通用智能型氬弧焊送絲系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

姚思立

摘要：從提高鎢極氬弧焊質(zhì)量、效率、滿足現(xiàn)有設(shè)備升級(jí)改造等角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一套使用可編程控制器和伺服系統(tǒng)的自動(dòng)送絲裝置，實(shí)現(xiàn)鎢極氬弧焊的自動(dòng)送絲技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，焊接了不銹鋼刀柄、廚具、門把手等等材料，焊接效果良好，大大提高了焊接效率。

關(guān)鍵詞：氬弧焊送絲;焊絲回抽;自動(dòng)對(duì)位;送絲虛位補(bǔ)償

在中國(guó)五金刀剪之都的陽(yáng)江市，每年生產(chǎn)全球70%的刀剪產(chǎn)品，其中有近半的產(chǎn)品是使用鎢極氬弧焊工藝，因?yàn)樾枰附拥陌氤善肥切枰?jīng)過(guò)沖壓、成型等工藝，產(chǎn)品因溫度、質(zhì)地、壓力的不同，導(dǎo)致變形和回彈量無(wú)法達(dá)到一致，產(chǎn)品的焊接線無(wú)法保持絕對(duì)水平，因此在大量的實(shí)際生產(chǎn)焊接中，自動(dòng)焊接機(jī)使用恒定送料速度的送絲機(jī)，無(wú)法保證每次的送絲量而導(dǎo)致焊接失敗，所以只能靠人工焊接補(bǔ)填焊絲以達(dá)到質(zhì)量要求，大大降低了自動(dòng)焊對(duì)普及面和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。如能開(kāi)發(fā)出具有自動(dòng)穩(wěn)定的送絲功能的送絲機(jī)，并且能使用簡(jiǎn)單的通訊或接口與現(xiàn)有的設(shè)備、系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)低成本和高質(zhì)量、簡(jiǎn)單實(shí)用和穩(wěn)定的有機(jī)結(jié)合，對(duì)于整個(gè)五金刀剪乃至不銹鋼氬弧焊的自動(dòng)化進(jìn)程都將具有重要意義。

基于此，本著低成本、易實(shí)用、通用性強(qiáng)、智能化的原則，以現(xiàn)有的普通送絲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)氬弧焊自動(dòng)送絲系統(tǒng)展開(kāi)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)操驗(yàn)證和完善，使用效果明顯。

一、傳統(tǒng)送絲方法的缺點(diǎn)

（一）手工送絲：送絲是焊接過(guò)程中非常重要的一個(gè)操作環(huán)節(jié)，手工氬弧焊焊接的送絲方法多采用焊工手指捻動(dòng)焊絲來(lái)完成送絲過(guò)程，焊工操作送絲時(shí)非常不方便，因此，手工送絲準(zhǔn)確性差、一致性差、送絲不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了焊接生產(chǎn)效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊絲長(zhǎng)度有限，長(zhǎng)時(shí)間焊接時(shí)需要頻繁拿取焊絲，焊接效率較低，且每段焊絲焊接完成時(shí)都會(huì)留存一小段焊絲無(wú)法使用，造成浪費(fèi)。

（二）普通開(kāi)關(guān)加電機(jī)送絲機(jī)：市面上的自動(dòng)送絲機(jī)送絲驅(qū)動(dòng)部分一般是由可調(diào)預(yù)緊力壓桿、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪組成。這類自動(dòng)送絲機(jī)具有滯后送絲和提前抽絲功能，通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)控制送絲和抽絲，也可以使用焊槍高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)同步控制，送絲速度較慢0-6mm/min，送絲速度重復(fù)性誤差較大，在±8%左右。

二、自動(dòng)送絲系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路：第一是要保證能實(shí)現(xiàn)1.0-3.0直徑焊線的穩(wěn)定送出;第二是送絲速度能夠根據(jù)系統(tǒng)或信號(hào)實(shí)現(xiàn)過(guò)程可控;第三是能滿足控制系統(tǒng)進(jìn)行焊線檢測(cè)的要求。

（二）自動(dòng)送絲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為滿足上述要求，一是使用市面上常見(jiàn)的雙滾輪CO2送絲頭，將原有的普通直流電機(jī)改為伺服電機(jī)直驅(qū)，或者中間加高精度的行星減速器，以滿足更大直徑焊線的穩(wěn)定輸送。二是加裝伺服驅(qū)動(dòng)器、可編程控制器和工業(yè)觸摸屏，操作面板上設(shè)置旋鈕，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的手動(dòng)精密速度調(diào)整，并在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示送絲速度。三是在氬弧焊焊槍上加裝送絲頭固定支架，可以自由調(diào)整角度，滿足不同電流和間距時(shí)填絲喂料的角度要求。四是在焊槍送絲頭的入口處加裝一個(gè)編碼器，以實(shí)現(xiàn)送絲量的閉環(huán)檢測(cè)，彌補(bǔ)長(zhǎng)護(hù)絲套引起的焊線彎曲、實(shí)際送絲量變少的缺陷。

三、控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

（一）接受按鈕或經(jīng)485通訊由外部系統(tǒng)控制的停絲、送絲切換功能。有的工件不需要送絲，可以直接通過(guò)按鈕或者開(kāi)關(guān)切換，能在極短時(shí)間內(nèi)（0.1秒）啟動(dòng)或者停止停絲，而不需要重新去接線。直接焊接，這樣省成

本，省時(shí)間。

（二）點(diǎn)動(dòng)送絲、回抽功能：此功能適合剛裝線的手動(dòng)調(diào)整，裝好線盤后，直接長(zhǎng)按點(diǎn)動(dòng)，把焊線推出;同時(shí)也需要反向回抽，調(diào)試時(shí)焊絲出來(lái)得太多，可以直接回抽，而無(wú)須剪斷，省時(shí)省料。

（三）手動(dòng)操作焊接時(shí)連續(xù)送絲和脈沖送絲的功能。脈沖時(shí)間和脈沖間歇時(shí)間可調(diào)范圍為0.01-99秒，匹配伺服電機(jī)的帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)間10毫秒，實(shí)現(xiàn)高速脈沖送絲，輕松配合焊接出“魚鱗”焊路。

（四）帶檢測(cè)的同步送絲功能：送絲與焊接機(jī)起弧同時(shí)開(kāi)始，區(qū)別于原有送絲機(jī)的高級(jí)功能是可接入焊接機(jī)的起弧成功信號(hào)，順利起弧后，焊機(jī)給出接通信號(hào)，送絲機(jī)馬上開(kāi)始送絲。

（五）異步定長(zhǎng)送絲：在焊接某些縫隙過(guò)大的工件時(shí)，可以選擇提前送絲的功能。先送出穩(wěn)定數(shù)量的焊絲，定位精確后再發(fā)出起弧命令給焊接機(jī)工作。

（六）焊接過(guò)程中送絲量的控制：這是智能型氬弧焊送絲系統(tǒng)最核心、最重要的功能。此功能分為幾種不同的模式，第一種是恒速穩(wěn)定送絲，設(shè)定送絲速度后，接到送絲命令后馬上按照設(shè)定的速度穩(wěn)定送絲;第二種是可編程的速度進(jìn)給，可以按照設(shè)定的程序，在一定的時(shí)間或者經(jīng)由RS232、485接受位置控制系統(tǒng)給出的控制信號(hào)，自由改變當(dāng)前的送絲速度和進(jìn)給量;第三種是基于模擬量控制的實(shí)時(shí)送絲速度變化，具備模擬量輸入功能，接收其他控制系統(tǒng)給出的電壓或者電流信號(hào)，通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換，迅速改變當(dāng)前的送絲速度和方向。

（七）斷絲設(shè)置的功能：可以設(shè)置斷絲先停止送絲，然后焊機(jī)繼續(xù)熔絲設(shè)置的時(shí)間后熄弧。也就是溶絲時(shí)間設(shè)定?？筛鶕?jù)焊絲粗細(xì)不同設(shè)定自動(dòng)回抽速度和長(zhǎng)度。此焊絲回抽反粘絲功能，可輕易解決送絲機(jī)焊絲粘工件問(wèn)題，或者焊絲頭熔球問(wèn)題。

（八）送絲量檢測(cè)功能：該功能是為了彌補(bǔ)送絲管直徑大于焊絲，導(dǎo)致送絲管越長(zhǎng)，焊絲在內(nèi)部彎曲變形，最終送絲量少于程序預(yù)設(shè)量時(shí)，程序能自動(dòng)學(xué)習(xí)偏差量，在下一次時(shí)能自動(dòng)補(bǔ)償偏差量。

（九）焊絲裁切功能：為減少重復(fù)多次送絲后的累積誤差，或者因焊接質(zhì)量引起的起球、拉絲等現(xiàn)象，以及方便編程長(zhǎng)度送絲時(shí)的精度調(diào)整，控制強(qiáng)力剪刀裁剪焊絲。

（十）虛位補(bǔ)充功能：由于送絲架離送絲頭普遍有1.5-3米距離，送絲護(hù)管大于焊絲，在送料過(guò)程中，焊絲會(huì)發(fā)生彎折，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端送絲量和出口端長(zhǎng)度誤差，在反向回抽時(shí)也會(huì)導(dǎo)致回抽量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生回程誤差，因此系統(tǒng)在每次方向調(diào)整時(shí)，采用編碼器在出口端進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋，計(jì)算實(shí)際輸出量到系統(tǒng)進(jìn)行反向間隙計(jì)算。

四、使用效果對(duì)比

經(jīng)過(guò)實(shí)際裝機(jī)測(cè)試，比原來(lái)的普通電機(jī)開(kāi)關(guān)控制送絲效果好，在長(zhǎng)焊縫時(shí)送絲速度穩(wěn)定，送絲量準(zhǔn)確，但是焊絲驅(qū)動(dòng)電機(jī)原先采用86步進(jìn)電機(jī)，在點(diǎn)焊及短線需要快速送線時(shí)，響應(yīng)速度不夠及時(shí)，后來(lái)改為伺服電機(jī)后，送絲量精準(zhǔn)度高，特別是回抽焊絲時(shí)，能準(zhǔn)確定位，確保每次的量均能保持一致，應(yīng)用在刀柄自動(dòng)焊接機(jī)上，能顯著提升焊接質(zhì)量和速度。