焊接平台（精选5篇）
焊接平台 篇1
1 前言
自动扶梯的梯级沿着多根导轨组成的梯路系统运行,梯路系统支承梯级,梯级链、乘客等载荷。为了保证梯级按预定的梯路运行,防止梯级偏移,梯级(链)导轨要求光滑、平整、耐磨,并保证相应的尺寸精度。上下平台处采用整体式焊接导轨系统,可以在焊接工装上进行,大量节约装配工时,目前,国内有很多的扶梯制造企业采用这种结构。
图1是其中一个单边(上平台左侧)焊接模块,图2是焊接要求。其中,侧板和扁钢,L形钢材料均为Q235A,侧板厚度为6mm。焊接技术要求扁钢垂直于侧板,误差±0.5°,侧板焊后要保持一定的平面度。扁钢及L型钢与侧板焊接为交错断续焊。
虽然事先对焊接变形有所预计,焊后也采取了一定的矫正措施,但做出来的头几批产品还是出现了很大的焊接变形,造成不合格。最突出的是尺寸90°±0.5°,焊后偏差很大,此外,扁钢产生挠曲变形,并且侧板产生波浪变形。实际应用中,左侧和右侧模块需配对使用,如果左右模块变形超出极限公差范围的话,会导致梯级行走的左右梯路导轨高度不一致(相当于梯级面倾斜),会造成严重后果。为了提高产品质量以及生产效率,需要从焊接结构和工艺上减小焊接变形并尽量减少焊后矫正的时间。
2 造成焊接变形的原因
焊接是一个局部加热的过程,在焊接过程中,不均匀的加热,使得焊缝及其附近的温度很高,而远处大部分金属不受热,于是不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀。当这种局部加热到使金属产生塑性变形的温度时,冷却之后就会产生残余内应力和残余变形。这种残余内应力叫焊接应力,由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。对于图2这样的T形焊接截面,由于角焊缝而产生的焊接应力导致沿焊缝纵向的收缩变形及垂直于焊缝的横向收缩变形。T形焊接构件中的残余应力分布如图3所示,在离开T形构件一端稍远的某一截面,如X-X截面的近缝区产生了很高的平行于轴线方向的拉伸残余应力。右图是X-X截面上平行于轴线方向的残余应力分布。在T字接头的焊接中,近缝区存在拉应力,远离焊缝的区域则存在压应力。由于焊缝纵向收缩引起的型钢纵向弯曲变形,使腹板靠近上边的区域具有拉应力。由于横向收缩在侧板厚度方向上分布不均匀,造成图3所示的角度变化(这种变化包括扁钢的焊接角度变化和侧板本身的角变形)。纵向和横向的综合作用,最终造成了扁钢和侧板的翘曲和波浪变形。
3 影响焊接变形的因素
引起焊缝收缩的因素很多,主要因素如焊缝的结构、焊接方法、焊接规范(热输入量)、材料和焊接工艺(如焊接顺序和焊接方向)等。
3.1 焊缝数量、长度、断面尺寸
焊缝的数量越多,焊缝越长,焊接截面尺寸越大,产生的热量越多,变形越大。角变形随焊角尺寸的增大而增大(例如横向收缩值与角焊缝面积成正比)。因此,在保证联接强度和接头组织性能的的前提下,要尽可能减少焊缝尺寸。
3.2 焊接热输入量
导致收缩变形的主因素是焊接热输入量(温度),温度的输入给焊缝冷却收缩变形带来很大影响,高温输入收缩变形就大,反之,低温输入收缩变形就小。焊接热输入量(焊接线能量)直接与焊接电流、电弧电压、焊接速度有关。采用大电流快速焊,比小电流慢速焊的变形和应力要小。
3.3 材料
对于焊接变形的影响,不仅和焊接材料有关,而且和母材也有关系,材料的热物理性能参数(如热传导系数)和力学性能参数(如热膨胀系数)都对焊接变形有重要的影响。一般热传导系数越小,温度梯度越大,焊接变形越显著,热膨胀系数增加,焊接变形也相应增加。
3.4 焊接工艺
焊接工艺对焊接变形的影响方面很多,如焊接方法、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接工装及夹具的应用等。在各种工艺因素中,焊接顺序对焊接变形的影响较为显著,一般情况下,改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态,减少焊接变形。
此外,采用间断焊的纵向收缩变形比连续焊要小,其效果随L/a的比值降低而提高(L为分段焊缝的长度,a为两段之间的中心距)。在保证焊缝强度的情况下,用间断焊缝代替连续焊缝是降低纵向收缩变形的有效措施之一。
4 减小焊接变形的措施
如若因结构限制而导致的焊接变形不可避免,就只能采取一定的措施控制其变形量。从焊缝结构设计到焊接工艺上(焊接工装、焊接顺序、焊接规范等)都应合理选择。
4.1 焊缝结构方面
4.1.1 选择合适的焊缝尺寸
在保证结构有足够承载能力的前提下,应采用尽量小的焊缝尺寸,并尽可能减少焊缝数量。过量的焊接金属不仅不会增加强度,反而会增加收缩应力,增加焊接变形。
4.1.2 选择合理的焊接坡口形式
为使接头的焊接金属量最小,应该选用焊缝金属少的坡口形式,如在T形焊接中,用双边坡口替代单边坡口接头,可以减小焊接角变形。
4.2 焊接工艺方面
4.2.1 反变形法
焊接前使零件预先向焊接变形的相反方向,焊前预置变形和焊后变形相互抵消,达到需要的形状,这是克服角变形和弯曲变形既有效又能减小残余应力的方法。反变形量需经试验确定,可以达到较好的准确程度。
4.2.2 刚性固定法
在没有反变形的情况下,将焊件使用强行固定的方法或手段来限制焊接构件的变形。使用这种方法防止角变形和波浪变形效果比较好。有夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量减少约40%～70%。常用的刚性固定有:将焊件固定在刚性平台上;将焊件组合成刚度更大的结构;利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束;利用临时支撑增加结构的拘束。
4.2.3 合理地选择焊接方法和规范
选用焊接线能量较低的焊接方法,可以有效地防止焊接变形。采用CO2气体保护焊,不但效率高,而且可以减少薄板结构的变形,提高焊接质量。此外,要减小并避免焊件的变形,应注意严格控制线能量,即在完成焊缝焊接的前提下,尽量减少焊接的热输入,从而缩小焊接热影响区,减少焊接变形及其对接头性能的恶劣影响。
4.2.4 焊接顺序
焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大,采用不同的焊接顺序,可以改变残余应力的分布规律。采用合理的焊接顺序来减少变形,这在生产实践中是行之有效的好办法。
安排焊接顺序时一般的原则如下。
(1)尽量采用对称施焊,能使产生的弯曲变形互相抵消。
(2)对某些焊缝布置不对称的结构,应先焊焊缝少的一侧。
(3)在可能的情况下,将连续焊缝改成断续焊缝,可减少焊缝和工件由于受热而产生的塑性变形,或者采用不同的焊接方向和焊接顺序,可使局部焊缝变形适当减少或相互抵消,从而达到总体减小焊接变形的目的。常见的焊接顺序如分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、分中对称法等(图4)。
图5显示了不同焊接顺序和分段时焊接应力的分布,改变焊接顺序减少了残余应力峰。
为防止焊接角变形,可以采取如预先点固焊和焊接夹具、多层焊、分段焊等方法。其中,预先点固焊的工艺能保证焊接间隙,并有一定的抗变形能力。其数量、焊角尺寸、焊点之间的距离以及点固焊的顺序需要综合考虑,防止对焊接残余变形产生累积影响。
5 焊接工艺改进
综上所述,侧板焊接变形控制采取的措施如下。
5.1 修改焊缝结构尺寸
侧板沿扁钢导轨增加槽焊缝孔(图6),间距为150mm,以保证连接强度,并减小焊接变形。其余位置保持交错断续角焊缝,焊脚尺寸K由5mm改为4mm,以减小焊接变形(图7)。
5.2 重新修改焊接工装
如图9(a)所示,将扁钢导轨置于预先布置好的定位柱中,定位柱的包络刚好是拟焊接的扁钢的轮廓曲线(图8)。定位柱保持一定的间隙,间隙保持在扁钢的厚度+0.3mm,既保证一定的焊接自由度,又防止过大的变形产生(图9(a)、图9(b))。如图9(b)所示,利用侧板的工艺大圆孔,插入定位柱,将侧板刚性固定,如图9(c)所示,使用压块压住侧板,进一步对侧板进行刚性固定。
5.3 优化焊接顺序
工艺顺序为:焊前沿侧板的槽焊缝孔进行点固焊,先焊槽焊缝,焊后进行平整,之后再焊角焊缝。这样的顺序可以减少扁钢的角度焊接变形,并有利于减小焊接内应力,此外,焊角焊缝时,调整焊接顺序为由中心向两端焊,并采用交错断续焊。
5.4 调整焊接参数
通过调整焊接电流,电弧电压,焊接速度,气体流量等参数来调整焊缝尺寸,保证焊接质量。使用1.2mm焊丝,焊接电压24V,焊接电流250A,焊接速度30～50cm/min,气体流量约14L/min,焊丝伸出长度10～12mm。
由于采用了合理的结构设计和焊接工艺,并有焊接工装保证,侧板与扁钢的焊接变形控制效果显著,经过几批次的加工试验,垂直度公差基本达到要求,平面度公差也基本达到要求。
6 结论
在实际生产中,要充分掌握焊接变形的规律和预防焊接变形的措施,综合考虑各种影响因素,制定出合理的预防焊接变形和最大限度地减少焊接变形的措施,从而减少矫正焊接变形的工时,提高产品质量及生产效率。
摘要：大面积板焊接时如果不进行控制,会产生很大变形。通过焊接理论分析和实践应用,探讨减小焊接变形的工艺控制措施,保证生产效率。
关键词：薄板,焊接变形,控制措施,工艺
参考文献
[1]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1982.
[2]付荣柏.焊接变形的控制与矫正[M].北京:机械工业出版社,2006.
[3]成汉华.焊接工艺学[M].北京:水利电力出版社,1995.
[4]王元良.焊接与焊接结构[M].中国铁道出版社,1981.
[5]方纯.浅谈焊接变形的产生及防止[J].科技博览,2010(16):285-287.
[6]方总涛.薄板焊接变形控制措施的研究进展[J].现代焊接,2011(7):20-22.
[7]明瑞云.薄板焊接变形分析及控制[J].焊接技术,2010(12):44-46.
[8]杨清雨.关于焊接变形的影响因素的相关探讨[J].科技与生活,2011(14):198.
[9]朱江.焊接变形的控制和预防[J].电焊机,2009(8):90-93.
焊接平台 篇2
【关键词】焊接冶金学 网络教学综合平台 教学改革
【基金项目】上海工程技术大学《焊接冶金学》课程建设项目（k201305005），上海工程技术大学《电弧焊基础》课程建设项目（k201305008），上海工程技术大学《电阻焊接》课程建设项目（k201305003）。
【中图分类号】G420【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）08-0252-01
焊接冶金学是焊接专业的核心专业基础课，是其他专业课程的基础。涉及到焊接热过程、焊接化学冶金过程以及金属凝固结晶和固态相变过程。焊接热过程是指焊接金属在热源的作用下局部受热和熔化，整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展，从而与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场及应力变形有关。焊接化学冶金过程是指金属与熔渣、气相之间会进行一系列的化学反应，如金属氧化、还原、脱硫、脱磷、渗合金等。金属凝固结晶和固态相变过程与凝固组织和由此导致的偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹及脆花等有关，因此，焊接冶金学的学习为正确选择焊接材料、工艺方法和制定合理的焊接工艺，探索提高焊接质量的新途径提供了理论依据。为了提高教学质量，各个高校在对焊接冶金学的教学内容、教学方法和实践教学环节进行了大量的改革，取得了一定的效果。
网络教学平台在原来教学系统的基础上，充分吸取教育技术理论与方法最新研究成果的基础上，应用网络技术，根据不同教学模式、不同教育对象的特点，为开展网络教学提供灵活的，可缩放的，适合于多种层面、多种对象及多种网络环境的交互式教与学支撑平台。近年来，网络教学平台的建设得到了快速发展，因此，可以有效的辅助课程教学。
一、网络综合教学平台辅助教学的特点
传统的教学模式主要还是由老师在课堂上传授知识为主，教学内容和资源主要由老师决定。教学的内容比较单一，实验的方法比较固定。而在网络综合教育平台下，学生可以获得较多的知识和信息，学生可以根据自己的兴趣和爱好，灵活的选择学习内容，同时，安排适合自己的学习计划。同时，网络综合教学平台是一个交互性较强的一种平台。它可以通过在线和离线的教学支持服务，教学平台集成视频会议系统、虚拟教室系统、聊天工具、讨论系统、内部电子邮件系统给学生提供学习导航、在线离线课程、答疑辅导、讨论、在线自测等服务，提高师生之间的互动水平以及学生的学习效果。
二、网络综合教学平台辅助教学的改进方法
1.提供网络综合教学平台培训
虽然网络教学平台已经逐渐在高校教学中建立起来，然而，其作用和价值还未得到足够的认识和重视，在普通高校教学体系中尚处于边缘状态。因此，学校应安排相应培训人员对老师和学生分别进行培训。对学生培训时不但需要对数字资源的使用进行培训，还需对具体课程教学平台的使用进行培训，通过一些实际案例让学生能亲身体验和感受网路教学平台带来的优势及效果，激发学生网络教学的积极性。对老师培训不但要求掌握如何使用数字资源、如何操作教学平台。同时，还应重点培训老师在网络教学平台上如何构建一门课程、如何建设成精品课程，以及在网络环境下申报精品课程应该注意哪些问题。如何对信息量进行丰富并适用于课堂，如何体现网路教学互动功能。最好是有实际案例来介绍教师应如何从最基本的教学平台建设开始，各个环节的各个功能如何操作，最后如何利用普通的课程资源建设成为精品课程。
2.创建并丰富网路综合教学资源
针对焊接冶金学课程的特点，在教学过程中将教学方案、课程介绍、各章的教学课件、教学方案、各章有针对性的习题、实验指导书等上传到网络综合教学平台上。同时，教师根据自身的条件，上传一些与课程相关的参考资料、最新研究方向及发展趋势等内容到平台上，使学生不但能自主的获取焊接冶金学相关的基础知识，同时还能实时、精确的掌握现代科技发展动态，提高学生的学习积极性。如讲到熔滴过渡时，上传一些采用高速摄影拍摄到的熔滴过渡的动画，通过动画可观察电弧形态和熔滴过渡特征，认识各种电弧和熔滴过渡过程，了解特点，同时可以熟悉常见焊接方法的电弧形态及熔滴过渡条件。另外，对于一些新型高效化的电弧焊接技术的熔滴过渡也有所了解，如磁致旋转射流过渡，双丝过渡等，通过动画制作可以让学生清楚的观察到。网路教学平台上应给出的章节重要知识点，学生通过这些知识点的引导，能快速的把握章节中的核心内容，利于其理解、消化课堂知识。
同时，教师不但要把自己的手头资料上传到网路教学平台上，也应鼓励学生通过自身的学习、总结以及收集整理出有用的学习资料上传到网路教学平台，一方面丰富教学资源，另一方面也使学生的积极性提高，加深学生对知识点的掌握。
3.开展网络互动教学
实现网上交流互动、答疑测试以及发布任务等教学互动是网路教学综合平台辅助课堂教学的核心及关键，可以弥补课堂教学互动的不足。主要从以下几个方面进行网路互动教学。一是设立专题讨论。要求学生查阅相关资料，围绕某一主题进行讨论。从而让学生学会如何获取信息、分析信息，甚至加工和运用信息。如设定专题为LNG储罐的焊接技术及发展。让学生查阅相关资料，了解LNG储罐的母材特点、焊接结构的使用条件。焊接材料的选择，接头如何设计，焊接方法以及焊后检测方式等。学生通过查阅相关资料，总结出目前焊接LNG储罐的焊接技术以及发展动态。从而加深课堂知识的学习。二是“任务”式的教学模式。老师可以有意识的设置一些任务，组织学生进行研究、探索，最后完成这個任务。三是网上留言、收发邮件等方式进行互动。让学生把自己想问的问题或获得的经验和成果发表到讨论区或者设定的老师邮箱，老师积极的回应学生的留言以及回复邮件，促进学生学习。
因此，在信息技术不断发展的历程中，利用网络教学平台辅助课堂教学，还有较多需要改革和提高的地方。而焊接冶金学课程的教学质量会随着网络教学综合平台建设的发展更上一个水平。
参考文献：
[1]冀新花.高校基于网络教学平台的教师引导——学生自主教学方式研究.宁波教育学院学报，2008，10（5）：20-24.
一种新型万能焊接平台 篇3
1. 结构组成
万能焊接平台主要由箱体1、多功能焊机2、旋转电动机3、工作台4、快速夹具5、左支撑旋转架6、锁紧螺杆7、翻转电动机8、升降电动机9、多用途夹具10、右支撑架11、齿条12、控制系统13、固定套14、中央连接套15、立柱16、限位套17等部件组成,如附图所示。
旋转电动机3安装在工作台4下端,工作台4安装在左支撑旋转架6上。左支撑旋转架6一端固定连接在中央连接套15上,另一端与工作台4下端连接。右支撑架11一端固定连接在中央连接套15上,另一端与多用途夹具10连接。翻转电动机8和升降电动机9分别安装在右支撑架11上,中央连接套15套装在立柱16上。
2. 技术特点
(1)工作台可调
万能焊接平台上的3电动机,分别用于控制焊接工作台的升降、旋转和翻转。在其底部设有的脚踏开关,用于对工作台进行适时调整,以便适应各种类型的零(部)件在不同位置上的焊接。应用该设备,能确保焊件始终处于最理想的施焊位置,可大大提高了焊接质量,降低劳动强度。
(2)定位与夹紧准确快速
万能焊接平台的工作台上装有4个可调式快速夹具,夹具底座用螺栓固定在工作台上,其位置可根据焊件的大小进行调整。该夹具利用杠杆原理对焊件进行准确定位、快速夹紧。其带有自锁装置,从自由状态到锁紧状态仅需几秒钟,可大大提高焊接质量及效率。
另外,在工作台的另一面装有多用途夹具。通过调整该夹具的丝杆与V形铁配合,可对各类管材零件、板材零件和型材零件进行快速夹紧和定位,大大降低了工件的焊接变形。
(3)探伤检测快速准确
万能焊接平台配备有高效探伤检测仪,可对焊接质量进行快速准确的检验和评判,对焊缝里的气孔、夹渣、裂纹等焊接缺陷均能直观检测,大大提高了质量检验的科学性和先进性。
(4)功能多样
该万能焊接平台配备有的多功能焊机,具有体积小、功能多和一机多用之功效,能满足各种碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝、铝合金等金属的焊接需要,具有比较广泛的适应性。
3. 应用
利用该万能焊接平台手工电弧焊功能,可完成对各种碳钢类零部件的焊接。利用氩弧焊的直流电焊功能,可完成对不锈钢零部件的焊接。利用氩弧焊的交流电焊功能,可完成对错及酬合金零部件的焊接。
当接通外接电源以后,操作者便可在焊接工作台上进行不同类型材质、不同性质焊条和不同焊接位置的焊接作业。当没有电源时,可利用该设备进行模拟焊接动作的练习。
焊接平台 篇4
金属油箱为薄壁容器,由于其密封性要求很高,为提高焊接加工效率,工业生产中经常使用电阻缝焊[1]。 传统的油箱焊接基本都是通过工人手工扶持油箱,让油箱在支撑上,随着焊机焊极运动,其劳动强度大,加工效率低,且焊缝的质量完全是依靠操作工人的经验, 导致焊缝误差很大,翻边后油箱的密封性较差。PLC的可靠性高,适用于工业加工环境[2];而伺服电机具有反馈装置,可以实现精确加工。为此,本文开发了一个由PLC控制的自动焊接平台,以实现高精度和高效率的油箱焊接。
1自动焊接平台结构及原理
自动焊接平台主要包括横向(X轴)进给系统、纵向(Y轴)进给系统、旋转(C轴)进给系统和油箱夹具等,如图1所示。横向、纵向进给系统都由伺服电机、 联轴器、滚珠丝杠、导轨及3个接近开关组成;转动进给系统由伺服电机、减速器、回转支承及一个接近开关组成。纵向进给系统安装固定在横向进给系统之上, 旋转进给系统安装固定在纵向进给系统之上,油箱夹具安装固定在转动进给系统的回转支承上面。具体进给速度和进给量由PLC程序和焊机焊接频率确定。
焊接平台的接近开关分别为原点开关、负极限开关和正极限开关,极限开关用于限定电机的移动位置, 以免电机超出安全位置;原点开关用来确定系统的加工坐标原点。
2控制系统硬件设计
控制系统的硬件主要包括PLC、触摸屏和伺服电机等,如图2所示。伺服电机的机电时间常数小、线性度高,还可以通过编码器实现反馈,形成(半)闭环控制[3],这样就可以精确控制油箱的运动位置实现油箱的定位和加工。
PLC的输入主要包括按钮、接近开关、伺服驱动器信号、焊机脚踏开关信号等17个输入信号;输出主要包括伺服电机的脉冲和方向控制、焊机焊极的升降、 动力开关、指示灯、报警器、伺服启动控制、X轴电机模式切换等13个信号。综合考虑输入输出点数、性能要求和成本,PLC最终选用了欧姆龙的CP1H-X40D。
1-X 轴电机;2-X 轴联轴器;3-X 轴丝杠;4-Y 轴电机; 5-Y 轴联轴器;6-Y 轴丝杠;7-缝焊机;8-回转支承; 9-C 轴减速器;10-油箱;11-C 轴电机
控制系统以PLC为中心,采用触摸屏与PLC双向通信,通过触摸屏可以修改油箱预焊接焊缝的长度、 宽度和过渡圆弧半径等尺寸,以适应不同尺寸油箱的加工,相应的参数会在触摸屏上显示出来[4];PLC通过伺服驱动器,控制伺服电机实现相应的运动,伺服驱动器接收编码器的反馈信号,并把伺服电机运行状态等信息传给PLC,PLC再根据这些信号发出对应的指令控制电机以实现相应的动作。当该装置在运行中出现紧急情况时可以通过急停按钮切断整个系统的电源,以确保安全。
3控制系统软件设计
通过对油箱加工要求和加工工序的分析,软件系统设计有手动调整、自动加工、型号选择、参数设置、报警查询等5个功能模块[5]。
5个功能模块的核心是手动调整和自动加工。
(1)“手动调整”模式主要用于检修和微调,其中有横向、纵向和平台回转手调,可通过触摸屏上的按钮实现相应的操作。如通过界面上的“快进”或“快退”按钮实现各方向的快速动作,还可以修改移动速度、显示移动量等。
(2)“自动加工”模式用于油箱的自动焊接。该系统的焊接是一键自动完成的,油箱的取放由工人完成。 油箱装夹完毕后,按下控制柜上的“启动”按钮,可以实现该油箱的自动焊接,焊接完毕后回到适合工人取放油箱的合适位置。焊接过程中如果出现加工问题则按下控制柜或者触摸屏上的“停止”按钮,使焊机焊极升起,停止油箱的焊接。此外,当伺服电机在运行中出现故障时,伺服驱动 会提供相 应的报警 信号给PLC, PLC发出指令,使电机停止运行,停止油箱焊接,同时触摸屏中会出现一个报警窗口,显示此次报警的具体信息。
4焊接轨迹计算
如图3所示,为保证后续翻边工序中油箱的密封性,焊接时要求焊缝为带有4段不同圆弧的矩形,且焊缝与油箱边缘的距离为3mm~5mm。因此,程序设计的关键是焊接轨迹的计算与控制,其主要原理如下:
工作台回原点后,建立图4(a)所示的直角坐标系,另一个自由度设为C轴,工件中心(或者回转支撑中心)为C轴回转中心,设为点Ot,设焊缝的长为2a, 宽为2b,第一个过渡圆角半径为R1,工件为逆时针回转。
油箱的焊缝 由直线段 与圆弧段 连接而成,如图4(a)所示,下边直线边中点M为焊接起点,先焊接下边的左半直线段,再焊接左下圆弧,然后依次焊接直线段和圆弧段,最后焊接下边右半直线段。
为了实现焊接轨迹,控制3台伺服电机移动工作, 使得需要焊接的点依次运动到焊机焊极所在的位置, 即图4(a)中的W点,设其坐标为(XW,YW)。
4.1直线段轨迹
焊接开始时,首先控制X轴和Y轴伺服电机,使焊接起点M快速到达焊机焊极所在的位置W点,这样工件就到达图4(b)所示的位置,这时M点坐标就为(XW,YW),此时焊接平台中心Ot的坐标为(Xt,Yt):
然后开始第一部分直线段的焊接。
直线部分的焊接要求焊接平台沿X轴进给,此时X轴伺服电机采用力矩模式,以确保X轴进给速度与焊极的旋转线速度匹配。当S1点到达焊机焊极所在位置W点时,直线段焊接结束,圆弧焊接开始,如图4(c)所示,这时S1点坐标就为(XW,YW),此时焊接平台中心Ot的坐标为:
4.2圆弧段轨迹
焊接轨迹控制的关键部分是圆弧焊接,3个轴的电机同时运动,通过PLC的中断程序实现插补焊接, 由于4个圆弧的工作原理相同,现以第一个圆弧为例进行说明。
圆弧焊接过程 中,为了形成 理想的圆 弧,以图4(c)中的O2点作为瞬心,始终保持不变,工作台的回转中心Ot由图4(c)位置旋转到图4(d)所示的位置。 设转弯开始时,初始角度为θ01(见图4(c)),其对边长度:
由此可得,任意瞬时焊接平台中心Ot的位置为:
其中:θ为C轴的旋转角度,图4(c)位置为0°,运动到图4(d)时为90°。
圆弧焊接过程中,依据电极 的旋转线 速度,让C轴以匹配的角速度匀速旋转,采用定时中断,不断地利用式(3)来计算工件中心点的位置,实时控制X、Y两轴伺服电机,实现过渡圆弧的连续平滑加工。
5结束语
本文开发的油箱焊接平台控制系统以PLC为中心,通过模块化思想,实现了系统的手动调整和自动运行,借助触摸屏实现了不同尺寸油箱的加工和操作的可视化,最终很好地实现了系统的可靠性和高效性;系统中使用接近开关,实现了安全保护和定位加工,PLC程序中通过中断实现了焊接的一致性。
摘要：针对手工扶持焊接劳动强度高、焊接质量差的现状,开发了一个自动焊接平台。采用基于PLC的控制系统,对油箱的焊接进行自动控制,实现连续循环加工,最终使焊接平稳、焊缝规则。在直线焊接时,伺服电机处于力矩模式,实现与焊机焊极的线速度匹配;在圆弧焊接时,通过三轴联动实现圆弧过渡;并且可以通过触摸屏设定油箱焊接焊缝的长度、宽度和过渡圆弧半径等参数,以满足不同油箱的焊接要求。
焊接平台 篇5
关键词：地铁车辆,空调安装平台,焊接变形,改进
1 概述
安卡拉地铁车辆项目采用不锈钢车体, 宽度为3 124 mm, 长度为22 209 mm (带司机室) , 车辆轮廓限界最高处仅为2 540 mm, 内部空间高度要求2 200 mm, 塞拉车门门洞高度2 134 mm。由于空调机组厚度达320 mm左右, 意味着空调下方的车内空间高度会稍微低于2 200 mm, 即位于车顶的空调机组安装平台宜分布在车体两端处, 并只能采用下沉式结构, 才能满足车门、空调及内装等系统的安装 (见图1) 。
车顶的水密封性能一直是不锈钢地铁车辆的难点, 尤其对于下沉式空调, 水不能直接从车顶两侧排出, 只能通过设置专门的空调冷凝水及雨水收集装置和排水管路将水从雨檐或者车内排走。为了保证车体30年内不发生漏水现象, 车顶外露的不锈钢板之间的缝隙不宜打胶处理, 而采用连续焊方式密封。但车顶采用的SUS301L系列不锈钢材料热膨胀系数大, 且热导率低, 大量热量聚集在焊缝区域, 易导致焊接变形[1]。对于空调安装平台来说, 过大的变形会引发积水现象, 同时会对其他系统的安装精度带来较大影响。
2 焊接变形的产生
2.1 产品结构及生产流程
空调安装平台为中间低, 四周高的井状结构 (见图2) , 空调机组基本能全部被其容纳。空调骨架结构起主要承载作用, 空调底板之间及其与隔板满焊连接能起到很好的密封作用, 并与空调骨架点焊连接形成整体承载的板梁结构。根据结构的特点, 在试制阶段制定的工艺流程为:空调纵梁、横梁、支持梁组焊成空调骨架结构→连接梁与空调骨架焊接形成立体框架结构→三块底板拼接弧焊→空调底板、点焊固定到空调骨架上→隔板与底板端头点固→回风口挡圈、空调机组安装座和排水槽焊等配件与底板密封弧焊。
2.2 焊接变形及原因分析
在上述试制生产过程中, 为控制产品的尺寸精度, 对每一道弧焊工序工装进行严格定位, 焊接前都做好焊接试验来调整控制焊接参数。但卸载工装后, 发现每一道弧焊工序依然产生了一定的焊接变形, 产品最终制造完成后, 测量发现整个空调安装平台产生了较大的波浪变形, 且部分尺寸超差严重。经过分析和现场测量, 空调安装平台制造过程中主要存在以下变形。
1) 空调骨架组焊后宽度尺寸变短或角度超过120° (图3示) , 甚至产生一定扭曲。空调横梁与支撑梁连接的五道对接焊缝焊接过程发生收缩变形, 由于焊缝位置有立向上、平角焊等不同类型, 焊缝间隙不一致, 焊接参数和时间控制难以把握, 导致该处变形规律较难总结发现。而且焊缝有余高, 当后续用于安装内装梁的分块连接座贴在支撑梁和横梁两侧时经常出现贴合不严 (图4示) , 甚至与空调纵梁、横梁之间的角焊缝干涉, 需打磨处理, 增加了生产周期和成本。
2) 空调底板通长焊缝长达4 m, 板厚为2 mm, 要求焊透, 比较适合采用热输入量较小的激光焊或缝焊技术, 由于设备工装所限, 暂时只能采用普通的MAG焊, 该方法热输入量大, 焊后底板不可避免产生了较大的波浪变形, 平面度差, 宽度尺寸也有所减少。
3) 连接梁与空调骨架弧焊后产生了一定横向方向的弯曲变形, 再把空调底板落下来, 发现梁板之间的搭接间隙过大 (如图5) , 此时, 结构已经基本定型, 调整难度大, 只能靠电阻点焊时施加压力来实现接触连接, 但这种方式会使搭接面产生波浪变形, 直线度下降较大。
4) 空调平台各种附件焊完后, 由于焊缝收缩变形及不对称分布, 空调安装平台横向方向出现了下塌, 有积水隐患, 八个空调安装座之间的整体平面度较差, 其与回风口高度差也不稳定, 给空调机组运行密封性能带来风险。
3 处理措施及效果
空调安装平台的变形控制虽然没有不锈钢车体侧墙外板要求的那么严格, 但是, 大量弧焊的采用让变形量控制成为车顶制造工艺的关键点。通过前几节车的制造探索和经验总结, 以下两方面工作产生了较明显的作用。
3.1 结构设计改进
从设计上减少焊缝数量和长度是减少变形的重要途径之一。考虑到空调横梁与支撑梁的对接焊缝承受较大的空调机组重量载荷及运行时的振动载荷, 不能直接取消, 于是把这两种梁设计成一个整体折弯件结构 (图6) , 并计算出止裂口最佳形状和尺寸, 保证工装压紧时整体横梁的120°角度, 把对接焊缝的数量由五道减为两道。考虑到内装梁安装需要, 把之前通过螺栓连接的分块连接座改为整体连接座 (图7) , 作为车体焊接结构件, 并设置塞焊孔把整体横梁两截断开的面连接起来。这样既保证了空调安装平台的强度, 又解决了内装梁的安装精度。
3.2 工艺改进
根据试制过程焊接变形及累积情况, 应适当调整工序, 使焊接顺序更合理。为解决连接梁与空调底板之间的间隙无法调整问题, 把连接梁的焊接工序后移, 但是为控制后续的装配难度, 在空调骨架结构组焊时, 先把连接梁按理论位置摆放, 然后依靠骨架结构焊接收缩产生的力把连接梁卡住固定, 等到空调底板与空调骨架结构点焊完, 再卸下调整间隙, 最后完成连接梁与空调骨架间的弧焊, 这样既保持连接梁与空调骨架结构先形成整体框架方便吊运, 同时有效解决了装配间隙引起的波浪变形。此外, 原方案空调底板组焊和骨架结构组焊分别完成后再点焊固定, 两者焊后宽度尺寸变化不一致, 装配时出现间隙或者拱起。新方案则把两侧的空调底板先与骨架结构点焊上, 再把中间底板进行修配、完成于骨架结构的点焊, 最后再完成三块空调底板间的焊缝。这种方式是利用骨架结构的刚度来限制空调底板间通长焊缝引起的变形, 最终焊后空调底板的平整度得到了大幅提高。
在焊接前, 可以做反变形减少焊后尺寸偏差, 空调底板先与空调骨架点焊固定后再对三块底板进行弧焊, 该工艺有一个负面影响, 就是弧焊后会使空调安装平台横向下凹4~5 mm, 据此, 在焊接空调骨架时便做相应上挠度的反变形能有效解决该问题。同时适当工艺放量可以减少焊缝收缩带来的影响, 空调骨架焊后横向会有收缩3~4 mm, 在空调底板宽度工艺放量时考虑该因素, 能显著减少修配工作量。针对空调安装座平面度问题分析, 发现主要原因是空调安装平台纵向方向也有一定焊接变形, 由于平台较长, 这种变形很难控制, 因此, 把安装座的高度尺寸工艺放量增加3 mm左右, 根据每个空调平台实际情况进行打磨调整, 大大提高了空调安装平台的平面度。同时, 在焊完空调安装座之后, 再确定回风口的焊接定位尺寸, 保证了高度差要求。
对焊后的空调平台进行火焰矫正是使产品达到设计图纸平面度、直线度要求的关键工序。空调平台骨架结构焊后平整度通常没有达到要求, 须进行火焰矫正, 但温度需控制在600°以下, 每个部位调火次数也限制在2次内, 以免降低材料及焊缝的强度。整个空调安装平台包括配件焊完后, 在梁布置稍微稀疏的部分位置, 空调底板可能会产生失稳变形, 即产生凹陷, 这种变形不仅会有积水隐患, 更严重的是在空调运行过程中产生振动噪声, 降低车辆的舒适性。因此, 检查时对踩下去发生明显回弹甚至发出声音的空调底板部位, 要进行局部火焰调平, 直到绷紧为止。
4 结语
采取以上措施控制焊接变形后, 后续批量制造的空调安装平台的平面度和强度基本达到了产品设计要求, 返工率明显下降, 生产效率得到较大提高, 满足一天生产一个空调安装平台的进度要求。安卡拉地铁车辆作为公司首个不锈钢车辆项目, 在试制过程中要求设计者全程跟踪服务现场, 保证研制过程中工艺出现的问题及时得到设计方面的技术支持, 协同分析, 把握重要尺寸, 甚至对结构进行优化设计, 这种短平快的项目管理方式是最终制造出合格产品的有力保障。
参考文献