薄板直缝自动焊接设备的研制

摘要:为了提高焊接质量和降低劳动强度而设计的薄板直缝自动焊接系统。该设备能够适应不同焊缝长度, 两排气动压板压紧工件防止焊接变形，双面焊缝一次成型，两侧的辊道支架方便装卸工件。该设备操作方便、成型效果理想。

关键字：薄板直缝 焊接变形双面成型自动焊接

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

一般的焊接工艺中，为保证根部焊透并获得两面完好质量的焊缝，大多采用双面焊接的方法，但在压力容器、管道焊接等行业由于焊缝位置的影响无法进行双面焊接。并且双面焊接的工艺方法效率较低，耗费工时，在批量生产的企业是一个严重影响生产成本的问题。并且在焊接类似薄板对接的结构中，均具有面积大、重量大、焊缝长和焊接质量要求高等特点，如果采用较为原始的手工方法或使用一些自制的简陋设备，会存在劳动强度大、工作效率低、焊接质量及安全性较差，操作不熟练还可能造成将焊接工件和将其支撑的金属物焊为一体等弊端。为解决这些问题，日本在上世纪50年代就开始研究单面焊接双面焊缝成形的技术。本文所介绍的就是基于解决以上问题所研制的设备。此设备用于薄板直缝自动焊接，可实现薄板单面焊接双面成形的功能，提高产品质量和工作效率。

概述

设备机械结构组成如图1所示，由基本框架、左右进出料的辊道支撑架、焊接移动小车、焊缝冷却成型系统等几部分组成。焊接作业前的进料、定位等准备工作由人工实现。焊机安装在小车上能够沿焊缝方向移动，并能够在左右方向调节位置，使焊枪对准铜板上的沟槽；需焊接的两部分薄板分别在两端辊道上进料，在冷却水道沟槽处对接，对接处应留出合适的间隙，焊接时融化的液体金属会流到下面的铜板沟槽上，在循环的冷却水作用下迅速成形。压板固定工件的动作用人工操作气控阀控制气缸实现；控制系统采用手动启动小车的行走和焊枪的升降及启动焊机送丝进行焊接作业；焊机启动前，应确认已启动水冷循环系统；一次焊接作业完成后关闭焊机升起焊枪、停止小车行走、继续冷却一段时间后松开压板，取出焊好的工件。

图1 设备机械结构组成

基本框架结构

如图2所示，框架部分主要包括左中右三条横梁构成的主框架。两侧还有进料及出料用的辊道支架,进料时需焊接的两部分薄板自两侧分别进入，出料可根据现场情况选择任一侧均可；

左右两侧横梁(序3、5)等高对称，其上安装轨道供小车行走，并在长度方向上安装有多组气缸(序2)、压板(序1)等装置和元件组成的定位夹紧装置，进料定位完成后，手动控制气动阀开启使气缸带动压板压紧工件以防后序作业中工件移位或焊接变形；

中间横梁(图2序6)位置较低，与进料的辊道等高，上面安装焊缝冷却成形的铜条板等装置。小车(序4)移动时带动焊机沿焊缝方向行走，同时焊机工作完成焊接作业。

1.压板 2.气缸 3.左横梁4.移动小车 5.右横梁 6.中间梁

图2基本框架

焊接移动小车

如图3所示，移动小车由车体框架(序5)、两组电机减速机(序6、7)、气缸(序3)、滑板支架(序4)、十字滑板(序2)、压紧导轮(序1)、焊枪(序8)等组成。

小车框架是用槽钢和上下板焊接而成的机械结构件。小车的移动由安装其上的电机减速机组完成。在框架的底部安装有行走导向轮；前后安装有行程开关控制小车的移动范围。大减速机组(序6)运行时通过齿轮齿条带动小车行走。

焊枪位置可通过十字滑板在左右及前后方向调节。压紧导轮安装在十字滑板上，焊枪及小减速机组件也安装在十字滑板上。气缸的上下伸缩动作可控制滑板的升降，焊接时焊枪下探到焊缝位置，结束时抬起焊枪；小车行走时，压紧导轮位于焊枪的前方，气缸伸出时导轮降下压紧工件，随后的焊枪进行焊接。小减速机运行时可带动焊枪左右移动，当焊道偏离时随时调整焊接的最佳位置。

1.压紧导轮2.十字滑板3.气缸4.滑板支架5.小车

6.减速机7. 小减速机 8.焊枪

图3 焊接移动小车

水冷焊缝成型系统

如图4所示，水冷焊缝成型系统主要由水泵、进水管、储水箱、带温度计的水位计、上铜条板、紫铜管、下垫板、出水管、接头等组成循环回路。

焊缝单面焊接双面成型的关键工作部位在于铜垫及水管结构，见图4的A-A视图，下部的垫板固定在框架的中梁上，上部的铜条板与下垫板用螺钉紧固在一起，紫铜管被压在两层板形成的圆孔中作为冷却水的循环通道。焊缝处铜垫微凹，焊接时高温溶化的液态金属会注满凹处，同时水冷系统又能保证焊缝处的热量迅速冷却，作为焊缝成形的位置。

进水管的一端与水泵连接，另一端与覆盖在焊接位置内的紫铜管连接，并在进水管上装有流量计；水泵固定在储水箱上。水流经过过滤器，被水泵抽送到紫铜管一端，冷却焊缝部位后从另一端流回储水箱行程循环冷却回路。焊缝单面焊接双面成型的关键工作部位在于铜垫及水管结构，如图，焊缝处铜垫微凹，焊接时高温溶化的焊材会注满凹处，同时水冷系统又能保证此处迅速冷却，从而达到快速凝固成型目的。

1.进水管2.水泵3.储水箱4.水位计5.出水管

图4水冷焊缝成型系统

工作过程

初次使用前或使用一段时间后再次使用应预先检查设备完好，各活动部件运行正常。

首先在设备左右两侧的辊道上分别送入需对接的钢板，手动控制压紧装置的气缸使所有气动压紧机构抬起，焊接小车回到初始位置；把首端定位块放在焊接起始位置；在短棍道上料薄板件；在焊接开始端薄板件的侧边与短棍道上的侧向导向轮靠齐；且把首端定位块靠上去;把尾端定位块沿薄板件的另一侧边靠上去并卡紧定位;用顶紧机构顶紧工件;调节安装在左横梁端的气动阀压紧机构压紧工薄板件；取下首尾定位板，把首端间隙定位板放在焊接开始端;把尾端间隙定位板在接近薄板件的另一侧沿压板空隙伸进去并卡在工件焊接边上放好；在长棍道上另一块料薄板件；另一块薄板件的侧边与长棍道上的侧向导向轮靠起；用顶紧机构顶紧工件；扳左横梁上的气动阀压紧机构压紧工薄板件；取下首尾间隙定位板，在首尾端放置各放置一块与工件一样厚度的引弧板和收弧板，大小可根据现场实际空间确定，不需特殊设计。在焊缝成型的位置留出约2mm的间隙，焊接时融化的液态金属会通过此间隙流到底面冷却后形成另一面的焊缝；

其次将小车移至一端，控制小减速机运行，正反旋转电机调节焊枪左右位置，使之对齐铜条板的凹槽；手动控制打开气控阀使气缸伸出，压紧导轮降下，保证导轮能够压紧两侧的工件。同时观察焊枪与工件距离是否合适，需要调整时可松开焊枪重新固定即可；

然后启动大电机减速机组使小车移动，观察压紧导轮是否能压在焊缝处行走，且焊枪能一直对准钢板对接的缝隙处；小车行走至移动范围的另一端，行程开关反馈信号使小车停止；

调整好检查过程中出现的问题，准备并连接好焊丝等焊接器材，调整好电器控制系统，确保冷却水循环系统开启并运行正常，准备施焊；整个焊接过程即重复检查的过程；

焊接完成后停放一端时间使焊缝彻底冷却成型并避免焊接变形。然后控制气缸打开压紧装置的压板，工件被松开后即可被移走进入其它工序；

清理焊缝成型处的铜条板上的焊接残渣，重新由两侧装入钢板重复上述步骤进入下一个焊接过程。

结论

本文介绍的薄板直缝自动焊接系统具有以下特点：

结构简单，使用安全。三条主梁结构均采用槽钢框架，质量轻，刚度大。移动定位机构可适应多种不同尺寸的工件，定位精确；带有导向的辊道支架使上下料方便；移动小车起始点等关键位置装有行程开关；有随焊枪移动的焊接监控摄像头等保证工作过程的安全。

自动化程度高，操作方便。上料后的工件定位、压紧直至焊接过程，操作人员只需使用几个指定的按钮即可完成。

水冷焊缝成型系统在工作过程中带走焊接产生的热量，避免工件变形，保证焊接质量。

针对薄板的对接可实现一次焊接双面成型，提高工作效率，质量可靠。