半自動(dòng)直線電弧焊焊接運(yùn)條訓(xùn)練輔具設(shè)計(jì)

李海龍 梁存真 趙旭

（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

半自動(dòng)直線電弧焊焊接運(yùn)條訓(xùn)練輔具設(shè)計(jì)

李海龍 梁存真 趙旭

（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

半自動(dòng)直線電弧焊焊接運(yùn)條訓(xùn)練輔具，可供參加工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)的在校學(xué)生或從事焊接工作的初級(jí)操作人員使用。本文在分析半自動(dòng)直線電弧焊焊接運(yùn)條訓(xùn)練輔具設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，探討技術(shù)方案，并闡述應(yīng)用范圍，以期能為相關(guān)人員提供參考。

電弧焊；訓(xùn)練輔具；半自動(dòng)化

使用電弧焊進(jìn)行焊接操作時(shí)，需要使夾持焊條的焊鉗橫向平移和垂向下降運(yùn)動(dòng)相互配合，既要使焊條在焊接表面的運(yùn)動(dòng)速度基本保持不變，又要使焊條的消耗速度保持均勻，這樣才能焊出合格、美觀的焊縫。使用者進(jìn)行焊接操作時(shí)，合理、穩(wěn)定的運(yùn)條動(dòng)作是保證焊縫質(zhì)量合格的關(guān)鍵。

采用全手工運(yùn)條方式，在進(jìn)行較為復(fù)雜的焊接操作時(shí)具有更大的靈活性，但同時(shí)對(duì)使用者的技術(shù)水平要求相對(duì)較高［1］。當(dāng)焊接操作為單一工作場(chǎng)景（如直線焊接）時(shí)，采用手工運(yùn)條同樣要求使用者具有較高的操作水平，但這會(huì)造成人力資源浪費(fèi)，導(dǎo)致焊接工作效率較低。

1 設(shè)計(jì)原理

針對(duì)全手工焊接方式在單一場(chǎng)景（直線焊接）操作中存在的問(wèn)題，本文描述了一種半自動(dòng)直線電弧焊焊接運(yùn)條訓(xùn)練輔具裝置（以下簡(jiǎn)稱運(yùn)條訓(xùn)練輔具或裝置），裝置上安裝有調(diào)速電機(jī)，為裝置運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，使焊接時(shí)焊鉗的橫向平移和縱向下降運(yùn)動(dòng)在電機(jī)的勻速驅(qū)動(dòng)下完成，達(dá)到運(yùn)動(dòng)速度基本恒定的目的。進(jìn)行直線焊接時(shí)，焊鉗的橫向和縱向移動(dòng)均為勻速運(yùn)動(dòng)，所以上述兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)也是勻速直線運(yùn)動(dòng)。在裝置上安裝一直線導(dǎo)軌，在焊接過(guò)程中，該導(dǎo)軌和待焊直線保持一定角度，并將焊鉗安裝在導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)上，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)，使焊鉗的橫向和縱向移動(dòng)能互相聯(lián)動(dòng)。裝置上安裝的直線導(dǎo)軌角度可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌角度改變焊鉗橫向運(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。裝置采用調(diào)速電機(jī)，可調(diào)節(jié)滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)行速度，通過(guò)對(duì)導(dǎo)軌角度和電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使該裝置能滿足不同規(guī)格焊條或焊縫的焊接需要。

2 技術(shù)方案

2.1 基本組成

依據(jù)前述原理設(shè)計(jì)的運(yùn)條訓(xùn)練輔具由支撐立柱組件、角度可調(diào)直線導(dǎo)軌組件、電機(jī)及其控制裝置、焊鉗吊架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和帶導(dǎo)向銷的焊鉗五部分組成，如圖1所示。

2.2 支撐立柱組件

支撐立柱組件包括U型夾和支撐立柱，U型夾安裝在支撐立柱下端，用于將立柱夾緊在電焊平臺(tái)上。U型夾上設(shè)置有調(diào)整螺栓，可將其上方安裝的立柱調(diào)整至和電焊平臺(tái)工作表面垂直并固定支撐立柱組件的位置；立柱上方安裝電機(jī)調(diào)速器，靠近立柱上下兩端，在立柱上設(shè)置有出線口，用于通過(guò)電纜；立柱上有可移動(dòng)支座，能在立柱上滑動(dòng)，支座上安裝有鎖緊螺釘，用于固定調(diào)整完畢后的支座位置，支座還通過(guò)轉(zhuǎn)軸和聯(lián)結(jié)板連接了直線導(dǎo)軌組件的聯(lián)結(jié)板。

圖1 焊接訓(xùn)練輔具組成圖

2.3 角度可調(diào)直線導(dǎo)軌組件

直線導(dǎo)軌一端通過(guò)聯(lián)結(jié)板和轉(zhuǎn)軸銷安裝在可移動(dòng)支座上，使直線導(dǎo)軌組件可圍繞該轉(zhuǎn)動(dòng)副在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整直線導(dǎo)軌與電焊平臺(tái)工作面的角度。轉(zhuǎn)動(dòng)副上設(shè)置有角度刻度盤(pán)，聯(lián)結(jié)板安裝在轉(zhuǎn)軸上，可圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。聯(lián)結(jié)板另一端安裝有直線導(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也安裝在聯(lián)結(jié)板上。直線導(dǎo)軌的另一端設(shè)置有磁性表，通過(guò)在磁性表立柱上安裝的卡扣，將直線導(dǎo)軌另一端連接在磁性表上，通過(guò)調(diào)整卡扣高度與前述立柱上安裝的可移動(dòng)支座配合調(diào)整直線導(dǎo)軌角度，磁性表底座吸附于電焊平臺(tái)工作面，通過(guò)磁性固定其位置。

2.4 電機(jī)及其控制裝置

電機(jī)及其控制裝置用于為裝置運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。電機(jī)安裝在聯(lián)結(jié)板上，通過(guò)線纜與立柱上方安裝的電機(jī)調(diào)速器連接，可實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑塊在直線導(dǎo)軌上的移動(dòng)速度。調(diào)速器電纜穿過(guò)立柱后，連接了電動(dòng)機(jī)腳踏開(kāi)關(guān)，可控制電機(jī)啟停。

2.5 焊鉗吊架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

直線導(dǎo)軌上安裝有焊鉗吊架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，焊鉗吊架上的滑塊可沿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)，滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝有主動(dòng)帶輪，在直線導(dǎo)軌另一端安裝有被動(dòng)帶輪座，座上安裝被動(dòng)帶輪，環(huán)形皮帶安裝在兩個(gè)帶輪上，焊鉗吊架上有皮帶夾，當(dāng)皮帶夾夾緊皮帶，即可在皮帶的帶動(dòng)下，使焊鉗吊架在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，移動(dòng)速度可通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，被動(dòng)帶輪上有張緊彈簧，使皮帶始終保持張緊狀態(tài)。皮帶夾結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 皮帶夾結(jié)構(gòu)示意圖

2.6 帶導(dǎo)向銷的焊鉗

焊鉗通過(guò)吊環(huán)和吊架彈簧與焊鉗吊架連接，焊鉗頭部安裝有焊鉗導(dǎo)向銷，焊鉗導(dǎo)向銷穿過(guò)吊環(huán)，在調(diào)整好焊條焊接角度后，通過(guò)吊環(huán)上安裝的緊定螺釘將焊鉗固定，吊環(huán)軸向安裝四個(gè)吊架彈簧，使吊環(huán)連接到吊架上，在彈簧彈力作用下，既能使焊鉗在運(yùn)條過(guò)程中比手工運(yùn)條穩(wěn)定，并能根據(jù)焊接情況使焊鉗在吊架上進(jìn)行小幅調(diào)整，使用者可根據(jù)焊接情況對(duì)焊接位置、焊條角度、焊接路線進(jìn)行微調(diào)，也能使裝置適應(yīng)焊工的不同操作手法［2］。帶導(dǎo)向銷的焊鉗結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 帶導(dǎo)向銷的焊鉗結(jié)構(gòu)示意圖

3 安裝與使用

3.1 安裝與調(diào)整

調(diào)整并鎖緊U型夾調(diào)整螺栓使支撐立柱處于鉛垂位置，調(diào)整并鎖緊緊定螺栓，使帶刻度盤(pán)的可移動(dòng)支座處于合適高度，調(diào)整并鎖緊轉(zhuǎn)軸銷、磁性表座，使直線導(dǎo)軌處于合理斜度，其偏轉(zhuǎn)角度依據(jù)可移動(dòng)支座上的刻度盤(pán)確定；打開(kāi)電動(dòng)機(jī)腳踏開(kāi)關(guān)并調(diào)整電機(jī)調(diào)速器使調(diào)速電機(jī)至合適的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)環(huán)形皮帶運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用皮帶夾夾持環(huán)形皮帶使吊環(huán)在運(yùn)動(dòng)組件上沿直線導(dǎo)軌隨動(dòng)，將帶焊鉗導(dǎo)向銷的焊鉗置入吊環(huán)中隨動(dòng)運(yùn)條；工作運(yùn)動(dòng)方向從直線導(dǎo)軌的左上方運(yùn)動(dòng)到右下方。

3.2 操作步驟

松開(kāi)皮帶夾手動(dòng)滑移運(yùn)動(dòng)組件部分至右上方后夾緊皮帶夾，夾持焊條—將帶焊鉗導(dǎo)向銷的焊鉗插入吊環(huán)—焊條起弧—踏下腳踏開(kāi)關(guān)—電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)—隨動(dòng)運(yùn)條—至尾端收弧—關(guān)閉腳踏開(kāi)關(guān)—松開(kāi)皮帶夾手動(dòng)滑移運(yùn)動(dòng)組件部分至右上方待下次運(yùn)條—脫出帶焊鉗導(dǎo)向銷的焊鉗—更換焊條待下次運(yùn)條。

4 應(yīng)用范圍

本運(yùn)條訓(xùn)練輔具主要用于平焊操作，適用的焊縫形式主要為對(duì)接焊縫和搭接焊縫，若進(jìn)行適當(dāng)適應(yīng)性改造，也可用于其他焊縫施焊位置及焊縫連接形式。

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)條訓(xùn)練輔具通過(guò)仿照標(biāo)準(zhǔn)的直線焊接運(yùn)條動(dòng)作，使用者在輔具的運(yùn)動(dòng)約束下，運(yùn)條動(dòng)作更加貼近理想的運(yùn)動(dòng)情況，能更加方便、快捷地進(jìn)行直線焊接，焊出合格、美觀的焊縫。

本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)調(diào)節(jié)直線導(dǎo)軌角度和電機(jī)轉(zhuǎn)速可以滿足不同規(guī)格焊條或焊縫的焊接需要。另外，使用者容易掌握本裝置，特別適合焊接初學(xué)者操作使用，同時(shí)本裝置制造工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用。

［1］ 劉家發(fā).焊接手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］ 張曉東，王興華.幾種施焊手法對(duì)管道鎢極氬弧焊焊接質(zhì)量的影響［J］.焊接，2017（2）：36-39.

Designof Training Device for Semi-automatic Linear Welding

Li HailongLiang CunzhenZhao Xu
（College of Mechanical Engineering,ZhengZhou University，ZhengZhou Henan 450001）

Training devices for semi-automatic linear welding,are used for internship students participated in engineering training and beginners with less welding experience.Based on the analysis of semi automat?ic linear electric arc welding operation training auxiliary design principle,to explore the technical scheme,and expounded the application scope,in order to provide reference for the related personnel.

arc welding；training device；semi automation

TG931

A

1003-5168（2017）11-0053-03

2017-10-09

李海龍（1970-），男，大專，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械制造工藝學(xué)、焊接技術(shù)。

梁存真（1978-），男，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)、滑動(dòng)軸承技術(shù)。