適用于油脂精濾器的自動(dòng)氬弧焊機(jī)設(shè)計(jì)

王華臣，張法楷，于晏同，李子路，梁 昊，姚占斌

(1.京糧(天津)糧油工業(yè)有限公司，天津 300452； 2.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083)

0 引言

隨著我國油脂精濾器制造的不斷進(jìn)步，各使用單位對油脂精濾器的制造質(zhì)量、使用壽命提出了更高的要求，而產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，使用壽命的長短，在很大程度上取決于焊接質(zhì)量[1]。為了提高焊接質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，京糧(天津)糧油工業(yè)有限公司和中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院共同研制出新型的適用于油脂精濾器的自動(dòng)氬弧焊機(jī)，該焊機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用效率高的特點(diǎn)，并且能夠保證焊接質(zhì)量。現(xiàn)對該新型焊機(jī)的結(jié)構(gòu)、組成及工作原理進(jìn)行介紹。

1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理

采用完全不同于國外常用的懸掛式和國內(nèi)使用較多的龍門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是采用立柱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。

該焊機(jī)主要由氬弧焊機(jī)、焊接平臺(tái)、焊接變位器、送絲裝置、氬氣瓶、電線電纜，以及相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成[3]。目前，市場上氬弧焊機(jī)和送絲機(jī)構(gòu)產(chǎn)品比較成熟而且能夠匹配，本機(jī)選擇松下品牌的氬弧焊機(jī)及送絲裝置。待焊件在焊接變位器上定位，焊接變位器通過滾珠絲杠安裝在操作平臺(tái)上，待焊件可通過滾珠絲杠經(jīng)電機(jī)的帶動(dòng)精準(zhǔn)地勻速運(yùn)動(dòng)，具體組成如圖1所示[4]。

1.電機(jī) 2.機(jī)架 3.直線導(dǎo)軌 4.滾珠絲杠副 5.滑塊 6.焊接變位器 7.工件夾持機(jī)構(gòu) 8.待焊件 9.焊槍固定架 10.焊槍 11.焊機(jī)及送絲裝置組成圖1 自動(dòng)氬弧焊機(jī)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of automatic TIG welding machine

待焊件通過工件夾持機(jī)構(gòu)固定在焊接變位器上；直線導(dǎo)軌固定在機(jī)架上；焊接變位器通過滑塊安裝在線性滑軌上，焊接變位器水平運(yùn)動(dòng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)；焊槍安裝在焊槍固定架上，焊槍固定架安裝在機(jī)架上。在焊接環(huán)焊縫時(shí)，先通過直線導(dǎo)軌將焊接變位器移動(dòng)到合適的位置，使焊槍對正起始焊接位點(diǎn)，然后啟動(dòng)焊機(jī)開始焊接，同時(shí)啟動(dòng)焊接變位器旋轉(zhuǎn)操作盤進(jìn)行勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成焊接過程。在焊接縱焊縫時(shí)，先通過直線導(dǎo)軌將焊接變位器移動(dòng)到合適的位置，使焊槍對正起始焊接位點(diǎn)，然后啟動(dòng)焊機(jī)開始焊接，同時(shí)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副使焊接變位器勻速水平運(yùn)動(dòng)完成焊接過程。

2 主要部件結(jié)構(gòu)

2.1氬弧焊機(jī)

使用松下品牌YC-300WP型直流焊機(jī)。該焊機(jī)具有交流TIG焊、直流TIG焊、直流脈沖TIG焊、交流脈沖TIG焊和自動(dòng)填絲TIG焊等多種焊接模式；適用于不同板厚的碳鋼、不銹鋼、鎂和鋁等多種金屬材料的焊接；具有電流檢測信號(hào)和脈沖同步信號(hào)及各種焊接工作用的接線端子，配合自動(dòng)送絲裝置使用非常方便[5]。該自動(dòng)焊機(jī)的主要規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 300-WP型晶閘管控制交、直流氬弧焊機(jī)

2.2送絲機(jī)構(gòu)

采用與松下品牌300-WP型焊機(jī)相匹配的YJ-105型送絲裝置，該送絲裝置的主要規(guī)格參數(shù)如表2所示，具有以下特點(diǎn)。

(1)通過對復(fù)雜TIG送絲過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高品質(zhì)的焊接。

(2)為了防止燒穿，焊接中的送絲速度可兩擋切換[6]。

(3)可配合脈沖TIG焊機(jī)，配裝在自動(dòng)行走小車上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

(4)具有延遲送絲時(shí)間控制功能、焊絲填充速度調(diào)整功能、焊絲回抽控制功能等多種功能，面對許多復(fù)雜困難的焊接作業(yè)可進(jìn)行多種焊接條件設(shè)定，從而提高焊接操作性。

表2 YJ-105自動(dòng)送絲裝置

將自動(dòng)送絲裝置的數(shù)據(jù)線插到氬弧焊機(jī)上，就可以實(shí)現(xiàn)連鎖控制功能，包括調(diào)整送絲速度、收弧速度、抽絲速度等。

2.3焊機(jī)動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)

由于精濾器焊接種類只有環(huán)焊縫和縱焊縫兩種，對于環(huán)焊縫的焊接(圖2)采用維持焊槍固定不動(dòng)，通過旋轉(zhuǎn)工件來完成焊接過程，因此采用焊接變位器來完成環(huán)焊縫的焊接[7]。焊接變位器(圖3)是一種高效的以實(shí)現(xiàn)環(huán)焊縫焊接為主的焊接設(shè)備，可以配合氬弧焊機(jī)及自動(dòng)送絲裝置等組成自動(dòng)焊接系統(tǒng)，通過工作臺(tái)的升降、回轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)使待焊件處于最佳焊接位置，避免仰焊和立焊，保證焊接質(zhì)量。由于氬弧焊對于焊接精度要求非常高，所以焊接變位器的回轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)采用伺服電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)精確定位和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)功能。本機(jī)焊接變位器選用無錫市艾立特焊割設(shè)備有限公司生產(chǎn)的HB6型焊接變位器，該焊接變位器具體參數(shù)如表3所示。

對于縱焊縫的焊接(圖4)，待焊件被夾持機(jī)構(gòu)固定住后，采用固定件焊槍不動(dòng)，通過待焊件勻速向右運(yùn)動(dòng)的模式，則必須增加一套水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由機(jī)架、直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滾珠絲杠副組成。

1.工件夾持機(jī)構(gòu) 2.待焊件 3.焊槍圖4 筒體A類焊接接頭的焊接示意Fig.4 Welding of class A welded joints of cylinder

2.4焊機(jī)電控要求

本機(jī)電器自動(dòng)化控制采用西門子PLC(可編程邏輯控制器)控制，操作面板如圖5所示。電器控制點(diǎn)包括水平運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)A和C，焊接系統(tǒng)B(包括氬弧焊機(jī)、自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)、焊縫追蹤系統(tǒng)和焊接自控系統(tǒng)，焊接操作在焊機(jī)控制面板，本機(jī)面板只用于開啟和關(guān)閉焊接系統(tǒng))、焊接變位器回轉(zhuǎn)電機(jī)D、焊縫追蹤縱向微調(diào)電機(jī)H、焊縫追蹤橫向微調(diào)電機(jī)I共6個(gè)控制點(diǎn)。

圖5 氬弧焊自動(dòng)焊機(jī)操作面板Fig.5 Operation panel of automatic TIG welding machine

A旋鈕用于控制水平運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及停止，C旋鈕用于調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率從而調(diào)節(jié)進(jìn)給速度(配置速度顯示面板)，B按鈕用于控制焊接系統(tǒng)的啟停，D旋鈕用于調(diào)節(jié)焊接變位器回轉(zhuǎn)速度(配置速度顯示面板)，H旋鈕用于控制焊縫追蹤縱向微調(diào)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，I旋鈕用于控制焊縫追蹤橫向微調(diào)電機(jī)正反轉(zhuǎn)[8]。

3 自動(dòng)氬弧焊機(jī)整機(jī)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)上述分析以及企業(yè)的需要，最終確定整機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4 自動(dòng)氬弧焊機(jī)技術(shù)參數(shù)

4 驗(yàn)證性試驗(yàn)

通過制造樣機(jī)進(jìn)行焊接試驗(yàn)，得出如下統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。從圖6中可以看出，樣機(jī)焊接的速度為200～240 mm/min，而人工的焊接速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如樣機(jī)的焊接速度，一般低于185 mm/min。

圖6 樣機(jī)焊接速度與焊工焊接速度對比Fig.6 Comparison of welding speed between prototype and welder

圖7 兩種方式焊接合格率與不合格率比較Fig.7 Comparison of qualified rate and unqualified rate of two welding methods

從焊接10種樣品，每種樣品的合格率來看，從圖7可知，自動(dòng)氬弧焊機(jī)在焊接時(shí)合格率為92%～100%，合格率較高，而與此相比，普通焊工針對同一種焊件的焊接合格率則明顯較低，往往為50%左右。機(jī)器焊接不僅焊接率較高，而且針對不同的焊件，焊接質(zhì)量比較穩(wěn)定，而相比之下，人工焊接的合格率穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)不突出。

5 結(jié)論

采用全自動(dòng)氬弧焊機(jī)焊接精濾器能夠明顯減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。由于是數(shù)控式自動(dòng)操作，焊接參數(shù)可控，可以保證穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，減少人為因素造成的缺陷。