焊接操作機焊接船用鍋爐裝置的設(shè)計

王 斌 鄭衛(wèi)剛

(1.武漢理工大學(xué)能動學(xué)院，武漢 430063;2.武漢理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，武漢 430063)

本文以時代焊接操作機為例，詳細介紹自動焊接操作機的結(jié)構(gòu)及功能，為提高焊接自動化率提供參考。

時代焊接操作機共分為標(biāo)準型(TZ)、重型(TZH)兩種類型，適合各種筒體的內(nèi)、外環(huán)縫及縱縫焊接，可根據(jù)用戶的要求加裝內(nèi)伸縮臂、載人裝置和維護爬梯。操作機控制系統(tǒng)采用數(shù)字或模擬兩種控制方式，能實現(xiàn)和其它設(shè)備聯(lián)動控制。而自調(diào)式焊接滾輪架自動調(diào)整擺臂擺角以適應(yīng)工件直徑變化，可以很好的適應(yīng)鍋爐焊接環(huán)境，保證焊縫質(zhì)量。圖1 為焊接裝置。

1 焊接裝置的配置

圖1 所示即為焊接鍋爐實物圖，一般將需焊接鍋爐放置在與鍋爐參數(shù)相匹配的自調(diào)式焊接滾輪架上，然后選定相應(yīng)的自動焊接操作機進行施焊。表1 為時代焊接操作機主要技術(shù)參數(shù)，可以根據(jù)鍋爐的參數(shù)而選擇相應(yīng)的焊接操作機。而自調(diào)式焊接滾輪架的參數(shù)也應(yīng)該和鍋爐的參數(shù)相匹配，表2 為自調(diào)式焊接滾輪架的參數(shù)。

表1 時代焊接操作機主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of Time weld manipulator

圖2 三種控制方式實物圖Figure 2 Entities of three kinds of control methods

2 控制系統(tǒng)的配置

時代焊接操作機的標(biāo)配為開關(guān)繼電器控制式、按鍵數(shù)字控制式、開關(guān)數(shù)字控制式。開關(guān)繼電器控制式可以控制的電流大，但是響應(yīng)速度較慢，對施工速度要求嚴格的則不適合采用此種控制方式;按鍵數(shù)字控制式，可控性靈活，響應(yīng)慢，可控電流小適合小型鍋爐的焊接;開關(guān)數(shù)字控制式，響應(yīng)速度快，可控電流小，應(yīng)用最廣。圖2 為三種控制方式實物圖。

3 懸掛機頭配置

圖3 4 種懸掛機頭實物圖Figure 3 Entities of four kinds of suspending handpieces

時代焊接操作機的懸掛機頭主要有單絲機頭、超小機頭、雙絲單弧機頭、雙絲雙弧機頭。單絲機頭適用于小型鍋爐焊接焊縫寬度較窄，在焊接廢氣鍋爐中應(yīng)用較多;超小機頭操作性強，送絲機構(gòu)采用無極調(diào)速，并有電子弧壓反饋提高了穩(wěn)定性，且體積輕小，適應(yīng)性強;雙絲單弧機頭焊接范圍廣，兩根焊絲同時送入焊接，調(diào)整方便靈活，機頭及焊槍一體升降回轉(zhuǎn)，帶有校直機構(gòu)的雙驅(qū)動送絲裝置，送絲穩(wěn)定，牽引力大，送絲強勁，送絲電機及行走電機采用伺服電機作為動力，故障少，壽命長;雙絲雙弧機頭 焊接速度快，熔敷率是直流單絲焊接的2.5 倍以上，能保證熔深和熔寬，提高焊縫質(zhì)量，適用于粗絲焊接。圖3 為4 種懸掛機頭實物圖。

4 焊縫跟蹤器

所謂焊縫跟蹤，就是焊槍沿焊縫自動導(dǎo)向，使電弧中心實時自動瞄準焊縫中心，也稱為自動對中，是實現(xiàn)焊接自動化的重要環(huán)節(jié)。焊縫跟蹤系統(tǒng)由傳感器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。電子傳感器接觸工件，采集焊接坡口和工件的高度、橫向變化信號，通過控制器的放大、轉(zhuǎn)換，由X-Y 滑塊執(zhí)行焊炬精確地隨動。在焊接過程中首先應(yīng)該使電弧與焊縫對中，這是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。焊縫自動跟蹤系統(tǒng)能夠保證在自動焊接生產(chǎn)過程中，當(dāng)電弧偏離焊縫時，及時而準確地將電弧調(diào)整回到焊縫中心位置［1］。表3 為時代焊機生產(chǎn)的焊縫跟蹤器主要型號和應(yīng)用范圍，圖4 為實物圖。

5 焊接擺動器

焊接擺動器由控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成。通過微機控制給出數(shù)字信號，由驅(qū)動步進電機來帶動滾珠絲杠，最終實現(xiàn)焊槍沿焊縫方向左右精確擺動。傳統(tǒng)的焊接擺動器控制是由數(shù)字或模擬電路來實現(xiàn)的，其中以單片機為代表的控制系統(tǒng)以其低廉的價格占領(lǐng)了一部分市場。但由于單片機起點低，開發(fā)周期長，系統(tǒng)的維護困難，可擴展性低，使其基本上無法移植并與其他系統(tǒng)兼容。時代公司生產(chǎn)的WOS 系列控制器是以高性能微型計算機控制+大屏幕液晶觸摸屏為核心的系統(tǒng)，與單片機相比，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或更多的接口，這樣可以節(jié)省用戶的時間和成本。表4 為焊接擺動機的主要技術(shù)參數(shù)，圖5 為實物圖。

表3 焊縫跟蹤器主要型號和應(yīng)用范圍Table 3 Main types and applicable range of weld tracker

圖4 焊縫跟蹤器實物圖Figure 4 Entity of weld tracker

圖5 焊接擺動器實物圖Figure 5 Entity of weld weaving machine

表4 焊接擺動機的主要技術(shù)參數(shù)Table 4 Main technical parameters of weld weaving machine

6 焊劑回收裝置

焊劑回收裝置裝配在焊接中心橫梁上。它可采用進口風(fēng)泵總成或普通國產(chǎn)風(fēng)泵總成，利用風(fēng)泵總成的吸力把焊接時未熔化的焊劑回收到機內(nèi)的集料筒內(nèi)，然后放置到送料機構(gòu)中，通過外接氣源(0.4 MPa～0.6 MPa)，把焊劑直接送到機頭小料斗內(nèi)，放料到工件上保證焊接的需要，實現(xiàn)了焊劑回收、送料、下料的往復(fù)使用。圖6 為實物圖。

圖6 焊劑回收裝置實物圖Figure 6 Entity of flux recycling device

7 總結(jié)

目前，我國的焊接自動化率不足30%，與發(fā)達國家近80%的自動化率差距甚遠。使用時代焊接操作機配合自調(diào)式焊接滾輪架可以實現(xiàn)鍋爐焊接自動化、精確化、焊接質(zhì)量可靠化。同時采用了先進的焊縫跟蹤器、焊劑回收裝置，使焊劑的消耗量明顯降低，降低了焊接成本，提高了焊接的經(jīng)濟性［2］。

［1］黃石生，王秀媛，等.焊縫跟蹤控制系統(tǒng)及發(fā)展?fàn)顩r.焊接.2001.

［2］楊光.焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與展望.現(xiàn)代制造.2004(11):36-37.