摘 要：目前焊接材料復(fù)驗(yàn)過(guò)程全程采用人工操作，本文提出一種較為方便的仿人工焊條自動(dòng)焊接裝置，采用旋轉(zhuǎn)焊條刮擦引弧的方式避免焊條起弧階段的粘黏母材并實(shí)現(xiàn)模擬手臂的弧擺焊接，實(shí)現(xiàn)焊條電弧焊平焊焊接工藝的自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：焊條;旋轉(zhuǎn);自動(dòng)焊

Abstract： At present， the whole process of welding material re-inspection adopts manual operation. This article proposes a more convenient artificial welding electrode automatic welding device， which adopts the method of scratching the arc with the rotating electrode to avoid the sticking of the base material in the arc starting stage of the electrode and realize the arc of the simulated arm Oscillating welding realizes the automation of the welding process of electrode arc welding and flat welding.

前言

焊條電弧焊是一種最為廣泛的焊接方式，在現(xiàn)場(chǎng)材料采購(gòu)階段一般需要對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)收，焊材復(fù)驗(yàn)是一種較為普遍的驗(yàn)收方式。現(xiàn)階段焊條電弧焊主要采用手工焊接的方式進(jìn)行，對(duì)于焊接材料復(fù)驗(yàn)及精準(zhǔn)控制焊接參數(shù)的工藝試驗(yàn)，其主要存在焊工焊接環(huán)境差，焊接工藝參數(shù)控制精度不高，無(wú)法滿足對(duì)焊接質(zhì)量過(guò)程控制的精確參數(shù)控制，影響焊接工藝質(zhì)量的分析。天津大學(xué)提出了一種基于PLC控制平臺(tái)的焊條自動(dòng)平焊裝置，焊條自動(dòng)平焊裝置存在焊接起弧階段焊條粘絲的缺點(diǎn)，基于基于PLC控制平臺(tái)存在搭建系統(tǒng)硬件成本高，不便于施工企業(yè)焊接操作工使用和維護(hù)[1]。

1 旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置組成

旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置是采用直線模組作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元，整個(gè)裝置由5個(gè)部件組成，裝置操作臺(tái);焊接工件放置平臺(tái)，方向與裝置X軸方向平行;焊條運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要通過(guò)直線模組和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊接起弧旋轉(zhuǎn)、焊接過(guò)程焊條送給、焊接方向的功能;電氣控制箱，包含電機(jī)控制電路模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)X、Y、Z軸電機(jī)及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的邏輯電路控制，電機(jī)參數(shù)設(shè)置、弧壓跟蹤電路和限位電路;手控盒，實(shí)現(xiàn)裝置的焊條位置調(diào)節(jié)及啟停。

2旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置控制方法

裝置采用簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理圖如涂所示。當(dāng)人工操作時(shí)，在模擬取樣信號(hào)電路預(yù)設(shè)工作指標(biāo)后，啟動(dòng)按下AN1啟動(dòng)按鈕，主控制器按預(yù)先設(shè)置好的程序開(kāi)始工作，信號(hào)檢測(cè)電路開(kāi)始檢測(cè)的是焊接空載電壓為高電位，這時(shí)向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出一個(gè)運(yùn)行信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路控制Z軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶Z軸運(yùn)動(dòng)模組執(zhí)行向下運(yùn)動(dòng)，焊條從起始位置（起始位置按照不同規(guī)格焊條由儲(chǔ)存電路保存不同位置，不同規(guī)格焊條在不同起始位置時(shí)，焊條前端距離工件10-20mm，節(jié)約焊條起弧下降時(shí)間和更換焊條時(shí)間）向工件緩緩運(yùn)動(dòng)，Z軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是由電子高速開(kāi)關(guān)管組成的無(wú)觸點(diǎn)正、負(fù)、換向輸出器。Z軸電機(jī)在驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)焊條旋轉(zhuǎn)電機(jī)開(kāi)始工作，旋轉(zhuǎn)速度可按照焊接預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)焊條前端接觸到工件瞬間，焊接電壓短路，信號(hào)檢測(cè)取樣電壓信號(hào)為零，伺服調(diào)控電路立刻發(fā)出快速反轉(zhuǎn)信號(hào)到Z軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，Z軸電機(jī)開(kāi)始高速反轉(zhuǎn)回抽焊條，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊條形成模擬人工刮擦效果，使焊條與焊接件觸發(fā)引起電弧;當(dāng)引弧成功后，焊條開(kāi)始快速燃燒，這時(shí)焊條與工件形成電弧電壓，產(chǎn)生的電弧電壓再次輸入到信號(hào)檢測(cè)電路里，與焊前預(yù)設(shè)置的焊接預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)模擬焊接過(guò)程信號(hào)儲(chǔ)存的反饋信號(hào)，輸出合理的控制信號(hào)到伺服調(diào)控電路，驅(qū)動(dòng)Z軸電機(jī)執(zhí)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)保證焊接電壓的穩(wěn)定性。

當(dāng)正常焊接焊條燃燒到設(shè)置的長(zhǎng)度時(shí)，機(jī)械部分觸發(fā)限位器，限位器信號(hào)傳至JK1，通過(guò)程序電路終止焊接工作，并開(kāi)始機(jī)械和電子程序控制全部復(fù)位待機(jī)，焊條夾具返回至起始位置，等待下一次觸發(fā)。

旋轉(zhuǎn)電路有獨(dú)立控制按鈕，引弧后可以根據(jù)需要設(shè)置關(guān)閉焊條旋轉(zhuǎn)電路。

在焊接過(guò)程中按動(dòng)AN2按鈕，觸發(fā)E程序設(shè)置電路，信號(hào)傳至C伺服調(diào)控電路發(fā)出控制信號(hào)，D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)反向快速回抽，焊接電弧熄滅，防止工件上出現(xiàn)弧坑，焊接停止。

3旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置使用效果

旋轉(zhuǎn)焊條自動(dòng)焊接裝置用于安裝工程焊接材料復(fù)驗(yàn)生產(chǎn)中，完全達(dá)到了焊條復(fù)驗(yàn)工藝的技術(shù)和要求，設(shè)備操作方便簡(jiǎn)單，大大降低了焊工的施工強(qiáng)度，改善施工人員勞動(dòng)環(huán)境，復(fù)驗(yàn)焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定性明顯提高，焊材復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性得到保障，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4裝置技術(shù)特點(diǎn)

4.1自動(dòng)抽送焊條功能

旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置根據(jù)不同長(zhǎng)度和焊條直徑進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，焊接完成設(shè)定長(zhǎng)度焊條，Z軸電機(jī)自動(dòng)復(fù)位至起點(diǎn)，便于焊條的及時(shí)更換，焊接過(guò)程中可以人工進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

4.2自動(dòng)弧壓跟蹤功能

旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置根據(jù)預(yù)設(shè)焊接電壓值進(jìn)行弧壓跟蹤，在工件表面不平整時(shí)可以控制焊接參數(shù)的穩(wěn)定，控制原理如圖3所示，當(dāng)引弧成功后，焊條開(kāi)始快速燃燒，這時(shí)焊條與工件形成電弧電壓，產(chǎn)生的電弧電壓再次輸入到信號(hào)檢測(cè)電路里，與焊前預(yù)設(shè)置的焊接預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)模擬焊接過(guò)程信號(hào)儲(chǔ)存的反饋信號(hào)，輸出合理的控制信號(hào)到伺服調(diào)控電路，驅(qū)動(dòng)Z軸電機(jī)執(zhí)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)保證焊接電壓的穩(wěn)定性。從而保證焊接質(zhì)量。

4.3焊條旋轉(zhuǎn)功能

通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊條，避免焊條短路起弧階段由于短路形成的焊條粘黏工件而停止工作。同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊縫熔池?cái)嚢?，從而使熔池氣體及時(shí)溢出，從而提高焊接質(zhì)量。通過(guò)安裝不同偏心焊條夾具實(shí)現(xiàn)模擬人工的焊條擺動(dòng)焊，實(shí)現(xiàn)寬坡口的焊接作業(yè)。

4.4模擬伺服調(diào)節(jié)功能

采用直流電機(jī)，設(shè)計(jì)模擬控制電路實(shí)現(xiàn)在啟弧時(shí)間段焊條慢速下落至輕微刮擦引弧，引起電弧后高速回抽或提升焊條達(dá)到預(yù)設(shè)置的焊接位置。確保焊條與工件不粘連，當(dāng)完成起弧后焊條快速反向補(bǔ)償回送并維持動(dòng)態(tài)調(diào)整維持弧焊電壓穩(wěn)定，保證電弧穩(wěn)定和焊縫質(zhì)量。

4.5 良好的經(jīng)濟(jì)性

旋轉(zhuǎn)自動(dòng)焊接裝置使用簡(jiǎn)單的電子元件，節(jié)約了裝置硬件的投入成本，同時(shí)避免了復(fù)雜的PLC控制帶來(lái)的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，具有較好的設(shè)備經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)論

（1）采用旋轉(zhuǎn)焊條起弧的方式可以有效避免焊條起弧階段與工件的粘粘問(wèn)題，提高焊條起弧成功率。

（2）旋轉(zhuǎn)焊條起弧裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制硬件集成簡(jiǎn)單，裝置功能滿足焊條平焊焊接要求，達(dá)到焊接材料復(fù)驗(yàn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]任成龍，申俊琦，程方杰，胡繩蓀.一種焊條自動(dòng)平焊裝置：中國(guó)，CN103223546A，2013-07-31.

作者簡(jiǎn)介：

趙飛（1987-）男，貫籍：陜西寶雞，民族：漢，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：焊接設(shè)備。

（中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，上海 201512）