一种新型焊枪摆动与焊接角度调节装置

摘 要：本项目研制了带有焊枪摆动和焊枪角度调节机构的自动焊接装置，能够实现多种摆动控制，结构紧凑、操作灵活方便。通过触摸屏调节摆动参数，实现焊接工艺参数的调试，使得焊缝满足工艺要求。

关键词：焊接；焊枪摆动；自动化

1 引言

本课题针对П型超超临界锅炉受热面管系中活动连接件的焊接技术，研究探讨采用龙门式气体保护机械焊的可行性。为了控制焊缝的宽度，获得高质量的焊接和焊缝成形，本项目以自动焊接系统子课题：焊枪摆动和焊枪角度调节机构为研究对象，设计能够实现多种摆动控制、结构紧凑、操作灵活方便的机电一体化系统，通过触摸屏调节摆动参数，实现焊接工艺参数的调试，使得焊缝满足工艺要求。

2 焊枪摆动与焊接角度调节装置

采用自动化焊接要求装置配备送丝盘机构，实现自动送丝，焊丝的型号及送丝的速度决定了焊缝的宽度，通过调节送丝的速度实现焊缝宽度的调节的范围有限，所以简单的直线焊接无法满足不同焊接工件的焊接工艺要求。为了实现自动焊接设备的自动化焊接并提高自动化焊接程度，实现更宽范围的焊缝宽度控制，提高焊接效率，改善焊缝表面，多道焊不同焊层的焊接质量，尽可能降低焊接缺陷，使得自动焊设备能适应不同工件厚度及工艺要求，必须设计焊枪摆动与焊枪角度调节装置，这是本项目研究的主要内容。

2.1 自动焊焊缝成形工艺实现原理

焊枪摆动自动控制是实现横缝自动焊焊缝成形的关键，铁水的流动和分布可以通过焊枪摆动方式控制来实现，并进而控制焊缝的形状。摆动参数见图1。结合焊接工艺，设置5个焊枪摆动参数：摆幅-控制焊缝的宽度；摆动中心O-调节焊缝的中心位置；焊缝两侧停留时间tl和t2-控制焊肉在焊缝两边的分布；摆动速度VB-控制铁水的流动、焊缝余高和焊波的大小。

图1 焊枪摆动参数

根据图1可推导出焊波宽度L和焊接速度VH、摆动参数之间的关系为：

式中

L-焊枪往复运动一个周期焊枪移动的距离，即焊波宽度，mm

VH-焊接速度，mm/s

VB-摆动速度，mm/s

t1，t2-焊枪在焊缝上边缘和下边缘停留时间，s

Ll，L2-焊枪摆动在上停留时间和下停留时问内焊枪移动的距离，mm

L3，L4-焊枪在往复摆动期问内焊枪移动的距离，mm

M-摆幅，mm

由式1可知，焊波宽度由4个部分组成、不同的焊接速度和摆动参数、焊波宽度就不一样、合理选择这些参数可获得光滑、美观的焊缝。

要获得不同的焊枪摆动波形，可以通过改变L1，L2，L3和L4的不同组合方式实现。可根据焊道的位置来选择焊枪的摆动方式，以获得优质的焊缝。

一套焊接参数规范包括“焊道数”、“左摆幅”、“右摆幅”、“左摆速”、“右摆速”、“左停留” 、“右停留”、“中停留”，改变参数的组合方式，可以实现焊接焊缝宽度、焊缝厚度、焊缝截面形状的控制（图2）。在自动焊接过程中，通过设定不同焊道的焊接工艺参数，就可以连续地完成多道焊缝的一次性焊接。

图2 参数设定及其焊接工艺对应关系

2.2 焊枪摆动与焊枪角度调节装置

焊枪摆动与焊枪角度调节装置如图3所示。该装置系统的摆动机头驱动采用步进电机，传动是滚珠丝杠螺母、导轨是线性滑轨，这样能实现焊枪快速、平稳、精确的往复直线运动，而且可以实现摆动幅度和速度的自动调节，对应实现焊缝宽度和厚度的控制。焊接角度调节是通过旋转第一旋转夹具3和第二旋转夹具4，调节焊枪的相对位置，从而实现焊枪空间角度调整。

图3 自动化焊接焊枪摆动与角度调节装置

（1）摆动器；（2）连接摆动器夹具；（3）第一旋转夹具；（4）第二旋转夹具 ；（5）焊

2.3 人机交互操作与工艺参数设置界面设计

本系统的触摸屏界面采用的是图形界面设计方式来设计的，使用FX系列的GT Designe2人机交互界面软件设计出显示系统画面，GT Designer2提供了多种功能组件、控制器件库和图形控件，通过组态出的各种显示和控制功能实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。

3 结束语

本项目所设计、制作的焊枪移动和摆动机构结构紧凑、操作灵活方便、参数调节精确，在焊速控制和焊枪摆动方面，达到了设计参数和性能要求，减轻了工人劳动强度，提高了焊接生产效率和焊接质量。

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