自动化焊接范文

自动化焊接范文（精选12篇）

自动化焊接 第1篇

关键词：焊接,自动化技术,发展,应用

0 引言

焊接自动化是指在没有人直接参与的情况下, 采用具有自动控制, 能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表, 按规定的程序或指令自动进行, 通过加热、加压, 或两者并用, 使两工件产生原子间结合的技术措施。手工操作受操作人员个人状态的影响, 产品质量不稳定, 而焊接自动化能够增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一[1,2]。

1 发展历程

1889-1890年, 美国人C.L.Coffin首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接。1941年, 美国人Meredith发明了钨极惰性气体保护焊 (TIG) , 在焊接有色金属方面质量高了很多, 仍然是低效率。1941年, 前苏联电焊研究所发明了埋弧自动焊, 为二战焊接了大批的坦克及装甲车。20世纪70年代, 工业机器人技术被应用到焊接领域, 焊接自动化程度发生了质的飞跃, 焊接质量及效率得到进一步提高。采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点, 受到人们越来越多的重视[3,7]。而如今, 自动化, 智能化是提高焊接质量稳定性, 提高效率和改善件的重要方向。

2 分类及应用

根据对产品的适应能力, 焊接自动化系统主要分为“刚性”自动化系统和“柔性”自动化系统。

“刚性”自动化系统针对大批量定型产品, 特点是成本低、效率高, 但是适应的产品单一。一旦产品换型, 生产线就要更换。“刚性”化系统也是最先发展起来的自动化系统, 为“柔性”自动化系统的发展奠定了基础。刚性自动化焊接设备一般都是专用的, 通常用于中、大批量焊接产品的自动化生产。随着技术的进步和对智能化的要求, 单纯的“刚性”自动化系统已不能满足生产要求。

“柔性”自动化系统主要通过编程来实现具体的操作, 只需要改变相应的程序, 即可以适应新产品。焊接机器人属于典型的“柔性”自动化系统, 并在汽车生产线上得到了广泛的应用。早在20世纪70年代末, 上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制了直角坐标机械手。一汽公司也于1988年成功开发了机器人车身焊接总线[4,5]。“柔性”自动化系统的应用为工业发展注入了新的活力, 其灵活性和适应性响应了现代工业技术发展的要求。随着先进制造技术的发展, 实现焊接生产的柔性化与智能化已经成为趋势, 采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志[6]。

3 思考与展望

焊接生产自动化是焊接生产的发展方向。我国的焊接自动化技术起步较晚, 与工业发达国家存在一定差距。因此在竞争全球化的今天, 要实现利益最大化, 提高焊接生产水平, 改善焊接劳动条件, 不断提高国家综合实力, 以下三个方面尤为关键。

1) 研发新的焊接设备, 在焊接工艺合适的前提下, 通过提高设备的性能提高提高焊接质量和安全可靠性, 例如运用电力电子控制技术, 改善电弧的工艺性能, 提高焊缝质量。

2) 现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现, 焊接生产系统的智能化以及柔性化都离不开计算机技术的发展。因此及时将先进控制技术引进并应用到焊接领域是提高竞争力和赢得市场的重要途径。

3) 目前我国很多焊接自动化技术尤其是焊接机器人都是引自国外[7]。技术引进是发展的一条捷径, 但是引进技术同时也应当实现技术的吸收与创新, 研发具有自主知识产权的先进焊接自动化技术, 才能立于不败之地。S

参考文献

[1]吴林, 等.我国焊接行业现状与发展趋势[C]//第八次全国焊接会议论文集 (第1册) .北京:机械工业出版社, 1997.

[2]王斌.我国焊接自动化技术的现状与发展趋势[J].焊接技术, 2000, 29 (6) :1-2.

[3]国家自然科学基金委员会.机械制造学 (热加工) [M].北京:科学技术出版社, 1995.

[4]林尚杨.我国机械制造业中焊接机器人的应用现状及发展趋势[C]//第八次全国焊接会议论文集 (第1册) .北京:机械工业出版社, 1997.

[5]陈丙森.计算机辅助焊接技术[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[6]宋金虎.我国焊接机器人的应用与研究现状[J].电焊机, 2009, 39 (4) :1-3.

自动化焊接技术及其发展 第2篇

【摘要】随着制造业的高速发展，传统的手工焊已不能满足现代高科技产品制造的质量、数量要求、现代焊接加工正在向着机械化、自动化的方向发展。电子技术、计算机技术以及机器人技术的发展，为焊接自动化提供了十分有利的基础。近年来，焊接自动化在实际工程中的应用取得了迅速发展，已成为先进制造技术的重要组成部分。本文主要介绍自动化焊接技术及其发展的概况与前景。

【关键词】自动化焊接技术发展现状应用前景

Automated welding technology and its development

【Abstract】With the rapid development of the manufacturing sector, the traditional manual welding can not meet the modern high-tech product manufacturing quality, quantity requirements, modern welding is toward mechanization and automation direction.Electronic technology, computer technology and robot technology for automated welding provides a very favorable basis.In recent years, welding automation in practical engineering applications has made rapid development, advanced manufacturing technology has become an important part.This paper describes the automated welding technology and its development in general and the future.【Keyword】AutomationWelding TechnologyDevelopment StatusProspect

1.自动化焊接技术

1.1自动化焊接的概念

自动化焊接主要指焊接生产过程的自动化。它是一个综合性的焊接与工艺问题，其主要任务是：在采用先进的焊接、检验和装配工艺过程的基础上，建立不需要人直接参与焊接过程的焊接加工方法和工艺法案，以及焊接机械设备和焊接系统的结构与配置。焊接自动化的核心是实现没有人直接参与的自动焊接过程。

自动化焊接有两方面的含义：一是焊接工序的自动化，二是焊接生产的自动化。焊接生产的自动化是指焊接产品的生产过程，包括从备料、切割、装配、焊接、检验等工序组成的焊接生产全过程的自动化。只有实现了焊接生产全过程的自动化，才能得到稳定的焊接质量和均衡的焊接生产节奏以及较高的焊接生产率。而单一焊接工序的自动化是焊接生产自动化的基础。

1.2自动化焊接的主要设备及特点

焊接生产过程的自动化和机械化的关键工序:第一,全部使用自动控制装置和机械装置来实现来替代焊接作业的手工操作;第二,物流、机械手及变位机械来完成将焊件的搬运和位移采用;第三,完成焊接作业将会采用较高的生产节拍和高效的焊接方法进行;第四,通过精确的自动控制和准确的机械动作,进而来确保持持续的稳定的焊接质量。按照目前世界发达国家的焊接装备水平,可将其概括为如下几个特点:

1)标准化、通用化、系列化

对于大批量生产的典型常用接头形式,如板材接缝、筒体环缝、圆筒环缝、管对接和管子管板接头等,现在已经开发出相对应的的标准型自动化焊接专机,这种焊接机械具有焊接效率高、质量稳定的优点。在经过多年产品研发积累,固得公司终于开发出了300~3000mm的纵缝焊、工件回转环形焊机、卧式单枪(双枪)环缝焊、三轴数控焊接机床和焊枪回转环形焊机等等。

2)多功能化

其为充分发挥大型自动化焊接设备的效率创造了有利条件已将其设计成适用于多种焊接方法和焊接工艺。如单丝、双丝、MIG/MAG-TIG等离子弧焊、多丝埋弧焊。

3)智能化控制和自适应

焊接过程的全自动控制比传统的金属切削加工要复杂得多。全自动控制必须考虑焊件接缝装配间隙误差,几何形状的偏差以及焊件在焊接过程中的热变形。所以我们需要采用各种自适应控制系统和传感器技术。

4)组合化和大型化

对于大型、中型焊接结构生产过程的自动化,已研制成功各种大型自动化焊接设备。如中重型厚壁容器焊接中心、机床车厢总装焊接中心、集装箱外壳整体焊接中心等等。

5)高质量、高精度、高可靠性

焊接机器人和精密焊接操作向高精度、高质量发展,行走机构的定位精度为0.1,移动速度的控制精度为0.1,与焊接机器人配套的焊接变位机的最高的重复走位精度为0.05。固得公司已经研发出来的摩托车的车架机器人工作站,以高质量的、高水平广泛应用于江门大长江、重庆建设中。

1.3自动化焊接系统

自动化焊接就是用焊接机械装置来代替人进行焊接。典型的机器人自动化焊接系统主要由如下部分构成：机器人、变位机、各种传感器、控制器、自动焊机（包括焊接电源、焊枪等）等。其基本构成单元是：机械装置、执行装置、能源、传感器、控制器和自动焊机。

1）机械装置

机械装置是能够实现某种运动的机构，配合自动焊机进行焊接加工装置，如机器人、变位机、悬臂操作机等。

2）执行装置

执行装置是驱动机械装置运动的电动机或液压、气动装置等。

3)能源

能源是驱动电动机的电源等。

4）传感器

传感器是检测机械运动、焊接参数、焊接质量的传感器。

5）控制器

控制器主要是用于机械运动控制的计算机、单片机、可编程控制器以及电子控制系统。

6）自动焊机

自动焊机包括焊接电源、送丝机、焊枪等。它是一个独立的焊接系统。

1.4 自动化焊接的关键技术

自动化焊接技术是将电子技术、计算机技术、传感技术、现代控制技术引入到焊接机械运动的控制中，也就是利用传感器检测焊接过程的焊接运动，将监测信息输入控制器，通过信号处理，得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置，实现焊接自动化。焊接

自动化的关键技术主要包括：机械技术、传感技术、伺服传动技术、自动控制技术和系统技术等。

1）机械技术

机械技术就是关于焊接机械的机构以及利用这些机构传递运动的技术。在焊接自动化中，焊接机械装置主要由焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机、焊接工件输送装置以及焊接机器人等。焊接机械技术就是根据焊接工件结构特点、焊接工艺过程的要求应用经典的机械理论与工艺，借助于计算机辅助技术，设计并制造出先进、合理的焊接装置，实现自动焊接过程中的机构运动。

2）传感技术

传感技术是自动化系统的感受器官。传感与检测是实现闭环自动控制、自动调节的关键环节。传感器的功能越强，系统的自动化程度就越高。焊接自动化中的传感器有很多种，有关机械运动量的传感器主要有位移、位置、速度、角度等传感器。

3）伺服传动技术

执行装置的控制技术称为伺服传动技术。伺服传动技术对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。

4）自动控制技术

焊接自动化中的自动控制技术主要指：基本控制理论；在控制理论指导下，根据焊接工艺和质量的要求，对具体的控制装置或系统进行设计；设计后的系统仿真、现场调试；最终使研制的系统可靠地投入焊接工程应用。

5）系统技术

系统技术就是以整体的概念组织应用各种相关技术。从系统的目标出发将整个焊接自动化系统分解成若干个相互关联的功能单元。以功能单元为子系统进一步分解，生成功能更为单一的子功能单元，逐层分解，直到最基本的功能单元。以基本功能单元为基础，实现系统需要的各个功能设计。

2.自动化焊接的发展现状及前景展望2.1自动化焊接的发展现状

目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的近80%相比差距甚远。可以预计在未来的10年内，国内自动化焊接技术的水平将以前所未有的速度发展。

随着数字化技术日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程,有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。我国焊接产业逐步走向“高效、自动化、智能化”。目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达工业国家的近80%差距甚远。从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式——气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，现已初见成效。可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。20世纪90年代以来，我国焊接界把实现焊接过程的机械化、自动化作为战略目标，已经在各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化和过程控制智能化，研究和开发焊接生产线及柔性制造技术，发展应用计算机辅助设计与制造技术等方面，取得了长足的进步。高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐渐取代手弧焊机和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。在汽车、造船、工程机

械和航空航天等领域，适用于不同场合的智能化焊接机器人较为广泛的应用，大幅度提高了焊接质量和生产效率。在我国，目前汽车、船舶、管建、家电等行业焊接自动化的发展相对来说较好，到2005年，船厂的高效率焊接要达到80％以上，其中二氧化碳焊接应用率达到55％，焊接机械化率、自动化率要达到70％左右。

国外如欧美、日本等发达国家早在20世纪80年代便在石油、化工、造船、建筑、电力、汽车、机械等行业采用数字控制的小车式自动气保焊机，代替人工进行焊接生产。近年来，国内几家企业开发了几种类似的自动焊接小车，但在结构和功能上均属低端产品，在数字控制、焊接参数预置和专家系统自动调用等方面均为空白。成都焊研科技有限责任公司把开发适合和满足我国工业企业焊接生产要求的高端自动焊接设备作为己任，在吸收和借鉴国外先进、成熟技术基础之上，经过近两年的研制工作，代表自主知识产权的第一代数控小车式自动焊机样机在成都焊研科技有限责任公司问世。该焊机具有携带方便、安装简单、操控灵活、智能化程度高等特点，通过微机控制的多种焊接模式和专家程序，可在不同焊接位置满足多种焊接工艺要求焊缝的焊接。

2.2自动化焊接的前景展望

电子技术、计算机微电子信息和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。

(1)焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。

(2)焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平和质量控制水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能，是我们近期研究的重点。

(3)焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断力，建立人机对话的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。

(4)提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和可控性，以及优良的动感特性，也是我们着重研究的课题。应开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡口形状、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。总之，使焊接技术由“技艺”向“科学”演变，是实现焊接自动化的一个重要方面。

本世纪的头二十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。我们广大焊接工作者任重而道远，务必树立知难而上的决心，抓住机遇，为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。

3.参考文献

【1】胡绳荪 焊接自动化技术及其应用 机械工业出版社 2007.2

【2】陈裕川 大型自动化焊接设备的国内外现状及发展趋势【J】.电焊机，2002（10）

【3】吴林等.我国焊接行业的现状与发展趋势.第八次全国焊接会议论文集.第1册.北京：机械工业出版社，2005

机械焊接技术与自动化发展研究 第3篇

一、前言

本研究主要应用机械手臂进行焊接工作流程改善，首先我们先对几家焊接企业进行收集数据，并邀请QFD专家以及TRIZ专家进行讨论，找出改善工作流程之因素，依照不同仿真系统脚本剧情可将流程评估至优化，达到改善之最终目标，并可提供业界在决策规划时之参考依据。

由质量机能展开结合TRIZ系统方法中获得，影响个案企业建构生产线的三大方向为（1）时间管控、（2）人力资源管控、（3）质量管控之的策略。并应用Flexsim仿真系统将改善条件套入，并模拟优化。然而，此研究结果显示，个案企业原本生产线产量为720pcs，应用仿真系统仿真原生产线的优化取得多13%的产量，将前两种方法所获得的改善条件导入生产线中，而生产量可提升50%的产量。

二、个案企业生产流程

个案企业的咖啡桶分为三个部分，为上盖、中桶、下盖，而这三种必须先各自进行不同加工之后，才会再将三个工件主合程一个完善的咖啡桶。由上述可了解本加工生产流程较繁杂，所以希望透过本研究可将他们所有的工作站做结合，并且透过仿真系统取得优化的生产线。

此外本企业在早期就已经引进机械手臂做加工，因此对于机械手臂做焊接加工之技术已经很成熟，因此在人力不足方面，对他们并没有太大的影响，但人力的分配也需要作加强，人力安排恰当时，可提升加工质量以及减少加工的时间。

但个案企业是传统产业，因此无生产线排程的概念，而所有的工作站，并无特定做规划，所以个案企业会发现若订单较多时，可能就无法应付客户的需求。由于个案企业有此方面困扰，则本研究首先针对改善生产线之分析可分为三大部分

（1）提升生产量（2）减少不良率（3）人力资源控管

个案企业制造作业流，主要可分为三个工件的加工，第一工件为底盖加工，主要是侧板与底部的焊接，第二工件为上盖加工，加工部分又须经过一个工作站两个步骤，第一为焊接接头孔，将接头孔装置在上盖侧边，第二为螺丝孔焊，是应用焊接机将螺丝孔装置上盖的顶部，是在于焊接头附近，而此工件须分两道工作站，是因为加工方法不同。第三工件为中桶加工，中桶加工又分为三个工作站，第一步为雷射切割焊接机做钻孔，第二步为将平面的薄板滚成圆柱状再经由焊接机做接合，第三步为螺丝孔焊，就是应用焊接机将螺丝孔装置圆柱侧边。最后先将上盖与中桶应用焊接做结合，之后再接合底盖与中桶，完成后就可做检验测试。

个案企业生产线中的人机表，由人机表就可以清楚了解每个工作站中，操作员与机器做搭配时所花费的时间。由下表中所有的工作花费的时间都不少，因此让操作员得等待时间相当长，但如何运用此段时间，使得操作员可以做其他的加工，然而此问题将应用本研究方法做改善，将单一生产流程改善为多重生产流程，并使得在同一时间中可作两种或两种以上不同的加工，减少时间花费再等待。

三、传统技术问题与自动化改造方法

因本企业生产流程依照传统方式建构，所以很容易因为某个工作站的失误，延迟后面的加工，且产品的质量也不一定每个都很完善，且传统的加工流程并没有生产成本得概念，使得生产完某一项产品之后，就需要再重新建构新的生产线，不但会浪费时间也会浪费建构成本。此外在建构生产线，传统的概念都会认为先计算好生产流程，之后透过生产中产生失误中去做改善，由这样方是做整条生产线，多花费不少时间以及修改生产线的钱，因此本研究将改善个案企业传统生产线中缺失，使得提升产量减少时间以及金钱的花费。个案企业的加工流程中，所应用的工具为：

1.焊接加工：第一工作站到第六工作站都各有一台焊接机械手臂，分为三种加工工件，最后将这加工工件在应用焊接做接合，就成为完善的产品。

2.检测：最终站为检测，则检测可分为两个据点，分为三种不同的加工工件，且第一站在各自加工完后，第二站则在将三种工件接合后。由个案企业提供生产线的条件，期望透过本研究可以改善传统的加工流程，提升加工生产量，减少时间花费。

个案企业由上述的生产线中每个工作流程中，从抛光至检测人机数据，人员应用总数为10位，一天8小时，机械手臂应用总数为5台，检测机为2台，一个月生产量为720个的产品数。个案企业希望透过本研究可改善他们目前生产现的缺点，希望可成功将传统化的生产线转换为自动化生产线，首先由自动化生产线可改善的因素包含人力转为机械，生管人员的单线排程运算转换为多线排成运算，因此需要透过仿真程序做优化排程运算。透过此数据进一步应用研究方法做改善分析，并做验证。

传统焊接厂，大多是中小企业，因此无假设生产线的概念，希望透过本研究方法改善个案企业的生产方式。而改善焊接生产线分为三大方向：

1.时间管理：每个工作站与操作员的搭配中，需好好运用在加工时的等待时间，应该将每个加工互相做配合，就可减少时间的花费，此外在运送方面也可以应用更简便的方式做改善。

2.人力资源管理：其中一个工作站为人力加工，此加工花费不少时间，若可以应用其他的人力做搭配时，或许可将时间减少许多。

3.质量管理：加工步骤多及繁杂，更需要增加检测功能，若最后才发现产品有瑕疵时，不但多花费了时间又多花费了材料的应用。

四、自动化总结

自动化焊接优化第一段为TRIZ系统的分析：由QFD的十项关键因素导入TRIZ参数中，由十位TRIZ专家做关系矩阵，获得需求与参数关系越高之参数，而参数多半是关于生产线在线的自动化、生产量、稳定度以及时间的花费等。之后再将参数透过矛盾矩阵，取得发明原理，就可经由发明原理的意思去找出改善生产线的条件，可直接了解需改善的原件。

自动化焊接优化第二阶段是个案所提工的数据分别是三个工作站以及四项产品，应用仿真软件找出优化之生产线，时间依照个案公司一天8小时，模拟运算是将运算1个月的优化产量。然而本系统可应用情境模式加入瓶颈条件，生产出24种优化之生产流程，由生产流程可归纳出，由仿真系统所运算出之最佳流程尽还是比个案公司实际生产线多出了100pcs多的产量提升13%生产率，而生产量优化值为828pcs，因此发现个案公司生产线并不是优化。再由本研究所找出改善条件一一套进个案生产线中，可发现虽然多设置检测站，但生产量却大幅提升50%，而生产量优化值为1085pcs，相对的产品的质量也会提高。

参考文献

[1]王宗杰等编著.工程材料焊接技术问答[M].机械工业出版社，2002.

[2]张汉谦著.钢熔焊接头金属学[M].机械工业出版社，2000.

风机自动化焊接技术研究 第4篇

关键词：三轴联动,数控系统,风机

近20年来, 焊接工艺已发展成为一种先进的制造技术, 它在各工业部门生产中所发挥的作用越来重要, 应用范围迅速扩大。但必须注意到, 焊接作业, 特别是弧焊是一种有害的工种, 焊接过程中所产生的烟尘、弧光和高温不仅直接损害焊工的身体健康, 而且还污染生产车间的环境;其次, 手工操作的弧焊作业是一种繁重的体力劳动, 不仅劳动强度大, 且还受弧光和高温的辐射, 容易疲劳, 不能坚持长时间的连续工作。因此, 由于人体生理上的原因, 手工焊接很难持续保持稳定的焊接质量。在现代工业生产中, 随着焊接结构向大型化、重型化、高参数化和精密化方向的发展, 对产品的焊接质量也提出了愈来愈高的要求, 若只借助手工操作就很难达到高质量标准的要求。在某些大型焊接工程或大批量工业生产中, 手工操作的低效率往往成为按期完成预定生产计划的最大障碍。焊接生产过程的机械化和自动化是焊接结构制造工业现代化发展的必然趋势。

1 刚性自动化焊接设备

刚性自动化焊接设备亦可称为初级自动化焊接设备, 其大多是按照开环控制的原理设计。虽然整个焊接过程是由焊接设备自动完成的, 但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈控制, 焊接机头或焊件的运动只能按照预先规定的路径进行, 而不能随机纠正可能出现的形位偏差, 操作工还需目测监视焊头运动的方向、焊丝 (电极) 对准接缝的偏差和焊接参数的变化, 并作适当的手工调整。这种初级化自动焊接设备还称不上真正意义上的自动化焊接设备, 但与机械化焊接设备相比, 已前进了一大步, 在焊接结构的生产中已得到较广泛的应用。

2 自适应控制自动化焊接设备

自适应控制自动化焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备。它配用高度灵敏传感器和电子检测线路, 对焊接的轨迹自动导向和跟踪, 并对主要焊接参数实行闭环的反馈控制。通过对焊接参数的程序控制, 可以实现焊接过程的全程自动化。对焊接过程中可能出现的偏差能以最快的速度予以自动纠正, 使焊接熔池始终保持良好的状态。焊接过程中能持续稳定维持预置的各重要焊接参数, 无需操作工随机监视和手工调整。使用这种自适应控制的焊接设备时, 操作工只需在焊接前作必要的预调整和焊接参数的设置, 设备启动焊接后, 操作工不必再干预。整个焊接过程将按预置的程序和工艺参数自动完成。

3 智能化自动焊接设备

智能化自动焊接设备是一种具有人类某些智能而实现焊接过程的过度自动化的最新一代先进焊接设备。它利用各种高级传感原件, 如视觉传感器、触觉传感器、光敏传感器、听觉传感器和激光扫描器等, 并借助计算机软件系统、数据库和专家系统而具有识别、判断、实时监测、运算、自动编程、参数优化、自动编排焊道顺序、焊接参数存储和调用及自动生成焊接质量记录文件等功能。这种智能化自动焊接设备已能部分取代焊接工程师的工作。在焊接产品焊缝之前, 焊接操作人员只需在人机界面或在控制面板上输入焊件的原始数据, 焊接工艺参数即能自动生成。

3.1 焊接工作机机械结构主要由焊枪夹持机构、风机外壳夹具、十字滑台、旋转工作台、送丝机和机架六部分组成, 本文主要针对焊枪夹持机构、风机外壳夹具和机架三部分进行具体的结构设计, 对十字滑台不做具体的结构设计, 对于送丝机及焊机电源等则直接使用厂家现有设备, 不做任何机构设计。利用三维软件Pro/E对焊接工作机进行三维建模并进行简单的运动学仿真分析。

控制系统采用华中数控的世纪星铣床数控系统“HNC-18xp M”, 通过对数控系统的三个进给轴的控制来驱动十字滑台带动焊枪移动和旋转工作台带动风机外壳旋转, 从而实现控制焊枪相对风机外壳做焊接运动的操作。主要工作包括系统电气结构的接线、控制程序的编写及调试。要求工作机可在运动范围内任意确定表面内完成焊接功能, 焊接时保证焊枪与焊接表面垂直, 工作机可依据给定工件的尺寸和形状自动完成焊接作业。搭建试验台以验证设计方案的合理性和可靠性。

3.2 由焊接工作机运动方案可知, 系统需要实现三轴联动的功能, 即各个轴以一定的运动规律相互配合完成风机外壳的焊接, 整个系统的运动精度不高, 选用三个步进电机分别驱动三个轴的运动。控制系统选用华中数控的世纪星铣床数控系统“HNC-18xp M”, 其有一个主轴运动, 三个进给轴运动, 三个进给轴可实现三轴联动的功能, 可通过对数控系统的三个进给轴的控制来驱动十字滑台带动焊枪移动和旋转工作台带动风机外壳旋转, 从而实现控制焊枪相对风机外壳做焊接运动的操。

3.3 焊枪的移动是靠十字滑台带动的, 其传动机构采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、运动具有可逆性但不能自锁。使用滚珠丝杠副传动可保证得到较高的运动控制精度, 但是对于Z方向的垂直滑台必须安装制动器, 防止运动结束后滑块在自身重力下下滑。

X和Z向滑台的行程根据工件尺寸和焊接时焊枪相对工件的运动方式确定。最大工件670-1边缘距回转中心的最大距离为1059mm, 最小工件450-8mm边缘距回转中心的最小距离为300, 而Z向滑台的行程应该大于最大距离与最小距离的差值 (即为1059-300=759mm) 759mm, 取Z向滑台有效行程为800mm。X向滑台的行程为最大工件 (即670-1) 在X方向的焊接行程 (635+576=1211) 1211mm, 取X向滑台有效行程为1400mm。X和Z向滑台都采用导程为5mm的滚珠丝杠, 矩形滚动直线导轨导向, 其中Z向滑台安装有配重块, 以抵消由于滑块处受力所引起的对X滑台处的倾覆力矩。滑台起支撑作用处大部分采用铝合金板以减轻机构自身的重量。Z向滑台最大负重为30Kg, 滑板工作面与地面垂直, 步进电机驱动, 定位精度。X向滑台最大负重为Z向滑台+30Kg, 滑板工作面与地面平行, 步进电机驱动, 定位精度。

4 完成了焊接工作机的原理与方案设计, 提出了两种运动方案, 对各方案的优缺点进行了比较并选择出工件立着, 两个焊枪同时焊接的最优方案。

完成了焊接工作机的结构设计。对焊枪夹具、工件夹具、机架及相关零件分别进行了具体的结构设计以及必要的计算, 对十字滑台和转台进行了选定。进行了步进电机的选择和校核, 并对压紧弹簧进行了计算。完成了机构的整体设计。进行了焊接工作机的驱动系统和控制系统设计, 完成了焊接工作机的运动轨迹设计, 然后对HNC-18xp M在焊接工作机中的应用作了具体介绍, 画出了系统接线图, 对数控系统的参数进行了设置, 完成了控制程序的编制。建立了焊接工作机的PRO/E三维模型, 并进行了运动学分析。完成了焊接工作机的装配过程与调试过程, 对工件进行了焊接, 焊接质量良好。

焊接技术及自动化专业 第5篇

培养能够顺利进行焊接生产、管理、经营、进行现场焊接设备操作的高级技术工人、技术和工程技术人员。

主干课程：计算机应用基础、机械制图、CADCAM技术应用、电工与电子技术、机械工程材料与热处理、金属工艺学、公差配合与测量技术基础、机械设计基础、弧焊电源、焊接方法及设备、熔焊原理、金属材料焊接、焊接结构、焊接检测、特种焊接等。

自动化焊接 第6篇

摘要：焊接技术及自动化的实践教学是实现本专业人才培养目标的重要组成部分，通过实践教学使学生获得的焊接技能是学生以后顺利完成焊接实际工作的重要支撑。为了更好的完成本专业的实践教学工作，通过不断的教学实践，获得了一些有益的经验。

关键词：焊接；实践教学；技能鉴定；校企合作

随着我国产业结构的调整和制造业企业国际合作范围的扩大，焊接专业人才需求日趋旺盛。造船、轨道交通、锅炉和承压容器、建筑钢结构、管道、电力设备等领域对高水平应用型焊接专业人才的需求越来越大。众所周知，焊接专业是应用性极强的专业门类，要求焊接技术人员具备扎实全面的专业理论，同时兼具实践能力。在进入工作岗位后，能够很快适应工作环境，灵活自如地应用理论知识解决实际问题，并逐渐积累起进行技术创新的经验。为此，高等学校焊接专业人才的培养必须注重理论与实践的紧密结合，紧紧围绕生产实际对人才的需求开展理论和实践教学。由于国内的特殊情况，学生在校期间深入生产一线进行实际锻炼的机会较少，所以需要学校和教师为学生创造实践的机会，增强学生的实践能力。

我国的研究型大学的焊接专业主要包含在材料成型及控制工程专业中，并且多以焊接理论研究为主；职业学校的焊接学习主要以培养焊接技工为主，其缺乏扎实的理论基础。我院的焊接技术及自动化专业为专科专业，对学生的培养既要学习扎实的基础理论，又要进行广泛的焊接实践学习，培养的学生应该恰好符合市场对焊接人才的要求。然而，焊接专业的毕业生与用人单位要求存在一定的差距，主要原因是实践教学环节薄弱。为了使毕业生能够满足用人单位的要求，对实践教学进行改革势在必行。经过近几年的教学实践，对我院焊接技术及自动化专业的实践教学改革总结了以下几点经验：

1.在完成理论教学任务的同时，积极主动培养学生对焊接实践教学的兴趣。

在学习过程中，兴趣能使学生学习积极主动，自觉克服各种苦难，收获学习带来的成就感，并能不断体验到成功的愉悦。专科专业的学生的自我约束性比较差，学习的积极性主动性不高。但是，目前我们面临的普遍问题是学生对理论课程不感兴趣，另外由于焊接专业本身的特殊性，学生对实践兴趣也不高。上理论课时，学生睡觉、玩手机；上实践课时，一开始还比较积极，到后面就开始怠工、聊天。最终学生毕业的时候就会发现，基础理论知识没有掌握好，实践操作技能仅仅是处在操作过、略知一二的水平，这与目前企业对焊接专业学生的要求存在很大的差距。

然而，专科专业的学生一般较为活泼好动。利用学生的这一特质可是有目的的培养学生在焊接实践教学活动中的兴趣和动手能力。在实践教学过程中，教师应该千方百计、想方设法去提高学生的学习兴趣，增进学习效率。

首先，现在的学生都是90后，他们的思想、行为和性格都有一定的差别。因此要多了解关心学生的学习与生活情况，建立一种相互尊重、相互信任的良好师生关系，促使学生从内心自发地产生对该专业教师的好感。其次，让学生充分感受到所学专业的重要性。焊接被广泛应用于石油化工、船舶车辆、航空航天、桥梁建筑、机械制造、通讯电子等各个行业。在日常生活当中，焊接的应用也比较多，比如，一些修理店里或者不锈钢门窗店里等也有用到焊接。最后，每次实验课要给同学们互相学习的机会。让技能较好的同学带动技能较差的同学，让他们分析焊缝质量的好坏，如何改进预防，有效做到把理论和实践结合起来，形成理论指导实践，实践强化理论的良性循环。在这个过程中，学生不断积极思考，解决实际问题，不仅能够体验到成功的喜悦，又能够熟练实验操作技能，掌握理论知识。总之，要想尽办法充分调动学生的积极性和主动性，使他们全身心投入到实验学习当中去。

2.在努力提高学生对焊接实践教学兴趣的同时，要大力提高教师队伍的实践教学能力。

实验教师既是实验教学仪器设备的管理者，又是实验室建设的直接参与者。因此实验教师水平的高低，不仅对实验室规划及建设起到决定性的作用，而且对实验教学质量的也有重要的影响。然而目前青年教师学历高、理论知识丰富，但是工厂实践经验不足，教学过程中的理论内容过于深奥、空洞，学生很难接受。学校应该多加强对高校教师的实践生产经验培训，把工厂有经验的工程师和技师请到学校辅导青年教师，同时教师也应该利用课余或假期时间去企业锻炼，真正做到焊接理论与实践结合，才能在教学过程中充分发挥自身理论优势，做到名副其实的“双师”型教师[1]。另外，在平时工作中，青年教师应注重加强自身能力的培养，要有深厚扎实的专业知识，要了解和掌握所承担专业学科的历史和现状，要不断关注本学科的新发展、新成就，还要多注重与生产实际的紧密结合，了解最新科研动态和科研成果，拓宽知识面，应该使学生了解他们所做的实验内容及实验技术的过去、现状和未来发展方向，以及其在科研、开发和生产中的作用[2]。

3.学生在完成学校的焊接实践课程的同时，通过国家的焊接职业技能鉴定使得学生获得相应的职业技能证书。

职业技能鉴定是一项基于职业技能水平的考核活动，属于标准参照型考试。它是由考试考核机构对劳动者从事某种职业所应掌握的技术理论知识和实际操作能力做出客观的测量和评价。学生通过在校的相关的焊接理论课程和实践课程的学习，具备了一定的焊接技术的理论基础和实践操作技能。通过国家的焊接职业技能鉴定，并获得相应的职业技能证书，不但能够实现对学生在校学习效果的认可，也为学生毕业以后的就业打下了良好的基础和有力的保障。通过不断地实践，我院学生在毕业前通过国家焊接职业技能鉴定并获得证书的比例在95%以上。

4.学生在学校获得焊接实践能力的同时，通过“校企合作”模式使得学生可以将学校所学与实际生产相结合，从而进一步提高专业技能。

“校企合作”的人才培养模式是培养应用型技能人才的有效途径，可使学校、企业、学生三方受益。不管学生在学校所学的理论知识或者实践有多么扎实，都与现场的实际生产有一定的差别。通过校企合作使学生在校求学期间能有机会到企业进行一定时间的现场实习，按照企业实际的生产和服务要求参加工作实践，获取工作经验[3]。对于学生来说，不仅提高了焊接技能，开阔了视野，增长了见识，同时也培养了敬业爱岗的意识和团队协作的精神。最终实现了学生与用人单位无缝衔接，拓宽了学生就业面，提升了就业率。对于企业来说，大大缩短学生进入企业的实习期，甚至可以直接上岗，为企业节约了人力培养成本。

通过上述措施，我院焊接技术及自动化专业学生的焊接实践能力获得大大的提高，通过国家焊接技能鉴定的比例在95%以上，学生的毕业率在90%以上，毕业后从事焊接的比例在90%，并且企业对我院毕业生的工作表现反响良好。

参考文献

[1]宋联美. 焊接专业人才培养模式改革的研究与实践[J]。机械， 2011， 38（12）： 32-35.

[2]崔钦华. 高校实验教学中教师的作用与学生实验能力的培养[J]. 实验室科学， 2008， （3）： 178-180.

焊接封闭箍筋自动焊接技术的研究 第7篇

目前, 建筑用钢筋箍筋大多采用开式, 接口处有两个135°拉钩式的箍筋, 拉钩长度为10倍钢筋直径, 这样的箍筋无论是自身性能、制作加工还是安装都存在不利之处: (1) 该形式箍筋未完全形成封闭式, 在强大的外力作用下未断母材之前势必会开口, 未完全发挥紧固的作用; (2) 两个拉钩的存在对钢筋的使用是一种浪费; (3) 拉钩的存在影响安装效率, 且影响了混凝土灌注进度, 可能造成振捣不均, 降低钢筋混凝土强度。在重庆、西安、贵州等地部分建筑施工工地采用焊接式箍筋, 但其加工工艺繁琐, 加工工序分散, 都是采用人工掌控焊接, 生产出的箍筋合格率低, 且占用场地大, 生产效率低, 制约了焊接箍筋的发展与推广。

为解决上述问题, 中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院与廊坊凯博建设机械科技有限公司联合研制开发一种生产焊接封闭箍筋生产线, 该生产线解决了焊接封闭箍筋加工难的问题, 代替传统的箍筋加工模式, 为焊接封闭箍筋工厂化加工提供保障, 同时该生产线采用全自动流水线作业, 减少人员操作, 大大提高了生产效率和成品质量, 降低了劳动成本和废品率。

焊接封闭箍筋自动焊接设备技术参数如下

2 工艺结构

焊接封闭箍筋自动焊接设备按照生产线模式设计, 集放线、矫直、切断、弯曲、定位夹持、焊接为一体, 设备工艺流程如图1所示。设备由程序自动控制, 焊接箍筋尺寸、数量可以设定。原料放置在原料架上, 通过导线器进入主机调直并切断, 落入弯曲主机上进行弯曲, 整形后进入焊接主机进行焊接。

1-矫直机构;2-定位对齐机构;3-弯曲机构;4-移动横梁;5-移动电机;6-定位夹持面板;7-定位机构;8-焊接机构;9-定位升降;10-定位夹持

2.1 矫直切断机构

鉴于现在已有的矫直切断技术, 我们设计矫直切断机构的外矫直机构和内矫直机构均由导线口、矫直轮、安装板构成, 外矫直机构与内矫直机构安装呈90°夹角。牵引机构由牵引轮、计数轮、牵引箱体、牵引减速机、牵引伺服电机构成, 牵引伺服电机通过减速机带动牵引轮旋转, 为钢筋前进提供动力。剪切机构由固定刀座、固定刀片、切刀刀片、动刀臂、连接臂、减速机、电机、固定座构成, 在所述的动刀臂上安装有切刀刀片, 动刀臂与固定刀座铰接, 电机通过减速机带动动刀臂摆臂, 为剪切提供动力。这种矫直切断机构的优点是在保证钢筋直线度的前提下, 不仅节约动力, 而且不会对钢筋表面产生划伤, 是一种理想的矫直切断机构。

2.2 弯曲机构

为了提高整机的生产效率, 我们设计弯曲机构由4个弯曲主机组成, 每个弯曲主机都是由弯曲轴、弯曲伸缩机构、弯曲减速机、伺服电机构成, 伺服电机通过弯曲减速机带动弯曲轴, 为钢筋的弯曲提供动力, 弯曲主机移动机构由链条链轮或齿轮齿条、张紧机构、减速机、电机构成, 电机通过减速机带动链轮链条或齿轮齿条旋转, 为4个弯曲主机移动提供动力, 实现弯曲主机的自动调整间距, 在更换加工箍筋边长尺寸时, 达到了自动调整效果, 降低了操作难度。

2.3 定位夹持机构

定位夹持机构由对开式滚珠丝杠滑台、气动滑座、整形气缸、定位气缸、定位滑块、定位滑座构成, 在对开式滚珠丝杠滑台上安装有气动滑座, 其中两个气动滑座上安装有整形气缸, 一个气动滑座上安装定位滑座, 定位滑座上安装定位气缸, 定位气缸带动定位滑块, 实现钢筋的整形定位。所述的送料机构由同步滑台、滑块连接座、滑台固定座构成。同步滑台通过滑块连接座带动整形定位机构快速移动, 将整形定位后的钢筋送入焊接机构中进行焊接。

2.4 焊接机构

焊接机构由焊接机架、电极块、焊接夹钳、铜电缆、变压器、直线滑轨、升降气缸、夹持气缸、顶推气缸构成。电极块安装在焊接夹钳上, 夹持气缸作为夹钳夹持钢筋的动力, 电极块通过铜电缆与变压器连接, 顶推气缸通过直线滑轨带动焊接夹钳横向顶推, 安装在机架上的升降气缸通过直线滑轨为电极块的升降提供动力。安装有带槽电极块的同步力臂定位焊接夹钳, 实现了箍筋端头夹持的对中, 确保箍筋焊接质量。焊接机构焊件夹钳可升降, 保证焊接箍筋入料、出料的稳定性, 实现了流水线作业。

3 设备特点

1) 克服现有技术局限, 该生产线所加工出的焊接封闭箍筋代替传统箍筋, 节约了钢材的使用率, 同时焊接封闭箍筋便于施工安装, 增加了承力柱的强度, 为焊接封闭箍筋的推广提供支持。

2) 该生产线采用PLC控制, 动力采用伺服电机, 实现全自动作业, 能够大大提高生产效率, 降低人工作业量, 该生产线可实现6个/min的加工能力。

3) 该生产线所生产出的封闭箍筋成品率高, 质量可靠, 精度高。

4) 该生产线满足多种钢筋规格和不同箍筋尺寸大小的加工, 调整实现全自动无需人工参与, 大大降低了调整时间和人工调整的误差。

5) 满足焊接封闭箍筋工厂化加工的要求, 为钢筋商品化加工配送提供支持。

4 结语

锅炉压力容器焊接自动化技术和应用 第8篇

一、膜式壁焊机

膜式壁焊机是膜式壁生产线中的核心设备,20多年来已形成气体保护焊接及埋弧焊接两大膜式壁焊机系列,形成以哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂为主导的采用气体保护焊接工艺,以及以上海锅炉厂、武汉锅炉厂为主导的采用埋弧焊接工艺的两大模式,也有两者兼有的,如北京巴威公司。为了提高设备的生产能力,目前我国膜式壁气体保护焊机的焊枪数最多达20头,国外最大达44头;膜式壁埋弧焊机的焊枪数为12头。其结构形式包括管屏移动、焊枪不动的机床式焊机;焊枪移动、管屏不动的用于拼排的龙门式焊机以及简易的拼焊小车等形式,两类焊机的性能比较如表1所示。

目前,我国膜式壁生产能力已基本上满足需求,但与国外相比,在自动化管理方面还存在一定的差距,基本上依靠人工操作,占用较多的人力,劳动条件较差。应从自动化监控、物流等方面进一步开发,进一步提升膜式壁生产的自动化程度。

二、直管接长焊机

随着自动化程度的提高以及确保焊接质量,对管子的预处理有了新的要求,整线由PLC控制,实现自动化生产。 其中,管端数控倒角机是关键设备,能在旋转及轴向进刀的过程中,径向自动进刀,可根据要求,编制相应的切削程序,快速、优质地倒出各种形状的坡口,与手动、成形刀倒坡口相比,其自动化程度高。坡口表面光洁度高,尺寸的重复精度好,对稳定焊接质量起到重要作用,是管子端面倒角的理想设备。

三、马鞍形焊机

随着锅炉及压力容器新产品的开发,出现一些偏交、斜交以及两圆柱体直径接近的相贯接头,现有的机械式马鞍形焊机无法实现这种空间曲线运动,也解决不了由于环缝上下坡度大,使得熔池不可控,导致焊缝成形差、质量差的问题。 其根本的途径是采取数控的方法,解决以上两个问题:

1、建立数学模型,根据输入的参数,如两管直径、偏交距、斜交角,计算出运动轨迹,使焊枪作相应的空间曲线运动。

2、通过主管与焊枪的同步运动,实现焊接部位始终处于水平位置,有利于焊接,确保焊接质量,是解决两直径相接近的相贯接头焊接质量问题的最好的办法。

根据不同的接头形式及焊缝坡度,可以选用不同形式的数控马鞍形焊机:四轴数控马鞍形焊机。

四、集箱环缝TI自动封底焊接工作站

集箱环缝TI自动封底焊接工作站由浮动式动力头、四台无动力滚轮架(其中两台带液压升降功能,用作对口)、 一套四轴数控运动机构,钨极与焊丝同步摆动的窄间隙热丝TIG焊枪,TIG及热丝电源和控制系统组成。

该套焊接工作站主要的特点是:

1、焊口组装对位后,不点焊,采用冷丝TIG焊工艺,一套四轴运动机构,实现焊枪作圆弧、向心等速运动及弧长跟踪(AVC),先焊120。弧长,使两侧工件连在一起。

3、焊枪不动,工件转动,继续焊完剩下的2400弧长。

3、采用热丝TIG焊,继续进行填充焊,为了达到一定的焊缝宽度及保证焊缝侧壁融合良好,专门设计的钨极和与焊丝能同步摆动的窄间隙TIG焊枪,适用的坡口范围大,使填充层焊缝厚度达到6 mm以上,以满足埋弧自动焊的要求。

4、浮动式动力头,能适应工件轴向跳动,无轴向窜动。 交流伺服电机驱动,回转速度平稳,这对封底焊尤为重要。

5、采用PLC、四轴运动卡、触摸屏及交流伺服控制,人性化及自动化程度高。

五、集箱短管接头自动埋弧焊机

集箱短管接头焊机,包括内孔TIG封底焊机及短管接头角焊缝自动埋弧焊机。该设备由悬挂式焊接接头、埋弧焊机、气动式平衡吊及可移动小车组成,悬挂机构上带有一个随动机构,即使焊接过程中集箱变形,也能很方便的把机头的芯轴插入接管内准确定心。在待焊的集箱工位上,按一定的间距,可摆放若干台接头同时进行焊接,从而,可缩短焊接周期。

六、窄间隙埋弧焊机

用于焊接厚板的高效优质窄间隙埋弧焊机已在我国应用多年,机械式的焊缝跟踪及导电嘴的导电性有待进一步改进。

1、激光跟踪

激光跟踪是一种高新技术,采用激光摄像头,通过图像判别,实现对焊缝的跟踪,己成功地应用于多种焊接自动化的场合。但由于受激光头性能的限制,激光头距工件表面距离限制在200 mm以内,跟踪深度一般也只有100 mm左右。因此至今还没有一种激光跟踪系统能用于窄间隙深坡口的跟踪。

2、窄间隙焊枪

窄间隙焊枪要具备摆动和可靠导电两种基本功能。

3、控制系统

采用由PLC、触摸屏,AC交流伺服组成的控制系统,通过触摸屏进行人机对话,能很方便、直观地设定监视工作模式及各轴运动状态规范参数,控制系统具有如下功能: 自动、半自动及手动三种工作模式;焊枪自动找中及到位; 自动排焊道及焊枪自提升;焊接过程中规范参数及焊枪位置实时微调;诸如焊枪摆角、至侧壁的距离、焊接电流、电压、焊接速度等参数均可实行点动微调。

七、管道预制焊接工作站

管道预制焊接工作站主要的特点是:

1、中空开启式夹紧回转装置。

2、快速MAG焊封底技术,解决了优质高效的自动封底焊。

3、由PLC、触摸屏及交流伺服组成的控制系统,可预置及监控焊接规范参数及焊接程序,人机对话方便,自动化程度高。

八、堆焊

用于筒体、管子内壁、及管板等部位的堆焊设备众多, 焊接工艺有埋弧、电渣堆焊、MAG焊及热丝TIG堆焊等,焊接材料有带极、丝极及药芯焊丝等。

九、结论

近些年来,通过引进及自主创新,我国锅炉及压力容器行业的自动化焊接水平有了较大幅度的提高,为我国能源高速发展及走向国际市场作出了贡献。与国外相比,我们在自动化程度及推广应用等方面还存在一定的差距,还需要我们广泛的合作,发挥各自的优势,共同为提升我国焊接自动化水平而努力。

摘要：锅炉、压力容器是我国的重要基础工业之一,是体现我国工业水平的一个重要标志。为了适应我国能源工业的飞快发展,一些锅炉主导企业与国内焊接设备制造专业厂家在解决高容量、高参数锅炉中出现的耐热、高强材料的焊接质量和生产能力的过程中,采取各种方式的合作,走引进消化吸收再创新道路,提升了自身研发能力,逐渐进入了自主创新阶段,并形成了自己的特色。开发制造出一批自动化水平高、质量优异的锅炉、压力容器专用成套设备产品,提供给锅炉、压力容器厂家并实现出口,提升了我国锅炉及压力容器行业的自动化焊接水平,为我国能源高速发展及走向国际市场作出了贡献。

论自动化焊接设备的预检修 第9篇

自动化焊接设备在工作3~4年后, 会出现故障率增高的趋势。如故障发生在铣切或焊接过程中, 会直接影响到产品的质量。因此, 对设备进行预防性检修, 不仅可以提前发现故障, 避免设备故障对产品生产周期和焊接质量的影响, 还可以大幅度降低设备维护费用。

2 预检修解决的问题

预防性检修可提前发现设备状态异常, 在故障表象出现前对设备状态进行修复。通过状态修复, 可以解决下面问题:

(1) 设备故障率高。企业里自动化焊接设备多为非标设备, 在系统稳定性上低于常规及标准设备, 设备常会呈现出较高的故障率。而采用预检修, 可将部分设备故障造成的停机时间转变为设备计划维修的时间。计划维修时间可安排在生产间歇期进行。这样在整体故障时间不变的情况下, 既降低了故障停机时间, 也可降低设备故障率。例如, 某焊接设备在运行中, 在多次焊接过程中出现了不跟踪现象。根据此特征以及统计故障规律, 设备管理部门每季度采用预检修措施, 提前检查与不跟踪现象相关部件, 提前发现异常情况并予以处理, 降低了该类设备的故障率。

(2) 提前更换或购置即将损坏备件, 避免在工作过程中备件突然损坏, 因等待备件到厂而影响生产周期。

(3) 进行参数校准, 避免焊接设备内部参数变化引起实际焊接状态的变化, 从而保证焊接实际状态与工艺参数的一致性。

(4) 避免影响产品质量。对企业里的焊接设备来说, 工序分为铣切、装配和焊接。铣切的作用一是形成焊接装配面, 二是除去氧化层。铣切完成后对铣切好的两个或两个以上的焊接工件进行装配, 以达到焊接状态。装配完成后再进行焊接工作。

如果在铣切或装配过程中发生故障, 将会造成铣切或装配中断。维修时需要重新进行复位或关机重启, 甚至拆除工件等。在自动化焊接设备中, 自动夹紧装置会随着复位或关机重启而出现松动现象, 产生工件装夹位置移动, 很难保证故障前后两次铣切的一致性, 而最终影响焊接前的工件配合质量。

如果焊接过程中焊接设备发生故障, 将会造成焊接过程中断等一系列问题。在中断过程中除可能造成上面所述问题外, 焊接的中断还可能造成局部焊接应力过大, 甚至打洞、裂纹等缺陷, 致使工件报废。

3 预检修的内容

3.1 设计参数偏移

(1) 接地电阻阻值的变化。

(2) 焊接地线、焊接正极的阻值变化。例如, 在某厂焊接设备上, 经常出现焊接地线随使用时间增长, 电阻增大的情况。随着电阻增大, 就会出现焊弧不稳、起弧困难造成的频率跟随明显增长等问题。

(3) 焊机最高输出电流的变化。

(4) 输出电流的稳定性差。

(5) 焊接时焊接水线缆温度的变化。焊接水线缆会随着使用年限的增长出现老化, 水线缆内部的电阻也不断增加, 从而导致水线缆的发热量不断变大, 相同焊接电流下的各部分的温度不断变高。周期性监测水线缆正常工作电流时的最高温度, 可提前预知是否即将达到水的临近沸腾状态, 提前进行水线缆更换等, 避免焊接中出现爆裂, 对焊接质量造成影响等问题。

(6) 送丝最高速度和最低速度的变化。

(7) 弧压控制器各参数的变化。

3.2 功能检验

(1) 弧压采集线缆阻值的变化。

(2) 冷却水箱中的水量、水质检查, 以及过滤网检查等。

3.3 计量参数校验

(1) 焊接电流的数值校验。

(2) 焊接电压的数值校验。

(3) 弧压控制器弧压数值校验。

(4) 水流量校验。

(5) 气流量校验。

3.4 备件及元器件老化

(1) 起弧试验。

(2) 冷却能力试验。

(3) 焊接水线缆和焊接回路线缆保护层检查。

(4) 焊接水线缆和焊接回路线缆阻值检查。

4 检修数据的统计处理

(1) 每季度对正常焊接状态下水线缆的最高温度进行检测监控, 并做成趋势图, 形成焊接水线缆温度状态报告。

(2) 每季度对焊接水线缆和焊接回路的阻值进行检测监控, 形成焊接水线缆和焊接回路阻值状态变化报告。

(3) 每季度对焊接水流速度进行监控。

(4) 每年对接地电阻进行测量, 检测接地电阻变化情况。

(5) 每年对弧压控制器回路阻值、工况弧压值、焊接电流和电压等进行检测监控, 确认数值未发生变化。

5 数据分析与原因定位

通过对数据统计处理结果进行分析, 从中找出问题发生的原因。见表1。

6 故障定位与预维修实施

(1) 定位故障原因后, 对故障原因指向部位进行检查。通过参数调整或零部件更换后, 使超范围参数或异常功能恢复到正常状态, 即可确认该点为故障点。

(2) 焊接设备多为老化型故障, 出现故障后, 一般进行参数调节或零部件更换后即可得到修复。

7 总结

通过对设备状态进行预检修, 可达到故障被提前发现的目的。特别是在计划性要求较高地企业, 错开检修和生产周期, 在生产周期间歇期进行预防性检查和修复, 将会大幅降低设备故障对生产周期的影响。

摘要：针对自动化焊接设备预检修建立的必要性以及预检修实施的策略与方法, 对生产计划性要求较高企业, 可以错开检修和生产周期的时间, 利用生产间歇进行预防性检查和修复, 能大幅降低设备故障对生产周期的影响。

浅谈自动焊接在机械焊接中的应用 第10篇

随着科学技术的快速发展, 人们来越认识到先进工艺和现代化设备对改善产品质量、提升生产状况所起到的重要作用。此外, 通过引入先进高效的生产加工工艺能够有效削减生产成本。我国以焊接技术为核心的桥梁、机械加工制造行业, 也一直在努力应用和吸收国际先进的机械焊接工艺和设备。通过先进的焊接技术, 不仅增强了机械产品的质量, 降低了生产成本, 还能够在一定程度上改善生产环境。世界范围内的发达国家, 结合自身的发展情况, 在机械焊接中使用了一些先进的全自动焊接技术, 缓解了劳动力相对紧张、企业人力成本支出费用较高的现实情况, 也使焊接质量以及企业的生产能力保持在有利的竞争位置, 获得了十分可观的经济效益。然而对于我国机械焊接行业来说, 劳动力相对更为充裕, 但是人员的整体素质不高, 再加其他客观原因, 不宜完全照搬发达国家的生产模式, 而应结合我国的行业情况, 采用符合我国机械焊接行业实际情况的焊接技术。焊接环节上焊丝自动更替、焊机设备的自动移动等技术, 都属于自动焊接的范畴。无论是产品的焊接质量, 还是能源和焊材消耗方面都显示了巨大的经济优势。

1 自动焊接化技术符合机械焊接行业发展需求

经过多年的发展, 焊接技术逐步发展为综合性的高科技制造方法。焊接技术在不同行业的应用范围也日益广阔, 尤其是在一些技术含量较高的装备生产加工中更是扮演着不可或缺的角色。我国焊接行业的用钢量早在5年前就突破了2亿t大关, 一跃成为世界第一位, 成为世界范围内的焊接大国。机械焊接的自动化符合我国机械焊接行业的发展需求, 主要体现在下列几个方面: (1) 从成本的层面上来说, 自动化焊接设备有着更佳的使用效率, 在人力成本逐步高涨的今天, 能够有效地缓解生产企业在人力成本投入上的压力。 (2) 焊接工艺特别是弧焊在我国制造加工行业也被公认为是对工作者有害的工种。由于在手工完成焊接工作时, 弧焊作业产生的弧光和高温辐射会对人体造成影响, 同时焊接工作劳动强度高, 容易使工作者疲劳, 无法长时间进行高强度的连续工作。 (3) 随着焊接技术加工制造的产品向重型化、精密化的方向发展, 机械生产中对焊接工艺的技术含量和焊接质量的要求也更为严格, 传统的手工焊接操作逐步无法满足实际的生产需求。此外, 手工操作效率不高, 并且焊接质量的稳定性欠佳, 也经常出现无法按期完成生产任务或是无法保障产品质量的情况。 (4) 随着机械加工和制造行业全球化趋势的到来, 焊接设备和焊接工艺的好坏也直接决定了企业核心竞争力的强弱。

2 自动化焊接设备的优越性

自动焊机在工程机械加工中有着显著的优越性, 自动焊机具有专业性特点, 可以针对不同的焊接结构件及焊接工艺需求进行专门设计制作, 具有很强的灵活性和实用性。工程机械焊接结构形式复杂, 焊缝形式多样, 对焊接工艺的要求相对较高。因此, 自动焊机成为工程机械制造行业的必要装备, 具有很强的应用优势。

(1) 专业性、实用性强。自动焊机可针对不同的焊接工艺需求、焊接操作过程及工序、焊接结构形式进行专门设计。比如:针对气保焊、埋弧焊、激光焊接制作相应的自动焊机;针对机器人焊接、手工焊接制造相应的焊接变位专机;针对车架类结构、转台类结构及臂架类结构设计相应专门焊接设备。通过专门设计的自动焊机, 针对相应的工作需求及工人的操作习惯设计, 操作简单方便, 工作稳定可靠, 具有很强的实用性。

(2) 操作性、维护性好。由于自动焊机是针对某一焊接工艺、操作及焊接结构形式专门设计制造的, 其功能形式相对单一, 设备整体结构形式相对简单, 使用者易于了解设备内部结构及操作性能, 因此便于操作工人熟练操作、维护设备。

(3) 经济性、可靠性高。目前, 专门制作自动焊机的厂家日益增多, 其对各种焊接工艺、焊接操作及焊接结构均有专门的研究, 相关技术及配套技术已相当成熟, 普通轨道、交流电动机驱动即可满足要求。设备可靠性高, 而且整体设计制造成本低廉, 造价一般在20万~50万元之间, 比起动辄上百万元的焊接机器人工作站, 在对产品外观、实物质量要求不太高, 工人技能有限的机械企业, 仍然是非常有吸引力的。因此, 自动焊机在工程机械行业中具有很强的经济实用性。

3 我国自动焊接在机械焊接中的应用现状

山推机械工程股份有限公司是国内大型工程机械生产和加工行业的龙头企业, 其自动焊接的应用方面在国内同行中处于领先地位, 早在20世纪90年代, 就已经开始应用焊接机器人和自动化焊接专机。山推机械工程股份有限公司对自动焊接技术的应用实例, 证明自动焊接有效地改善了企业的生产效率, 也转变了机械焊接行业的一些传统观念。最初在设计和制造焊接专机时, 往往都是由机械加工企业自行完成, 焊机的结构简单, 功能单一, 无法很好地满足机械加工多样化的需求。在应用焊接机器人的初期, 也出现了一些错误, 例如没有充分利用焊接机器人的灵活性。此外, 最早的一批原装进口焊接机器人不但价格高昂, 配件的兼容性也较差, 使用成本高。随着国内焊接机器技术的发展, 机器人系统的性价比得到了提高。自动焊接技术通常应用在焊缝开放性好, 并且对焊缝要求十分严格的产品上, 例如车架后段自动焊接时, 工作体系由双机器人同时进行, 双机器人一个对工件焊接加工, 另一个进行上料或补焊的工序, 这种模式有效提升了生产效率。目前应用的焊接机器供应商主要有IGM、昆山华恒、唐山开元等。

4 工程机械加工制造中自动焊接技术的发展趋势

对于推土机、挖掘机等工程机械制造生产而言, 结构件是最为主要的部件, 结构件的制造对工程机械生产十分重要, 自动焊接在工程机械生产的应用前景十分广阔。笔者认为, 自动焊接在工程机械加工制造行业的发展趋势主要有下列几个方面:

(1) 随着工程机械制造行业的发展, 客户对焊接质量的要求更为注重, 生产企业对自动化焊接加工需求量也更大, 以期让焊缝质量更为稳定, 因此, 对自动焊接设备数量的需求也更大。此外, 由于焊接自动化机器设备在工程机械焊接加工中广泛的应用, 必然需要让焊接结构设计和制造标准更为统一, 以方便焊接机器进行自动焊接。

(2) 焊接技术在工程机械加工制造、汽车船舶制造、电力设备加工、建筑等行业都有着广泛的应用。自动焊接技术正向着更高质量的方面发展。焊缝自动跟踪技术成为了其发展的热点。焊缝跟踪涵盖了多学科的技术, 包括电子计算机、结构、材料、焊接、流体等多个领域, 焊缝跟踪推动了自动焊接技术的发展, 不仅提升了产品的加工精度, 更显著减少了自动焊接工作的前期准备工作。

(3) 工程机械加工中, 自动焊接向着智能化发展方向不断前进, 自动焊接机器人和焊接专机等其他硬件设备的不断发展, 使得工程机械焊接加工更为智能。智能自动焊接系统的发展使得我们实时控制和监管自动焊接产品质量成为了可能。

5 结语

综上所述, 自动焊接技术在机械焊接领域的应用也会被越来越多的机械生产加工企业所重视。当然我们也应该正视我国自动焊接技术应用中的一些问题, 积极学习和引入国外自动焊接的先进技术, 并结合自身的实际发展情况, 有针对性地应用, 以期更好地推动我国机械焊接水平的提升。

摘要：主要分析了自动焊接技术对我国机械焊接行业发展的推动作用、自动焊接设备的优势及其应用现状, 并对自动焊接技术的发展前景作了简单的预测。

关键词：自动焊接,机械焊接,应用

参考文献

[1]陈淑慧.焊接方法与设备[M].北京:高等教育出版社, 2009

[2]王绍霞, 徐国军, 张海涛.浅谈压力容器焊接质量控制措施[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2011 (2)

[3]周利平, 韩永刚.我国焊接自动化技术现状及发展趋势[J].科技信息, 2011 (19)

[4]任廷春.弧焊电源[M].北京:机械工业出版社, 2000

[5]杨光.焊接自动化技术的现状与展望[J].现代制造, 2004 (11)

[6]佟欣.中国焊接自动化技术现状与展望[J].现代制造, 2002 (18)

[7]焦向东, 周灿丰.石油石化装备焊接自动化应用现状与发展趋势[J].金属加工, 2012 (4)

[8]李宪政, 于中涛.焊接机器人在工程机械行业的应用[J].金属加工, 2008 (18)

[9]宋敏霞, 胡贤飞.压力容器焊接自动化技术的现状与发展[J].科技创新导报, 2010 (31)

自动化焊接 第11篇

关键词：工程机械制造；自动化焊接设备；应用

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0067-02

随着焊接加工工艺以及自动化控制技术的不断发展与完善，工程机械制造领域中原有的工作模式已经无法适应本行业设备、工件焊接加工的实际需求。严重滞后的焊接技术导致工程机械制造效率大打折扣，焊接质量无从得到可靠保障。而将焊接技术与自动化技术相结合的自动化焊接设备自出现以来逐步发展，近年来被广泛应用于工程机械制造领域，取得了满意的效果，在提高生产效率、替代传统人工焊接模式、提高焊缝质量等方面均有突出意义与价值。本文即重点对自动化焊接设备在工程机械制造领域中的运用问题展开探讨与分析。

1 自动化焊接技术优势

自动化焊接技术可以说是近年来工程机械制造领域研究的热点与主流方向。自动化焊接技术应用于工程机械制造领域中，表现出了以下几个方面的性能优势。

1.1 质量水平高

机械组是自动焊接中非常重要的构成部分，由数字电子系统对执行程序进行全自动控制。在机械制造中，自动化焊接设备所使用的电流高、热量集中，对提高电弧穿透性能以及增加焊接点额速度有重要意义，因此与传统意义上的手动焊接模式相比，自动化焊接设备的应用能够显著提高焊接制造的生产效率。同时，由于整个焊接过程以及焊接设备的运行均通过自动化控制系统实现，因此焊接速度、焊接范围的控制均非常理想，也可根据工程机械制造加工的实际需求自动调节焊接参数，得到质量水平高的焊接成果。

1.2 技术水平高

在现阶段的工程机械制造领域中，各类非金属材料、薄壁材料、精密零部件材料在焊接加工的过程中均广泛应用自动化焊接设备。自动焊接设备通过应用激光焊接等前沿技术的方式，焊接加工中的接缝宽度小、深度高、加工部件变形可能性低，因此对技术要求较高的焊接加工作业有良好的适应性。除此以外，在自动化焊接设备加工过程中，电弧大量集中于焊剂层下方，热量散失风险小，因此还具有节约加工原料消耗以及节能环保的综合效益。

2 自动化焊接设备性能特点

在当前的工程机械制造领域中，自动化焊接设备最为显著的特点与优势表现在以下几个方面：

其一，应用自动化焊接设备能够使工程机械制造企业的生产效率水平得到显著提高；

其二，自动化焊接设备支持下整个焊接工艺过程的可操作性以及可控制性得到了显著提升，从而有助于保障工程机械制造与生产质量的稳定、可靠；

第三，通过对自动化焊接设备的应用能够从根本上替代传统的人工焊接模式，在降低工作强度的同时能够有效避免焊接加工工艺过程对工作人员人身安全所造成的不良影响。

自动化焊接设备应用于焊接加工工艺能够达到真正意义上的焊接无断弧状态（而人工焊接模式下的焊接断弧达到500.0 mm以上），因此提示在工程机械制造领域中，应用自动化焊接设备能够对焊接加工中的技术细节实施更加有效与科学的控制，在提高所焊接加工产品、工件力学性能方面也有非常重要的意义与价值。

3 自动化焊接设备结构及技术要求

在近年来，工程机械制造领域中对自动化焊接设备的应用呈现出了非常高速的发展趋势，技术发展也日趋成熟，促进了自动化焊接工作站的形成与应用推广。一套完整的自动化焊接工作站主要包括以下几个关键部分。

3.1 主体及控制器

主体以及控制器是自动化焊接工作站的核心部分，其中主体结构多为6轴关节型，有以下基本条件：①工作寿命≥15 a；②材料无放射性，且具有耐腐蚀性特点；③结构为刚性坚固式。自动化焊接主体驱动动力通过交流伺服电机实现，位置信息搭载路径测量系统实现，动态特性良好，能够确保焊接作业精度符合设计要求（实测重复定位精度在±0.1 mm范围内）。整个自动化焊接设备控制系统引入全数字化技术，以现场总线连接，控制功能通过工业数字化控制器实现。由于整个控制系统受配电系统电磁干扰的影响小，因此在设备焊接中具有良好的再现性优势。同时，控制器内其他相关设备（如操作系统、电控柜等）均应当加强防尘措施，确保其运行性能可靠（条件允许时可以增设专门控制室）。

3.2 焊接电源

为确保自动化焊接设备性能的安全可靠，在焊接电源的配置上优选选择具有全数字式特点的逆变脉冲焊接电源。同时，电源应当与控制系统间具备良好的接口支持，同时具有焊接专家参数、参数数值显示等相关功能。焊接参数可经由示教器输入，并根据焊接操作的具体要求在线进行参数修正，以确保焊接质量达到满意状态。同时，结合机械制造领域设备焊接的性能要求来看，与手工焊接工艺相比，在自动化焊接中所选用焊丝以及焊接电流规格均高出一个等级，因此在选择焊接电源时还应当满足电流下暂载率达到100%这一要求。

3.3 外部轴行走机构

在针对大型工件的焊接加工操作中，为扩大自动化焊接设备的工作范围，多需要在设备外部配备行走机构，即俗称的龙门架。外部轴行走机构由主体自动化控制系统进行控制，焊接接头以倒挂方式装设于行走机构上，显著提高了焊接枪的覆盖范围。同时，通过引入伺服电动机的方式能够保障焊接枪的性能可靠与理想。

3.4 传感系统

在自动化焊接设备中，传感系统的配置应当实现电弧跟踪、激光跟踪、以及焊丝接触寻位这三个基本功能。其中，电弧跟踪传感器应当实现的功能是：在焊接期间焊枪于预设范围内摆动，通过对焊接加工电流、电压参数变化的检测，实现对实际焊缝与编程位置偏差的在线、自动修正；激光跟踪应当实现的功能是：对自动化焊接设备在运行环境中可能受到的烟尘、飞溅、高频电磁、反光等干扰性因素进行有效控制；焊丝接触寻位传感器应当实现的功能是：在自动化焊接设备焊接加工过程中寻找各条焊接接缝的起始点位，且应当在寻位过程中剔除工件表面油漆等因素的影响，确保起始点位定位的准确与可靠。

3.5 焊接变位机及夹具

为了最大限度的确保工程机械制造中应用自动化焊接设备可使焊接接缝处于平焊或船形焊位置，在当前的自动化焊接设备中大多带有焊接变位机装置，变位机所配置的各个回转轴作为自动化焊接设备的外部轴系统，能够在焊接加工的过程中实现与自动化焊接设备的协调交互式运动，同时所设置变位机的高度也应当综合考虑工件装卸是否方便与有效。同时，夹具应当具有充分的刚性水平，建议在自动化焊接中尽量选用具有快速夹紧功能的机构，确保工件在夹持焊接的过程中不出现变形问题，且夹具上的装卸时间应当尽量短。

3.6 操作软件及弧焊软件包

自动化焊接设备中所配备的操作软件以及弧焊软件包应当具备以下几个方面的功能，以确保焊接设备自动化性能的良好实现：

其一，操作软件及弧焊软件包外部轴能够与自动化焊接设备实现联动控制；

其二，能够支持动态传感与跟踪功能的实现；

其三，能够实现对焊接参数的动态实时调整功能；

其四，能够支持多种焊接工艺技术的实现与灵活切换，包括断点续焊工艺、多层焊接工艺、以及多道焊接工艺等在内；

其五，能够支持整个焊接设备的自诊断与保护功能实现；

其六，配置有充足的多功能接口，能够实现与相关外部设备的可靠连接。

4 结 语

在机械制造产业快速发展与升级的背景下，焊接设备的革新与发展也取得了非常显著的成效、进步。通过将自动化技术与焊接设备的结合，能够使焊接工艺精度更高，焊接过程更加可控，焊接效果更为理想。同时，加大自动化焊接设备的应用与推广力度还能够使整个机械制造产业的发展更具前景，发展方向更加明确。本文对工程机械制造领域中自动化焊接设备的运用问题展开探讨与研究，对自动化焊接技术的应用价值进行分析，并总结自动化技术发展背景下自动化焊接设备的性能特点以及结构、技术方面的要求，望能够更好的发挥自动化焊接设备的综合应用优势，以促进工程机械制造自动化水平的发展与提升。

参考文献：

[1] 汤世松，仲太生，詹俊勇，等.压力机机身自动化焊接控制系统设计[J].锻 压装备与制造技术，2014，（5）.

[2] 余稳胜，张国良，陈健华，等.自动扶梯桁架机器人自动化焊接系统设计 [J].制造业自动化，2013，（24）.

[3] 薛瑜，聂晓根.高效旋压带轮轮毂与轮轴数控焊接机床研制[J].制造技 术与机床，2014，（9）.

[4] 刘进球.激光电弧复合光纤自动化焊接系统中T型低合金钢焊接头的 开发[J].电焊机，2015，（10）.

四轴相贯线自动化焊接设备的研究 第12篇

关键词：四轴相贯线,自动化焊接,I/O控制,PID

0 引言

在工业生产和应用领域里, 由于圆柱形管件被广泛采用, 经常会有大量圆形管件需要焊接。例如液压回路和气动行业里广泛采用的三通结构, 就是由两圆形管件焊接而成的, 为了保证焊接处的质量, 首先必须求得两管相接处相贯线的轨迹, 以便先加工出相贯线孔和相贯线端头后方能正确焊接。由于两圆形管件相交的相贯线是一条空间曲线, 其计算和测量都比较复杂 (特别是两管斜相贯时) , 传统的人工焊接方法不但劳动强度大、对工人技术水平要求较高且很难保证生产效率和焊缝的质量 (GB/T1246Ⅲ级) 。计算机控制的多轴自动化焊接系统可以精确地实现对相贯线的插补, 并能在焊接过程中接收反馈信号, 实现对焊接过程的实时监测, 从而能保证较高的质量和精度, 因此在相贯线焊接中引入计算机控制的自动化圆柱体相贯线焊接设备是十分必要的。

考虑到相贯线焊接过程中需要多个轴相互配合, 选择一种行之有效的控制系统是十分必要的。目前针对复杂相贯线焊接的伺服运动控制技术的研究较少, 而已有的数控机床[1,2]存在功能单一以及柔性与通用性较低的技术缺陷, 而采用专用的多轴运动伺服控制卡这种依托硬件完成复杂算法的方案则成本较高。

基于相贯线焊缝的空间曲线数学模型, 考虑到焊接过程较慢而计算机处理速度较快, 本研究利用直线段插补拟合焊缝曲线的原理, 通过采用数字I/O卡和步进电机构成的伺服控制系统来实现空间相贯线焊缝的焊接。

1 相贯线轨迹数学模型和分析

完成空间相贯线焊缝的自动焊接, 控制系统需要跟踪相贯线轨迹进行控制, 因此首先需要构建相贯线接缝的数学模型。两圆管相交, 一般有4种情况:正交、斜交、偏置、斜交偏置, 4种情况分别对应着形状不同的相贯线。

本研究论述的四自由度相贯线焊接设备是针对常见的三通研发的, 因此只需要考虑两圆管正交情况下的相贯线数学模型, 在Matlab仿真和CATIA三维模型下的正交相贯线轨迹仿真与模型如图1所示。

两圆柱管相贯线是两圆管的交线, 因此相贯线的方程是相交两圆管的方程求交, 坐标系模型如图2所示[3]。

相贯线表达式如下:

式中:φ—平面z=0截得a管界面参数角, φ=2πnt;n—工件绕z轴周转的速度;t—工件绕z轴周转的时间。

相贯线看成是在支管上圆周运动和升降运动的合成, 因此相贯线的焊接是由工件的旋转和焊枪的跟踪摆动相配合完成, 焊枪跟踪运动方程如下式所示:

由上式可见, 跟踪位移为Z, 即只需作Z方向的移动, 移动速度u如下式所示:

由上式可知, 在焊接过程中, 焊枪和Z轴夹角一直在随动变化。而且研究者在解析出管道相交相贯线方程后, 可以求出相贯线焊缝每个焊点的位置坐标, 在焊接过程中, 可以使焊枪的位置得到精确的控制, 从而保证了焊缝的焊接质量。

2 焊接机床结构及工作原理

焊接设备的总体结构方案的制定需要综合考虑多种因素, 如焊接环境、工件结构、焊缝姿态、焊接工艺要求以及焊接设置中的装配结构等问题。目前, 工业自动化设备按坐标类型来分主要有4类:直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型和多关节型[4]。

由前文所述, 相贯线焊缝可以看作是在支管上的圆周运动和升降运动的合成, 根据上述4种坐标类型设备的特点并且综合考虑设备的使用要求、机械结构的稳定性以及计算机控制的简单性, 将直角坐标型和圆柱坐标型优点结合起来组成的自动化设备能够较好地满足三通的相贯线焊接要求。该综合型设备具有整体结构紧凑、运动直观、刚度好和精度较高等优点。

该设备采用直角坐标型和圆柱坐标型结构的结合, 其旋转副可以实现相贯线整周运动, 纵向直线移动副可以实现相贯线上各点高度变化, 横向运动副可以适应支管不同管径的变化, 运动直观明了。从直角坐标和圆柱形坐标结构的解析式来看, 各个方程均有单变量控制, 各个驱动环线性化控制, 避免了出现互相耦合的情况, 能够使得位置的控制算法较为简单。综上所述, 针对相贯线焊缝的特点来说, 使用直角坐标和圆柱坐标的综合性结构更具优势。

本研究论述的相贯线焊接系统是用于焊接固定直径三通管件的, 通过预留尺寸的设计可以减少一个水平方向上的自由度, 完成该相贯线焊缝需要4个自由度, 系统结构简图如图3所示。

工作前, 研究者先将三通管体进行点焊固定处理, 然后通过三爪卡盘将管体固定到焊接设备上, 夹

自由度1—直线移动副, 可以带动装夹焊枪的装置做横向运动;自由度2—直线移动副, 可以带动装夹焊枪的装置做上下运动;自由度3—转动副, 可以驱动焊枪摆动;自由度4—转动副, 可以夹持旋转工件。

持好工件后, 进行复位操作, 通过水平x轴运动机构和竖直z轴运动机构的配合运动, 夹持焊枪的悬臂运动到预先设定好的零点。焊接过程中, 相贯线轨迹的插补是通过多个轴按照事先确立的数学模型联动来实现的, 运动过程可以看成是两个主要动作的合成: (1) 当前焊点沿相贯线轨迹的匀速运动; (2) 通过摆动调整焊枪的姿态。

4个电机均选用可以细分驱动的混合式步进电机[5,6], 以降低成本, 步进电机由驱动器驱动控制, 驱动器通过接驳在PCI插槽上的、相对价格较低的通用I/O板卡控制各步进电机运转的方向和速度。

3 伺服控制的实现及控制环PID的调整

3.1 伺服控制的实现

综合多方面考虑, 该系统的伺服运动控制部分采用的是国内一家公司的可编程多轴运动控制卡ADT836, 该卡是一款基于PC104总线的高性能伺服/步进控制卡, 位置可变环形, 可以在运动中随时改变速度, 可以使用连续插补等先进功能, 通过数字信号处理器 (DSP) , 以及灵活地支持VB、C++等高级语言编程, 最多可以控制6轴同时运动且6轴均有位置反馈输入[7]。伺服系统与步进电机系统连接示意图如图4所示。

考虑到驱动器性能和兼容性等多方面因素, 该系统的步进电机驱动器选用众为兴公司的Q2BYG403MD二相混合式步进驱动器。该型号驱动器是基于交流伺服原理控制的两相全数字混合式步进电机驱动器, 它采用先进的DSP控制芯片和独特的控制电路, 细分精度高、具有反电动势EMF补偿功能, 且具有很好的过压、短路保护功能。

由前面建立的相贯线数学模型可知焊接过程中各轴的运动关系, 从而可以进一步确定各轴脉冲当量或者旋转步距角, 自动选择合适的步进电机驱动细分数, 可以求取各个步进电机的脉冲数Pi (i=x, z, A, B) , 本研究运用C++语言对运动控制卡进行编程, 将求得的脉冲数储存在相应的数组变量中。实时焊接时, 计算机直接从数组变量中读取各轴步进电机运转的方向与脉冲数, 通过ADT836向步进电机驱动器输出方向控制信号和脉冲信号, 这样可以驱动各轴步进电机按照要求旋转, 使焊枪沿着相贯线焊缝匀速运动, 进而获得符合精度要求的相贯线焊缝。

3.2 系统控制环PID的调整

传统的伺服系统是根据反馈控制原理来设计的, 很难达到无跟随误差控制, 也很难同时兼顾高速度和高精度的要求[8]。PID控制是按照偏差的比例 (P) 、积分 (I) 、微分 (D) 组合而成的一种基于误差的控制规律[9]。该焊接设备采用ADT836六轴控制卡为核心控制器, 该卡能支持“PID+速度/加速度反馈+NOTCH滤波”的控制环算法, 用户可以根据实际使用要求来调整其中的相关参数。除此之外, 它也支持笔者自己编写的伺服算法, 可以通过在算法中引入前馈控制, 组成反馈-前馈复合控制系统, 从而极大地提高位置控制精度[10]。ADT836控制算法原理图如图5所示。

Kp—比例增益, Kd—微分增益, Kvff—速度前馈增益, Ki—积分增益, IM—积分模式, Kaff—加速度前馈增益

4 系统误差分析及误差补偿方法

在工业应用中, 运动系统的精度一直是机电一体化系统设计中的重要指标。运动系统的精度包括运动精度和位置精度。其中位置精度对本研究论述的自动化焊接系统最为重要, 而定位精度又对位置精度影响最大。运动系统的定位精度指的是运动部件实际位置与目标位置的偏差值, 在上节中提到的PID中, 偏差值为:

式中:r (t) —目标位置, c (t) —实际位置。

该系统运动部分采用伺服系统电机驱动, 步进电机通过弹性联轴器连接光电编码器并与伺服驱动器构成半闭环控制回路, 反馈实现的控制精度只能局限在驱动环路部分, 环路之外的误差不能由环路自动校正。主要包括以下几项:

机械传动系统的几何误差:所有传动副引起的传动误差及传动间隙, 如滚珠丝杠、齿轮传动等[11]。

热变形造成的误差:机械系统长时间工作, 发热是不可避免的, 热量的集中就会造成定位误差, 包括电机发热、轴承、导轨等存在摩擦的相对运动部分。

系统误差在总误差中所占比例较大, 因此本研究必须采取有效措施来减小误差, 以提高系统定位精度。

笔者主要采取以下两种最基本的方法:优化结构设计, 提高制造和安装的精度;采用电气补偿或软件补偿的方法补偿。因此为了减少系统误差, 本研究在该系统中引入前馈控制, 依据多次试验测得的干扰量, 事先进行前馈加速度和前馈速度增益的调定, 通过前馈调节可以有效减少系统误差对位置精度的影响。

5结束语

笔者研究的相贯线自动焊接设备, 能很好地满足三通的焊接需求, 相比于传统的焊接设备, 该设备利用直线段插补拟合焊缝曲线, 采用通用的运动控制卡和步进电机组成的运动伺服控制系统, 并引入PID控制算法, 大大降低了硬件成本, 增加了系统的通用性, 并且可将焊缝质量提升到GB/T1246Ⅱ级。

参考文献

[1]杨箭, 桂贵生.四坐标自动焊接机床的数控系统[J].制造技术与机床, 1997 (1) :38-40.

[2]张忠厚.锅炉封头相贯线接缝自动化焊机的研制[J].焊接学报, 1999 (12) :144-118.

[3]边广韬, 叶长龙, 于慎波.相关性焊接数控机床研究[J].机械设计与制造, 2001, 4 (8) :82-84.

[4]刘冀.四自由度并联传动型相贯线焊接机器人结构设计[J].北京工业大学机械工程学院, 2011.

[5]霍孟友, 岳少剑.复杂相贯线接缝自动焊接的运动控制算法[J].焊接学报, 2006 (12) :10-12.

[6]孔艳艳.基于PLC的油缸自动焊控制系统设计[J].机械, 2012, 39 (5) :40-41, 48.

[7]张为菊.ADT836六轴运动控制卡用户手册[M].深圳:深圳众为兴技术股份有限公司, 2010.

[8]吴玉厚, 潘振宁.PMAC控制器中PID调节的应用[J].沈阳建筑工程学院学报, 2004, 20 (2) :153-157.

[9]ASTROM K J.PID control[J].Control Engineering Prac tice, 2001 (9) :1159-1161.

[10]王广雄.控制系统设计[M].北京:宇航出版社, 1992:46-61.