可變速送罐三片罐電阻焊設(shè)備研發(fā)

陳冠寶，吳江銳，郁惠民，楊 帆，徐紅宇

(1.浙江金鷹食品機(jī)械有限公司，浙江 舟山 316100) (2.浙江海洋大學(xué)船舶與機(jī)電工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

目前，隨著水產(chǎn)品罐頭需求量的大幅增長，我國正在加快開發(fā)水產(chǎn)品罐頭等即食型功能食品，這給我國的三片罐電阻焊機(jī)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。三片罐電阻焊的工作過程是，送罐機(jī)構(gòu)在接收罐身后將其準(zhǔn)確送入上、下焊輪進(jìn)行電阻式焊接。電阻焊靠焊接電流流過帶電阻的被焊導(dǎo)體材料(馬口鐵)，使之產(chǎn)生熱量讓搭接處馬口鐵變成塑熔狀態(tài)[1]。馬口鐵上的電鍍錫層可以促進(jìn)金屬鐵的擴(kuò)散，使得在較小的能量下，兩片馬口鐵更容易地被焊在一起[2]。

目前能夠開發(fā)、生產(chǎn)三片罐電阻焊機(jī)的有瑞士、意大利、美國等發(fā)達(dá)國家[3]。瑞士蘇德羅尼克公司的FBB-500型電阻焊機(jī)的焊接速度為500罐/min，瑞士菲爾公司的SSW21型電阻焊機(jī)的焊接速度為500罐/min，而意大利西弗萊尼公司的FS442型電阻焊機(jī)的焊接速度已經(jīng)提高到600罐/min，真正實(shí)現(xiàn)了快速焊接，而且可靠性很高[4]。

自20世紀(jì)80年代初起，我國通過引進(jìn)消化吸收、引進(jìn)散件組裝和自行設(shè)計(jì)方法來研發(fā)、制造電阻焊機(jī)，但與發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的產(chǎn)品相比在技術(shù)水平、加工能力和性能上還存在一定的差距[5-6]。例如焊機(jī)送罐機(jī)構(gòu)送罐時(shí)對(duì)罐身沖擊過大導(dǎo)致罐體裂口、焊機(jī)送罐速度低于焊接速度使得罐身兩端不齊、焊機(jī)輪系的穩(wěn)定性不足和銅線壓扁尺寸的波動(dòng)影響了鐵罐的焊接精度、罐身焊接時(shí)搭接不穩(wěn)定影響了加工精度等。為了更好地解決上述問題，本文采用可變速送罐機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定的焊接輪系、新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)和定徑規(guī)，提高了焊接精度，保證了馬口鐵三片罐的加工精度和質(zhì)量。

1 可變速送罐機(jī)構(gòu)的研發(fā)

可變速送罐機(jī)構(gòu)的主要功能是將輸送鏈輸送過來的罐身準(zhǔn)確、穩(wěn)定地送入焊輪進(jìn)行焊接。以前電阻焊機(jī)的送罐方式為往復(fù)擺動(dòng)送罐，速度恒定，不同的罐型會(huì)發(fā)生因沖擊過大導(dǎo)致罐體裂口或送罐速度低于焊接速度導(dǎo)致罐身兩端不齊等問題。為了解決該問題，本文采用連桿設(shè)計(jì)來達(dá)到可變速送罐的目的。

本文設(shè)計(jì)的送罐機(jī)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)罐身送進(jìn)焊輪焊接前，送罐機(jī)構(gòu)會(huì)有個(gè)減速動(dòng)作以避免對(duì)罐身產(chǎn)生沖擊。如果焊接速度較快，電控系統(tǒng)可調(diào)節(jié)該機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)做加速運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)焊接速度。與其他的電阻焊機(jī)可變速送罐機(jī)構(gòu)相比，本文設(shè)計(jì)的可變速送罐機(jī)構(gòu)的變速運(yùn)動(dòng)既可以使機(jī)構(gòu)本身的速度與輸送鏈的速度匹配，同時(shí)又可以平穩(wěn)輸送半成品鐵罐。此外，該機(jī)構(gòu)還可以協(xié)調(diào)半成品鐵罐在脫離輸送鏈時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度與焊接速度，將半成品鐵罐平穩(wěn)地送入焊輪焊接。

本文采用可變速送罐機(jī)構(gòu)送罐，可以解決罐身出現(xiàn)裂口或罐身兩端不齊的問題，減少了廢品罐出現(xiàn)的次數(shù)，提高了馬口鐵三片罐的焊縫質(zhì)量。

圖1 可變速送罐機(jī)構(gòu)

2 穩(wěn)定焊機(jī)輪系的研發(fā)

焊機(jī)輪系的主要功能是將焊接用的銅線壓扁定型、傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)方向和回收焊后銅線。輪系上排布的銅線一方面起清潔作用，可以帶走罐頭焊縫表層的錫和一些雜物并保持上下焊輪的清潔；另一方面銅線具有良好的導(dǎo)熱性，可以帶走一些熱量，冷卻焊輪，提高焊輪的壽命。

傳統(tǒng)的焊機(jī)輪系由氣缸直接張緊，會(huì)導(dǎo)致張緊輪在銅線高速運(yùn)動(dòng)時(shí)劇烈擺動(dòng)，使整個(gè)輪系的壓扁輪、切斷平衡輪和塔輪電機(jī)轉(zhuǎn)速不能穩(wěn)定，影響了焊接質(zhì)量。本文對(duì)焊機(jī)輪系的壓扁和切斷平衡方式進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了如圖2所示的穩(wěn)定焊機(jī)輪系，在壓扁平衡輪、切斷平衡輪處分別增加模擬量檢測(cè)開關(guān)來檢測(cè)兩輪的位移，然后反饋給這兩處電機(jī)的變頻調(diào)速器，自動(dòng)調(diào)節(jié)兩輪的運(yùn)行速度，達(dá)到和塔輪伺服電機(jī)速度匹配，保證焊接質(zhì)量。同時(shí)在輪系中增加了大的冷卻銅輪對(duì)一次焊接的銅線進(jìn)行充分冷卻來降低銅線的延展量，從而提高焊接精度。

圖2 穩(wěn)定焊機(jī)輪系

本文設(shè)計(jì)的穩(wěn)定焊接輪系結(jié)構(gòu)可以讓銅線穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)，帶走雜物和余熱，冷卻焊輪，提高焊輪的壽命。

3 新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)的研發(fā)

銅線截面尺寸的大小直接影響三片罐的焊接質(zhì)量。銅線太寬會(huì)損壞焊輪槽，并易使銅線與焊輪槽底面接觸不良，影響導(dǎo)電；銅線太窄會(huì)在槽中左右擺動(dòng)，使得成鐵罐在焊接過程中產(chǎn)生質(zhì)量問題。以前銅線壓扁尺寸波動(dòng)幅度較大，為了保證銅線的截面尺寸數(shù)值恒定，本文設(shè)計(jì)了如圖3所示的新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)。

圖3 新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)

兩壓扁平衡輪間隙變化會(huì)導(dǎo)致銅線壓扁尺寸波動(dòng)，進(jìn)而影響罐體的焊接質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的壓扁機(jī)構(gòu)壓扁平衡輪為硬質(zhì)合金環(huán)，通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭接入低溫水進(jìn)行冷卻，避免由于連續(xù)高速工作造成壓扁平衡輪過熱導(dǎo)致間隙變化。該新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)可通過旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)節(jié)銅絲壓扁寬度至合適尺寸。

本文設(shè)計(jì)的新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)可以保護(hù)壓扁輪不至于過熱，更好地控制銅線壓扁尺寸，使銅線與焊輪接觸良好，并且?guī)ё呷藓缚p表層的錫和雜質(zhì)，從而提高鐵罐的焊接質(zhì)量。

4 新型定徑規(guī)的研發(fā)

定徑規(guī)是用來校準(zhǔn)罐徑、保證搭接質(zhì)量的機(jī)構(gòu)，由可調(diào)節(jié)凹形輪和導(dǎo)輪組成。定徑規(guī)可以對(duì)罐身的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，保持罐身運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性，使罐身端部始終靠在推爪上，以接近焊輪的線速度平穩(wěn)進(jìn)入焊輪焊接。以前焊接鐵罐時(shí)難以保證罐身前后搭接量一致，罐徑難免有所偏差。焊縫搭接量過大，會(huì)造成焊縫補(bǔ)涂困難；焊縫搭接量過小，會(huì)造成罐體尾端裂口。為了保證加工精度，保證罐身焊接時(shí)搭接穩(wěn)定，本文設(shè)計(jì)了如圖4所示的新型定徑規(guī)。

該新型定徑規(guī)能精準(zhǔn)控制和調(diào)整搭接量的大小，可以將塔接量控制在0.4～0.6mm之間，從而控制焊縫的質(zhì)量。當(dāng)前后搭接量差別較大時(shí)，調(diào)整定徑規(guī)使搭接量前后一致，并將搭接量誤差控制在±0.1mm之間。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘可以調(diào)節(jié)定徑規(guī)的高低，從而調(diào)整浮動(dòng)輪組的壓力。

本文采用該新型定徑規(guī)，通過對(duì)焊縫搭接量的精準(zhǔn)控制，使焊縫表面變得光滑平整，焊縫的強(qiáng)度和質(zhì)量都能有所保證。

5 實(shí)驗(yàn)

電阻焊機(jī)生產(chǎn)速度設(shè)為500罐/min，罐身間隔為0.8mm，銅線運(yùn)行速度為68.1m/min，焊接電流調(diào)為42A(初級(jí)電流)，焊接頻率為630Hz。經(jīng)測(cè)驗(yàn)該型電阻焊機(jī)正常啟動(dòng)后連續(xù)焊接500個(gè)罐身運(yùn)行正常無卡阻。隨機(jī)抽取兩批各10個(gè)鐵罐，目測(cè)焊縫均勻、無漏點(diǎn)。其中一批10個(gè)罐身用剪刀將端頭焊縫兩側(cè)剪開后用鉗子夾住撕拉均可將焊縫完整拉下，將拉下焊縫用手彎折3次不斷裂，焊縫柔韌度達(dá)標(biāo)。另一批10個(gè)罐身用鉗子分別夾住焊縫頭、尾翻邊均未開裂，檢測(cè)合格。焊接實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示，罐身焊縫如圖6所示。

圖4 新型定徑規(guī)

圖5 焊接實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

6 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了可變速送罐機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定的焊機(jī)輪系、新型銅線壓扁機(jī)構(gòu)和定徑規(guī)，很好地解決了罐身出現(xiàn)裂口、罐身兩端不齊、焊機(jī)輪系的不穩(wěn)定性和罐身焊接時(shí)搭接不穩(wěn)定的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鐵罐焊縫均勻且光滑平整，罐身沒有出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，鐵罐的焊接質(zhì)量較以前有很大的提高?？勺兯偎凸揠娮韬冈O(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大大提升了電阻焊機(jī)的工作穩(wěn)定性，保證了三片罐的加工精度和質(zhì)量。

圖6 罐身焊縫