基于单面焊双面成形的大型拼板焊接专机设计

基于单面焊双面成形的大型拼板焊接专机设计

武满乐 1李潺 2

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摘要：单面焊双面成型作为一种高效的自动化焊接技术，是通过设置合理的焊接工艺参数，在对接钢板的焊缝正面进行焊接后保证钢板正反两面都能得到均匀一致的焊缝的一种焊接工艺。该自动化焊接工艺需要配合焊接专机的使用，由电动托料输送机构、工件夹紧机构完成所需焊接工件的输送并固定，由双丝自动焊枪作为焊接装置，经过PLC自动焊接控制箱进行焊接参数的输入及动作指令的输出，完成对接钢板的MAG单面焊双面成型。

关键词：单面焊双面成形；大型拼板焊接专机设计 ；

具有焊接速度快、桥接能力好、深宽比理想、装配精度低等优势，是一种新型高效的焊接方法，近几年也受到广泛关注。复合焊的工艺参数非常多，不同的工艺参数影响焊缝形貌，不同的焊接组合也直接影响着焊接质量。

一、 单面焊双面成型焊接工艺的先进性

1.1自动化程度高。单面焊双面成型焊接工艺采用焊接专机进行焊接，优化了工厂加工区的布局，提高生产效率和质量，提高了产品的竞争力。

1.2焊接质量佳，焊缝效果好。采用单面焊双面成型的焊接工艺，焊缝金属熔化后能够充分结晶，而熔池中的杂质随焊渣浮出表面，避免由于焊渣引起的焊接缺陷。熔化的金属经过一次性凝固成型，正反两面的焊缝都平整、一致、均匀、美观。

1.3生产效率高。传统的双面焊工艺是：正面焊接→工件翻身→清根打磨→反面焊接。工序繁琐且对操作工焊接技术水平要求高。而采用焊接专机进行单面焊双面成型焊接工艺可以保证焊缝一次焊接成型，工作效率显著提高。

1.4作业安全性提高。传统的双面焊接需要对拼接后的工件进行翻身，而大型拼接板材在吊装时占用空间很大，存在较大的安全隐患；而在清根打磨时， 又会有大量的灰尘、飞渣等杂质污染环境。而采用MAG单面焊双面成型焊接工艺后焊缝一次成型，减少工件翻转工序，不仅提高了作业的安全性，而且可以减少污染，有效改善作业环境。

单面焊双面成形的大型拼板焊接专机设计

2.1翻转机构。竖焊缝的焊接难度较大，熔融的焊液容易流失，导致焊缝焊接质量下降，因此采用翻转机构实现整个特种车辆底盘的翻转，调整底盘的焊接姿态，将竖焊缝变成水平焊缝进行焊接，使得焊接动作容易实现。实现车架的对称焊接，减少焊接应力，可以更好地保证车架的焊接质量和焊接效率，提高整车的使用可靠性，以更好地满足产品批量生产的需要。其中电动翻转是通过电机转动，带动固定于支承平台上的车架翻转，从而实现车架自动翻转焊接。车架的自动翻转，降低了劳动强度、提高了生产效率。手动翻转是人工驱动手轮，通过蜗轮蜗杆减速机驱动翻转轴实现翻转功能。手轮翻转是作为备用翻转形式以防止停电或电机不能正常工作时使用。翻转架上装有可更换的各类夹具，可适应不同的焊缝需要。把车架相关零件手动放在夹具上，手动夹紧，焊接结束后，采用电磁铁断电的方法，夹具的夹持部位自动弹出，整个底盘可以整体移出。通过采用六点定位的方法进行零件的定位，位置基准面可以调节，夹持器为弹升式结构，定位精度可靠。

2.2控制系统设计。一是控制系统软件设计该系统应具有以下功能:(1)自动焊接。该项功能主要包括焊接轨迹控制(方向判断、进给速度的计算、位置控制)、屏幕实时跟踪显示、焊接精度控制(传动链误差和滚珠丝杠螺距误差补偿)。(2)手动操作。该项功能主要包括各坐标轴的移动和移动速度控制(通过倍率值调整) 、焊枪转位、焊接的开停等电器控制。(3)系统参数设置。这项功能主要包括轴控制参数设定，如参考点坐标、当前坐标、丝杠反向间隙值、限位、滚珠丝杠螺距误差值、最大进给速度的设置及焊接工艺参数设定等。这些参数的设置通过人机交互的方式输入和修改。(4)用户程序的输入、编辑和存储。该项功能包括用户对焊接程序的输入、编辑及存储管理等。(5)系统的安全保护。该项功能包括根据系统限位等参数，监视系统运行状态，以便做出相应处理。提供停机按钮以切断电源强迫系统停止运行。根据上述焊接设备功能分析，可以得出控制系统软件模块结构。二是控制系统硬件设计。自动焊接设备的控制系统以可编程控制器为控制核心，交流伺服电机为执行元件，光电编码器为位置检测单元，实现半闭环位置反馈。配有彩显人机界面，通过触屏操作，可方便快捷地设置和修改工艺参数。焊接控制系统的硬件组成，PLC负责运动控制和紧急事件处理等任务，执行机构由高精度伺服电机与伺服驱动器构成，焊枪复位由安装在工作台坐标原点的限位开关完成。

2.3工件之间的摩擦力，使工件能够输送得更顺畅。将两块拼板依次通动输送平台送入专机中心，为了节省工件开坡口的时间，同时还要达到焊缝成型效果，考虑板厚及焊接收缩对焊缝的影响，熔滴过渡模式由短路过渡转变为射滴过渡，电弧形态为锥形电弧，在电弧压力和熔滴形式对熔池的冲击下，焊缝熔深得以增加。但随着电流进一步增加，电弧体积膨胀，对激光等离子体的稀释作用减小，使得焊件对能量的吸收率降低，焊缝熔深有明显减小。在熔池表面金属汽化形成的气泡会直接溢出，导致飞溅较少，表面成型较好，因此在实际复合焊接时应根据具体情况选择合适的离焦量。复合焊接时对参数的改变不敏感，一定参数范围内均可以实现单面焊双面成型，通过改变激光功率、焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接速度等参数进行焊接，观察钢板的成型效果。相同参数同样能完成单面焊双面成型且效果较好，说明激光电弧复合焊能够允许一定的间隙量。焊缝正面通过永冷铜滑块制作成形，借助于衬垫也同时成形的一种高效焊接方法。在实际焊接生产过程中，焊接坡口加工和焊件装配精度有时会产生间隙或错边等情况，针对这种情况开展激光复合焊接对错边和间隙的适应性研究具有重大实际意义，该复合焊接工艺对间隙和错边有良好的适应性。对中：在芯轴上装有自动对中装置，可以确保焊缝间隙与成型槽的中心对齐，从而保证焊缝成型的美观、一致。夹紧：开动压缩空气，使气囊充气膨胀，操纵琴键夹具配合铜衬垫对工件进行压紧，这样可以减少工件的热输入，提高焊缝质量，降低工件的焊接变形。焊接参数设定：综合目前金属常压储罐使用的钢板材质、板厚等各方面因素，经过多次焊接实验验证，设定具体的焊接参数。采用表内焊接参数对相应板材进行对接拼焊，得到焊缝成型效果，正面焊缝宽度9～12mm，余高2.5～3mm，反面焊缝宽度4～6mm，余高1.5～2mm。成型焊缝完全符合金属常压储罐的制造工艺要求。施焊：在焊缝两端加入引（收）弧板，开动焊机，点焊整条焊缝的前端、中间、后端三处位置，控制焊接收缩变形。从起始端引弧板施焊至终止端收弧板。下料：松开夹紧装置，通过自动输送平台移动工件下料。该设备能很好解决特种车辆底盘焊接的焊缝短、焊缝多和焊接姿态多变的难题，且焊接效率高。

结语：采用焊接专机进行单面焊双面成型焊接工艺能够快速灵活地完成对接板材的焊接，整个焊接过程实现自动化。该方法可以直接应用在厚度板材的闪缝拼焊，通过采取适当的开坡口措施及预留拼板间隙后，也可以一次性焊透成型。总之，单面焊双面成型焊接工艺焊接效率高，焊接效果佳，拥有广阔的市场前景。

参考文献：

[1]吕金波.工程机械焊接技术发展趋势[M] .焊接与切割，2017， 20： 27-29.

[2]孙壮.单面焊双面成型的焊接工艺试验[M] .中国重型装备，2017： 37-38.

[3] DL/T 868-2014 焊接工艺评定规程[S] .中国电力出版社，2014： 7-9.