自動焊接操作機焊接船用鍋爐裝置的設計

王 斌 鄭衛剛

(1.武漢理工大學能動學院，武漢 430063;2.武漢理工大學工程訓練中心，武漢 430063)

本文以時代焊接操作機為例，詳細介紹自動焊接操作機的結構及功能，為提高焊接自動化率提供參考。

時代焊接操作機共分為標準型(TZ)、重型(TZH)兩種類型，適合各種筒體的內、外環縫及縱縫焊接，可根據用戶的要求加裝內伸縮臂、載人裝置和維護爬梯。操作機控制系統采用數字或模擬兩種控制方式，能實現和其它設備聯動控制。而自調式焊接滾輪架自動調整擺臂擺角以適應工件直徑變化，可以很好的適應鍋爐焊接環境，保證焊縫質量。圖1 為焊接裝置。

1 焊接裝置的配置

圖1 所示即為焊接鍋爐實物圖，一般將需焊接鍋爐放置在與鍋爐參數相匹配的自調式焊接滾輪架上，然后選定相應的自動焊接操作機進行施焊。表1 為時代焊接操作機主要技術參數，可以根據鍋爐的參數而選擇相應的焊接操作機。而自調式焊接滾輪架的參數也應該和鍋爐的參數相匹配，表2 為自調式焊接滾輪架的參數。

表1 時代焊接操作機主要技術參數Table 1 Main technical parameters of Time weld manipulator

圖2 三種控制方式實物圖Figure 2 Entities of three kinds of control methods

2 控制系統的配置

時代焊接操作機的標配為開關繼電器控制式、按鍵數字控制式、開關數字控制式。開關繼電器控制式可以控制的電流大，但是響應速度較慢，對施工速度要求嚴格的則不適合采用此種控制方式;按鍵數字控制式，可控性靈活，響應慢，可控電流小適合小型鍋爐的焊接;開關數字控制式，響應速度快，可控電流小，應用最廣。圖2 為三種控制方式實物圖。

3 懸掛機頭配置

圖3 4 種懸掛機頭實物圖Figure 3 Entities of four kinds of suspending handpieces

時代焊接操作機的懸掛機頭主要有單絲機頭、超小機頭、雙絲單弧機頭、雙絲雙弧機頭。單絲機頭適用于小型鍋爐焊接焊縫寬度較窄，在焊接廢氣鍋爐中應用較多;超小機頭操作性強，送絲機構采用無極調速，并有電子弧壓反饋提高了穩定性，且體積輕小，適應性強;雙絲單弧機頭焊接范圍廣，兩根焊絲同時送入焊接，調整方便靈活，機頭及焊槍一體升降回轉，帶有校直機構的雙驅動送絲裝置，送絲穩定，牽引力大，送絲強勁，送絲電機及行走電機采用伺服電機作為動力，故障少，壽命長;雙絲雙弧機頭 焊接速度快，熔敷率是直流單絲焊接的2.5 倍以上，能保證熔深和熔寬，提高焊縫質量，適用于粗絲焊接。圖3 為4 種懸掛機頭實物圖。

4 焊縫跟蹤器

所謂焊縫跟蹤，就是焊槍沿焊縫自動導向，使電弧中心實時自動瞄準焊縫中心，也稱為自動對中，是實現焊接自動化的重要環節。焊縫跟蹤系統由傳感器、控制系統和執行機構三部分組成。電子傳感器接觸工件，采集焊接坡口和工件的高度、橫向變化信號，通過控制器的放大、轉換，由X-Y 滑塊執行焊炬精確地隨動。在焊接過程中首先應該使電弧與焊縫對中，這是保證焊接質量的關鍵。焊縫自動跟蹤系統能夠保證在自動焊接生產過程中，當電弧偏離焊縫時，及時而準確地將電弧調整回到焊縫中心位置［1］。表3 為時代焊機生產的焊縫跟蹤器主要型號和應用范圍，圖4 為實物圖。

5 焊接擺動器

焊接擺動器由控制系統和執行機構組成。通過微機控制給出數字信號，由驅動步進電機來帶動滾珠絲杠，最終實現焊槍沿焊縫方向左右精確擺動。傳統的焊接擺動器控制是由數字或模擬電路來實現的，其中以單片機為代表的控制系統以其低廉的價格占領了一部分市場。但由于單片機起點低，開發周期長，系統的維護困難，可擴展性低，使其基本上無法移植并與其他系統兼容。時代公司生產的WOS 系列控制器是以高性能微型計算機控制+大屏幕液晶觸摸屏為核心的系統，與單片機相比，它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或更多的接口，這樣可以節省用戶的時間和成本。表4 為焊接擺動機的主要技術參數，圖5 為實物圖。

表3 焊縫跟蹤器主要型號和應用范圍Table 3 Main types and applicable range of weld tracker

圖4 焊縫跟蹤器實物圖Figure 4 Entity of weld tracker

圖5 焊接擺動器實物圖Figure 5 Entity of weld weaving machine

表4 焊接擺動機的主要技術參數Table 4 Main technical parameters of weld weaving machine

6 焊劑回收裝置

焊劑回收裝置裝配在焊接中心橫梁上。它可采用進口風泵總成或普通國產風泵總成，利用風泵總成的吸力把焊接時未熔化的焊劑回收到機內的集料筒內，然后放置到送料機構中，通過外接氣源(0.4 MPa～0.6 MPa)，把焊劑直接送到機頭小料斗內，放料到工件上保證焊接的需要，實現了焊劑回收、送料、下料的往復使用。圖6 為實物圖。

圖6 焊劑回收裝置實物圖Figure 6 Entity of flux recycling device

7 總結

目前，我國的焊接自動化率不足30%，與發達國家近80%的自動化率差距甚遠。使用時代焊接操作機配合自調式焊接滾輪架可以實現鍋爐焊接自動化、精確化、焊接質量可靠化。同時采用了先進的焊縫跟蹤器、焊劑回收裝置，使焊劑的消耗量明顯降低，降低了焊接成本，提高了焊接的經濟性［2］。

［1］黃石生，王秀媛，等.焊縫跟蹤控制系統及發展狀況.焊接.2001.

［2］楊光.焊接自動化技術的現狀與展望.現代制造.2004(11):36-37.