自动化焊接系统（共7篇）
自动化焊接系统 篇1
引言
真空阀是用于真空设备中的阀体, 而壳体是真空阀中最主要的结构件, 它要求的精度很高, 焊接变形量要越小越好。以往的此工件的焊接在全国范围内都是用人工来完成, 焊接的工作夹具也是手动形式;如此, 不仅工作的效率比较低, 工件的质量、精度、一致性都难以保证, 造成工件的废品率比较高, 这就造成了企业生产的成本高了很多。
因此, 本文介绍的真空阀壳体自动化焊接系统是我们根据目前真空阀企业现状进行的一次工厂自动化的提升, 其综合应用了工业计算机控制技术、传感器技术、总线技术、数据采集技术、气动技术及机器人焊接等先进技术开发研制而成。
1 真空阀壳体自动化焊接系统的整体工艺及布局
(1) 整体工艺的规划。工序1 (根据生产计划, 配料) --工序2 (壳体面板等焊接) --工序3 (壳体法兰等焊接) --工序4 (入库)
(2) 整体布局。真空阀壳体自动化焊接系统布局图如图1所示:
真空阀壳体自动化焊接系统由送料车、焊接机器人、焊接工装等组成, 总体布局根据产品种类尺寸以及现场空间而设计, 布局合理, 紧凑。
2 真空阀壳体自动化焊接系统的系统组成及功能
真空阀壳体自动化焊接系统主要由物料小车、焊接机器人系统、壳体焊接工序一、壳体焊接工序二、电控系统、安全防护系统、检测系统等组成。其主要的功能在于, 减少人员在焊接过程中的工作量, 提高工作效率, 提升产品品质, 实现真空阀壳体的焊接自动化, 通过机器人以及旋转的自动化焊接夹具, 配置相应的电控系统, 实现壳体的高精度焊接工作。
3 真空阀壳体自动化焊接系统的整体方案概述
工序1:在实际生产过程中, 工序1是配料的过程, 此过程根据生产任务, 人工配料, 通过物料小车运送到工序2。
工序2:壳体进行焊接时采用夹具转进转出的方式进行, 当焊接进行时, 人工同时安装另一套壳体零件, 节省了安装的时间, 提高焊接工作效率。该结构通过底部气动旋转结构, 实现两套夹具间的转进转出的运动。在回转支撑上部, 中央设置有挡光板, 防止在焊接时伤害操作员的眼睛。每套夹具通过伺服电机驱动, 带动夹具在任意角度的旋转, 方便机器人在任意角度的焊接。
工序3:壳体进行焊接时采用夹具转进转出的方式进行, 方式与工序二相同。每个夹具及防护设计也与工序二统一。具体形式如图所示:
其他:
(1) 检测系统。检测系统主要功能为检测工装夹具加持过程中的尺寸精度, 以及焊接过程的尺寸变形曲线, 同时检测成品最终尺寸, 确定产品是否合格。检测系统贯穿在整个焊接工序的过程中。
(2) 安全系统。安全系统采用各类的传感器以及安全光栅等, 确保人员进出的安全以及机器人焊接过程中的弧光保护以及有害气体保护。有害气体采用封闭整个焊接区的方式, 在封闭间顶部采用引风机进行除尘。
4 真空阀壳体自动化焊接系统的控制系统组成模块
控制管理系统主要包含下列模块:
(1) 管理和监控系统模块。管理和监控系统由管理计算机和监控计算机组成, 主要对生产线上的设备进行实施监控、信息的采集、存储、统计与管理。方便操作工人录入检测数据和管理人员能够实时了解生产过程的数据。
(2) 输送系统控制模块。输送系统控制模块主要用来控制工作夹具旋转的驱动电机, 挡停装置等。根据传感器发送给PLC的指令控制输送系统驱动电机的启动停止, 以及挡停装置的升降机升降机的举升和下降, 实现夹具旋转的精确定位。
(3) 机器人焊接控制模块。机器人焊接控制模块主要用来控制焊接过程中机器人焊枪精确定位及行走路线等的执行元件, 根据PLC模块的指令, 按照程序控制机器人焊接元器件执行工作。
(4) 性能检测控制模块。性能检测控制模块主要用来控制检测系统的各种检测元件的精确定位, 传感器的信息采集及反馈, 根据PLC反馈信息, 检验产品检测结果, 并将检测结果通过以太网上传给管理计算机。
(5) 壳体标识自动识别、打印系统模块。每一个壳体采用唯一的标识, 在壳体焊接开始前, 标识识别系统根据壳体焊接物料上的条码进行自动读取信息, 根据读取的信息确定壳体焊接应用程序及各工位检测结果识别。
(6) 数据库存储分离模块。壳体在焊接及检测任一环节过程出现不合格, 数据库会将不合格品分配给不合格品数据库, 不合格壳体标识并返回装配工位进行下线, 待调整好后再次上线, 保证每一个产品都有数据可查。
5 结论
在真空阀壳体自动化焊接系统的研发和设计过程中, 通过综合运用计算机控制技术、传感器技术、总线技术、数据采集技术、柔性化焊接夹具技术、气动技术等先进技术, 成功解决了多品种壳体自动焊接生产、实时在线检测及等关键难题, 同时提高了企业的生产效率以及产品的质量, 这在国内相关行业中还是首次, 通过实际的生产应用, 得到了较好的实际反馈, 为以后真空阀的自动化焊接领域提供了有价值的参考, 具有重要的示范价值和推广意义。
摘要：文章简要介绍了真空阀门的壳体自动化焊接系统的设计, 通过系统的网络化、信息化及柔性化设计解决了真空阀壳体的焊接通用性、产品质量、焊接变形量等问题, 减轻了工人劳动强度, 提高了生产效率, 并且通过有效的装夹设备, 提升了壳体的焊接质量。
关键词：自动化,工装夹具,通用性,真空阀,壳体,机器人焊接
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自动化焊接系统 篇2
1.1 焊接对象与焊接工艺选择
环缝焊接是指焊接起点与焊接终点重合, 焊接成型后焊缝呈现一个圆环形状的焊接方法, 常用于液压油缸、贮气筒、管道及储液筒体的焊接。环缝焊接相较于直缝焊接工艺复杂、对焊接质量要求高且往往焊接对象有一定的密封性要求, 因此环缝焊接常常采用自动化焊接来提高焊接效率和改善焊接质量。
1) 焊件参数
焊件参数如表1所示。
2) 焊接工艺
焊接材料为Q235, 属于低碳钢焊接。通过综合对比分析各种焊接方法的原理、特点、适用场合、焊接效率以及焊接对象本身的特性, 为此我们得出如下结论: (1) 电阻焊焊接功率小, 一般适用于薄板焊接 (0.1mm~0.5mm) 。 (2) 二氧化碳焊接突出的问题是金属飞溅量大, 电弧稳定性差, 焊后焊缝表面成型差, 熔滴过渡不稳定。 (3) MIG焊接采用的气体为惰性气体, 焊接成本较高, 一般用于焊接容易氧化的金属材料。 (4) TIG焊是使用钨级作为非熔化电极, 采用惰性气体作为保护气体, 焊缝美观, 但是焊接效率低, 一般用于薄板的焊接。 (5) MAG焊接加入了少量的氧化气体, 焊接时提高了电弧的稳定性, 飞溅量减小 (飞溅率为1%-3%, 采用射流过渡时几乎无飞溅) , 焊后焊缝成型美观, 并能提高金属的韧性, 焊后清理少, 能明显改善焊接环境。
1.2 焊接参数
根据焊接对象和选用的焊接方法, 我们来确定MAG焊接的焊接参数和选用焊接设备。MAG焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝直径、保护气体的种类及其流量。
1) 焊接电流和电弧电压:通常是根据焊件的厚度及熔缝熔深来选择焊接电流及焊丝直径。该管道圆筒厚度为6mm~8mm, 属于中等厚度, 采用MAG焊接时熔滴过渡形式可以是短路过渡、射流过渡、脉冲过渡。短路过渡采用较细的焊丝及较小的焊接电流, 焊缝熔深较浅, 主要用于薄板的焊接。当板厚大于3.2mm时, 采用射流过渡使得焊接电弧稳定, 焊缝成形良好。根据MAG焊接参数表可选择焊接电流为310A~320A, 焊丝直径为1.6mm。焊接电压要依据焊接电流来匹配, 从而形成稳定的焊接过程, 取焊接电压为26V~27V。
2) 焊接速度:在焊件厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下, 焊接速度增加, 焊缝熔深及熔宽均减小。焊接速度过高可能产生咬边, 要根据焊缝成型及焊接电流来确定合适的焊接速度, 取焊接速度为3mm/s~5mm/s。
3) 焊丝伸出长度:电焊丝的伸出长度增加, 其电阻热增加, 焊丝的熔化速度增加。焊丝长度过短, 电弧易烧电嘴, 金属飞溅易堵塞喷嘴。对于射流过渡焊接, 合适的伸出长度为13mm~25mm。
4) 保护气体流量:流量过大或过小, 都会造成紊流, 保护效果不好。常用的熔化极氩弧焊的喷嘴孔径为20mm左右, 保护气体流量为20L/min~25L/min等。
因此主要的焊接参数如表2所示。
1.3 焊接设备
MAG焊接设备主要由弧焊电源、送丝系统、焊枪、供气系统和控制箱等组成。
1) 焊接电源:MAG焊接电源通常采用直流弧焊电源, 电源可分为二极管整流式、晶闸管可控整流式、逆变式等几种。MAG焊接采用的较细的焊丝, 因此匹配焊接电源时选用平外特性或者略微下降外特性的电源。
2) 送丝系统:通常送丝系统包括送丝机构、焊丝盘、导丝管等。根据送丝方式的不同, 可以分为推丝式、拉丝式和推拉丝式3种基本送丝方式。选用应用较为广泛的推丝式送丝方式, 推丝式焊枪结构简单轻便, 操作和维修都较方便。
3) 焊枪:主要有导电嘴、导电杆和焊缝跟踪指示器组成。
4) 供气系统:供气系统一般有气源 (高压气瓶) 、气体减压阀、气体流量计、电磁气阀和送气软管等组成。
5) 控制箱:控制箱有面板、箱体、电路板和插座等组成。设置了电源开关、焊接开始按钮和焊接停止按钮, 可以实时显示和调节焊接参数 (焊接电压、焊接电流、焊接速度等) , 可以切换焊枪行走方向, 设置系统运行状态。
2 自动焊接系统的机械设计
2.1 整体结构设计思路
常见的焊接机械手结构一般有关节式和直角坐标式。关节式机械手可以实现多个自由度, 动作灵活, 工作空间大, 占用面积少, 但是运动控制复杂, 设计成本高, 适用于加工工序复杂、空间狭窄的场合。直角坐标式机械手结构类似于机床, 其达到空间位置的3个运动是由直线运动构成, 这类机械手优点是运动模型简单, 控制精度高, 缺点是机构庞大, 占地面积大, 工作空间小, 适用于专用焊接机器人。
筒体环缝焊接的时候, 结合MAG焊接的特点, 可将筒体放置为水平焊接位置, 使焊枪始终处于焊缝的正上方, 配合驱动筒体旋转的变位机构和支承机构完成环缝的焊接。在焊接前, 焊接机械手只需要夹持焊枪准确到达施焊位置, 焊接过程中, 焊枪位置保持不动, 焊接完成后, 焊接机械手退回到初始位置。整个过程中焊接机械手无需复杂的动作, 焊接动作单一, 因此选用运动模型简单, 设计成本较低的直角坐标式机械手结构。
2.2 设备主体结构
图2设备实物图。自动焊接专机采用机床式结构, 由床身、焊枪架和滚轮架组成。
1) 床身
床身两侧有两个主轴箱, 左侧主轴箱固定于床身的底座上, 右侧主轴箱安装在直线导轨上可以左右移动, 适应固定不同长度的筒体。焊接筒体准确放置后, 锁紧装置将右侧主轴箱固定在直线导轨上, 防止焊接过程中主轴箱移动造成焊接筒体脱落。两侧主轴由交流伺服电机经齿形链减速器同步驱动, 主轴连接筒体装夹装置, 带动筒体一起进行旋转运动。
2) 焊枪架
焊枪架横梁由固定在床身上的两根立柱支承, 横梁和立柱均采用焊接结构件, 保证整体良好的刚性。横梁上安装有直线导轨, 由交流伺服电机带动滚珠丝杠驱动安装有焊枪的滑架在横梁左右方向移动, 焊接时由设定的摆动参数控制。滑架上加工有齿条, 焊枪的上下移动靠电机带动减速器由齿轮齿条传动实现。
3) 滚轮架
滚轮架用于装卸焊接筒体时支承筒体, 同时用于筒体的定位。滚轮架固定在底座的直线导轨上, 可以沿筒体的轴线方向移动。滚轮架采用自调式, 可以根据焊接筒体的直径自动调整轮组的摆角, 并实现自动调心。
4) 气动三角卡盘
焊接过程中, 我们采用气动三角卡盘来固定焊接筒体, 气动三角卡盘结构简单, 工作可靠, 具有自定心作用, 完全可以满足设计需求。在使用过程中, 气动三角卡盘连接在主轴分度头上或分度盘上, 气管的连接不影响卡盘的旋转。
3 控制系统
3.1 控制系统硬件设计
本焊接系统以PLC为核心, 由触摸屏显示器, 继电器、接触器等组成, 可实现对电动机的启停, 气缸的动作控制和焊接过程的顺序控制。选用PLC型号时, 应分析焊接工艺过程和明确控制要求, 根据系统要求的操作和控制动作, 估算出输入输出点数、所需的存储器容量, 选择较高性价比的PLC, 并以此设计控制系统。
焊接过程中, 我们选用E6A2-CS5C型编码器来判断筒体是否旋转一周, 编码器安装在主轴的输出轴上, 当筒体旋转一周, 编码器就会输出360个脉冲, 编码器通过PLC的X0口输入。焊接电源有直接的远程控制接口, 通过接口电路与PLC通讯, 实现对焊接电源的启停和焊接参数的调整等控制, 对于气动夹具, 是通过电磁阀YV进行控制, 变位机是通过控制接触器KM来实现的。为了更好的监控焊接过程, 我们分别设置了焊接指示灯、工件旋转指示灯和气动夹具指示灯。综合分析焊接过程和控制要求, 输入输出安排如表3所示。
从输入输出表可以看出至少需要9个输入端口, 9个输出端口。根据输入输出端口的数量, 可选用型号为三菱公司的FX2N-32MR-001, 具有32个输入输出基本单位。根据端口的分布, 硬件接线图如图3所示。
3.2 控制系统软件设计
根据焊接工艺及控制要求, 编制自动焊接控制程序流程如图4所示, 在焊接筒体固定好后, 系统会根据输入的筒体的参数或者预定的规范参数, 控制电动机带动焊枪准确到达施焊位置, 为了保证焊接质量, 在接通焊接电源前, 通保护气体2s~3s。焊接过程中, 可以实时检测和调整焊接参数。当编码器计数到360时, 切断焊接电源, 由于电弧是缓慢熄灭的, 变位机和气阀应在延迟2s~3s后停止和关闭, 这样可以保护焊缝熔池和避免焊缝金属被氧化。气动卡盘应在停转后10s松开。焊接过程也可以人为手动操作, 按动停止焊接按钮来代替编码器发出的焊接停止信号。
4 结论
环缝焊接技术广泛应用于石油管道、液压油缸、汽车方向架、传动轴、贮气筒等产品的焊接。焊接自动化设备朝着更加自动化、智能化、人性化的方向发展。以PCL为控制核心的焊接自动化设备工作可靠, 操作简单, 功能齐全, 大大提高了焊接效率, 保证了焊接质量, 改善了焊接条件。相信未来会有更多控制精度更高、智能化程度更高, 人性化更高的焊接自动化设备面世。
摘要：焊接是工业生产中一种重要的加工工艺, 随着科学技术的进步和现代社会对于工业产品更高的要求, 焊接自动化、智能化日趋成为发展的主要方向。本文针对管道环缝焊接的需求, 研制一套自动焊接设备系统。该焊接系统有焊接机械手、焊接电源、焊枪与焊丝、变位机构、滚轮架、控制系统组成;采用MAG焊接方法 , 选取合理的焊接参数和焊接设备;控制系统以PLC为核心进行硬件和软件的设计。该焊接设备系统极大的提高了焊接效率, 改善了焊接卫生环境和保证了焊接质量。
关键词：环缝焊接,MAG焊接,PLC控制
参考文献
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全位置管道自动焊接控制系统设计 篇3
随着冶金、机械、电力、原子能和航天、航空、激光等现代化技术的高速发展, 作为材料成型重要手段之一的焊接技术的发展方向为自动化、智能化。焊接过程是一个光、电、热、力等综合作用极为复杂的物理化学过程。要保证焊接过程中的稳定, 就必须对焊接过程中各规范参数进行自动控制, 并根据焊接坡口情况以及焊接熔池状况实时调整焊接规范参数, 同时还需要实现焊接电弧对焊缝的自动跟踪, 以提高焊接过程的自动化程度。在各工业领域中, 焊接结构的应用十分普通, 其结构形式也多种多样。随总焊接结构产品的多样化和焊接结构形式的复杂化, 对焊接过程自动控制的要求也越来越高, 焊接电弧的基本特性有以下几点:
1.1 焊接电弧的静特性。
一定长度的电弧在稳定状态下, 电弧电压与电弧电流之间的关系, 称为焊接电弧的静态伏安特性, 简称伏安特性或静特性。
1.2 交流电弧的特点。
焊接电流周期性过零, 电弧存在着熄灭和再引燃问题。保证电弧稳定和可靠的再引燃是交流弧焊电源的关键任务。
1.3 非熔化极焊接电弧负载特性。
非熔化极电弧焊接 (TIG和Plasma) , 在焊接过程中电极不熔化, 也没有金属熔滴过渡。由于没有熔滴过渡和飞溅问题, 因此对电源的动态性没有要求。稳定焊接电流是关键, 常采用恒流外特性的电源。
1.4 熔化极焊接电弧的负载特性。
熔化极电弧焊, 作为电极的焊丝不断熔化并过渡到焊接熔池中去。由于电极熔化和熔滴过渡, 弧长和弧压都会发生周期性波动。要保证电弧稳定, 弧焊电源外特性要和送丝系统相匹配。熔化极焊接电弧是一个变化极快的动负载, 需要对弧焊电源的动态特性提出要求。弧焊电源的外特性是指在规定范围内, 弧焊电源稳态输出电压Uy与输出电流Iy的关系。即在电源参数恒定的条件下, 改变负载, 电源输出电压与输出电流之间的关系。又称为电源的静特性。
1.5 弧-源系统的稳定性。
无干扰时, 能在给定电弧电压和电流下, 保证电弧的稳定燃烧, 系统保持静态平衡状态。当受到瞬时干扰时, 系统的平衡状态被破坏, 电弧电压和电流发生变化;当干扰消失后, 系统能够自动恢复到原来的平衡状态或者达到新的平衡状态。
2 数字式控制的弧焊电源
弧焊电源的发展与焊接技术、工业技术和科学技术的进步密切相关。近几十年来, 计算机技术、自动控制技术得到了高速的发展。这种发展趋势从理论和实际工程两方面积极推动了弧焊电源控制技术的进步。弧焊电源控制技术经历了由粗放型向高性能精确控制的转变, 发展速度日新月异。目前, 已出现了多种型式的电子孤焊电源、脉冲弧焊电源、高性能逆变弧焊电源和矩形波交流电源等, 并且通过应用现代控制理论和技术, 实现了狐焊电源任意外特性的控制与切换、动态特性控制、滴过渡波形铰制、焊接参数的一元化控制等功能, 从而大大促进了焊接技术的发展。弧焊电源的控制方法有多种类型。按控制装置来分, 主要有机械式控制、电磁式控制、电子式控制和数字式控制;按控制方法来分, 主要有Pm控制、自适应控制、模糊逻辑控制、人工神经网络控制等;按控制内容来分, 有外特性控制、动特性控制和焊接过程程序控制等。数字式控制的弧焊电源是在电子式控制的弧焊电源的基础上, 以单片机、数字信号处理器[DSP) 、嵌入式ARM微处理器为核心对弧焊电源的电流、电压和波形进行全方位的控制。当前应用效果较为广泛的微处理器有如下几种:8位和16位的单片机;DSP数字信号处理器, 美国TI的TMS3202xx系列和32位的嵌入式ARM微处理器。
3 全位置管道自动焊接控制原理
进行全位置管-管焊接时, 由于液态金属处于不同焊接位置的熔池中, 其作用极随之改变。所以需要在焊接的过程中相应的调整电弧的功率才能使金属管完全焊透, 且不出现焊缝。因此, 实现全位置管-管焊接的主要技术关键在于如何控制好金属熔他。通过精确控制电弧能量及其分布, 对熔池体积和形状进行精确的控制, 从而实现全位置管-管焊接。
全位置管-管TIG焊机的电流可调范围较宽, 其作用机理是通过调节脉冲参数以达到电弧能量和焊接位置的精确控制。渗透的大小和形状的精确控制, 可以实现更好的全位置焊接。所以说, 只要规格参数匹配适当的焊接工艺规范参数的自动编程, 管围的焊接, 都能够获得均匀渗透, 表面形成了良好的焊缝空间位置。全位置管-管TIG焊机机头结构示意图如图1所示。
为了实现车旋转驱动电机同轴安装一个光脉冲发生器, 焊枪焊接的焊接空间位置准确的检测, 通过检测的脉冲数的空间周长获取位置信息。在进行全位置管-管TIG焊接时, 在定格的轨道管固定在管道上的焊接小车轨道车沿焊枪旋转。分为一定数量的相应位置上由程序员设定的焊接参数, 由微处理器根据平稳规范参数曲线的形成一定的经营模式, 并填写相应的存储单元使用的整个圆周节。焊接操作过程中, 微处理器检测焊枪周长不同的空间位置, 根据调整相应的脉冲电流, 脉冲电流时间, 基值电流的大小, 基极电流大小的规格参数曲线时间和电流增量和衰减时间, 实现平稳调整的规格参数。
3 系统硬件结构
全位置管道自动焊接控制系统的硬件组成有:包括键盘、显示器、光电隔离系统、I/O接口电路、定时计数接口。脉冲发射器等。控制系统总体结构如图2所示。
其中, 对系统外特性曲线各区段的分析包括, (1) 工作区段:反映了外特性曲线的具体形状。 (2) 空载点:决定了电源的空载电压。 (3) 短路区段:反映了曲线形状和短路电流值。 (4) 外拖拐点:从工作段进入外拖段的转折点。外特性曲线如图3所示
根据外特性不同组合的特点可分为以下情况: (1) 恒压特性与恒压特性, 这时, 电弧自调节作用强;容易断弧;容易导致参数波动。 (2) 恒流与恒压, 在这种情况下熔滴过渡均匀;小电流下容易断弧。 (3) 恒流与恒流。此时熔滴过渡均匀;电弧弹性好;自调节作用差。 (4) 恒压与恒流, 这时脉冲阶段具有良好的电弧调节作用, 但维弧容易短路。
4 软件控制设计
系统控制软件模块的编程方面, 要考虑到系统需要实现的功能主要包括: (1) 系统监控, 统筹执行模块完成系统自检, 初始化、通过操作键盘和接口的程序, 使系统与程序员得以交流。 (2) 系统功能模块的实现, 包括形成预控参数、拟合焊接规范参数曲线。通常采用线性拟合算法对焊接规范参数曲线进行预测。将坐标分为数个区段.每个区段由两个个拟合点, 主要的你和参数有包括脉冲电流Imax、脉冲电流持续时间Tmax、基值电流入Imin、基值电流持续时间Tmin。
微处理器定时器T1输入脉冲来自旋转驱动脉肿发生器, 主要用于微处理器的定时器T1旋转驱动肿脉冲发生器的输入脉冲采样焊接位置信息。定时器T0输入的参考时钟, 主要用于定时脉冲电流持续时间Tmax和基极电流, 以实现计算出焊接参数的时间最低介质以及脉冲计数器的实时调整。定时器T1中断程序框图如图4所示。
参考文献
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[2]陈康宁.机械工程控制基础[M].西安:西安交通大学出版社, 2006.
自动化焊接系统 篇4
关键词：自动焊接系统,马鞍形曲线,CPAC,控制
0 引言
马鞍形曲线是由输油、输气等管道筒体之间相交形成的相贯线,这种相贯线的焊接问题在水电、石油、化工等制造行业中尤为突出[1]。我国在自动焊接技术上普遍发展比国外慢,对于类似马鞍形复杂空间曲线的焊接依旧主要靠人工进行[2],随着工业4.0的提出,工业生产中对马鞍焊缝的要求不断提高,研制能够自动进行马鞍形曲线焊接的设备成为必然。
国内一些企业已经对此进行了一系列探索,提出了新的马鞍形焊缝焊接方法[2,3,4]。例如某些企业利用机械凸轮结构仿形实现对焊机的自动控制,但自动化程度低,马鞍曲线不理想。本文设计了以固高CPAC运动控制器为控制核心的马鞍形自动焊接系统,对焊机及伺服电机进行控制,从而完成对马鞍形复杂空间曲线的焊接。
1 建立马鞍曲线模型
马鞍曲线是水平筒体和垂直接筒相交形成的相贯线,是一条类似马鞍形状的三维空间曲线,在高度方向上对应于不同的角度θ存在相应的落差h,我们称之为“马鞍落差”。
设筒体半径为R,接管半径为r,且r<R,偏心距为e,z1为从水平筒体圆心到相贯线的垂直距离,z2为水平筒体圆心到相贯线最低点的垂直距离,由图1可知,R2-(rcosθ+e)2=z12、R2-(r+e)2=z22,由此可知两圆柱相贯线参数方程为:
根据两圆柱相贯线参数方程,利用MATLAB仿真得到马鞍曲线[5]以及升降轴根据回转轴旋转角度对应的升降位置,如图2所示。
2 焊接系统的设计
马鞍形焊接系统主要由焊机设备、运动控制器(CPAC)、运动执行单元、示教器、外围信号输入/输出设备等单元组成[6]。其中伺服驱动器、电机、减速机以及机械结构组成运动执行单元。CPAC作为焊接系统的总控,能使系统自动完成马鞍曲线的焊接。整个系统如图3所示。为了实现多层360°连续焊接,导线不会缠绕,在回转结构中增加了旋转导电装置[6]。
2.1 CPAC运动控制器
CPAC运动控制器是马鞍形自动焊接系统的核心,其主要任务为:(1)控制各轴配合运动走出对应的马鞍曲线;(2)多层多道补偿数据的处理;(3)断点记忆、手动测量及位置补偿等功能的运算处理;(4)控制焊机动作及外围设备信号。
马鞍曲线的焊接对系统的运算处理速度及精度可靠性要求较高,因此本设备选用固高的CPAC控制器作为控制系统。该控制器性能可靠,可同时对6个轴进行速度控制或位置控制,同时具有二维直线圆弧插补和三维直线插补以及FOLLOW、JOG等运动模式,采用DSP和FPGA使控制器的运算速度加快,伺服控制周期能达到250μs[6,7]。采用Oto Studio软件编程,能够使用多种语言进行开发,可以轻松地实现人机界面的交互。
2.2 运动执行单元
伺服驱动器、电机、减速机以及机械结构组成马鞍形焊接系统伸缩、回转、升降等基本运动的主要部分,要求系统具有较高的运动精度和灵敏度[1]。采用安川∑-7单轴伺服单元,该伺服驱动器具有高速和高精度控制的伺服性能,独创的免调整功能无需进行繁琐的调谐作业就能使动作稳定。
3 焊接程序设计
马鞍形焊接系统程序使利用Oto Studio进行控制程序和人机界面编程[6,7]。程序主要包括与示教器之间进行数据交换,将工作人员在示教器上设置好的水平管体半径、垂直管体半径、焊接速度、偏心距、多层多道参数、位置补偿参数等工艺参数读回控制器并快速处理运行[1,2,3]。就本系统而言,CPAC最主要功能是实现焊枪头的马鞍形运动轨迹。因此,我们采用控制器自带的FOLLOW运动函数库来完成,让升降轴根据回转轴的运动来实现位置同步跟随运动。
在运动程序编写的过程中,我们将马鞍形曲线分成3 600个小线段,然后将每一个小线段的终点位置分批压到CPAC的FIFO中进行保存,CPAC中的FOLLOW模式下有2个独立的FIFO用来保存数据[6,7],2个FIFO之间可以在运动状态下进行切换。为了实现2个FIFO之间的速度连续,调用GT_Follow Data指令时将数据类型设置为FOLLOW_SEGMENT_CONTINUE。其主要运动程序包括:
根据此程序采样得到的实际升降轴位置曲线,经比较与MATLAB仿真得到的升降轴位置曲线一致,因此,程序能够满足马鞍形曲线焊接要求。
图4是程序主界面,通过点击,主界面和焊接参数等界面可以实现界面之间的切换,在主界面中,我们可以观察到各个轴的运动状态以及位置、速度信息,送丝机等外部设备信号是否正常,还可以对焊接设备的运行进行控制,整个操作界面非常简洁,方便操作。
4 结语
此套基于CPAC的马鞍形自动焊接设备,主要是利用FOLLOW进行跟随控制,同时还有一个伸缩轴可以实现不同大小马鞍形曲线的运动轨迹,保证了其应用的广泛性。利用CPAC的FOLLOW控制方式,可以很好地实现主从轴的位置同步,并且最快扫描周期能够达到1 ms,也消除了仿真和实际焊接轨迹差别较大的缺点。并且此套焊接设备机械构造简单,焊接马鞍曲线质量高,能够实现多层多道焊接,效率相对较高,因此在石油、燃气等行业有良好的发展前景[8]。
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自动化焊接系统 篇5
1.1流水线自动控制系统各机械模块介绍
根据手机焊接的工艺要求, 流水线自动控制系统的机械结构采用模块化的设计, 各模块完成固定的任务, 工作原理比较明确。机械组成部分的简单示意图如下:
(1) 上夹具模块:
通过气缸把夹具从下层循环提升到上层循环, 由步进电机辅助进夹具和出夹具的动作。要求与上下层循环速度匹配, 气缸和步进电机的反应快速, 避免因提升夹具过慢造成整个系统效率瓶颈。
(2) 上料模块:
夹具在该工位停留, 将手机工件放在夹具上, 按下按钮后放行, 进行后续工位的工作。
(3) 有料检测:
通过一个反射型的光电开关, 检测夹具上是否有工件。如没有, 则不进行后续工位的焊接。
(4) 焊接工位:
每个焊接工作检测到夹具到位后, 先将夹具顶起, 然后下压气缸压下, 接着开始焊接。焊接完成流到下一工位。5个焊接工位的动作相同, 只是焊接轨迹不同。
(5) 下料模块:
夹具在该工位停留, 将焊接完成的手机工件取走, 按下按钮后放行, 夹具进入到下夹具模块。
(6) 上夹具模块:
通过气缸把夹具从上层循环松到下层循环, 由步进电机辅助进夹具和出夹具的动作。要求与上下层循环速度匹配, 气缸和步进电机的反应快速, 避免因送夹具过慢造成整套系统效率瓶颈。
(7) 下层循环:
夹具经过下层循环由下料位流到上料位。
1.2流水线自动控制系统的系统工作原理
流水线控制系统的总体方框架如右图所示:经过前面对机械各部分的分析, 可以看出这个流水线自动控制系统系统涉及输入检测信号和输出信号。要保证流水线自动控制系统能够和谐工作, 必须做好电气系统中的控制逻辑与时序。流水线自动控制系统采用电气系统集成在相对集中的电气柜中, 并通过PLC网络, 实现“分散控制, 集中管理”。
2流水线自动控制系统系统硬件系统设计
2.1PLC控制芯片的选型
根据流水线自动控制系统电气控制系统要求, 统计出总的IO点数为:输入点128 输出点64, 加上10%的余量, 总点数达到220点, 外加两路高速脉冲输出。根据的实际需要, 从性价比角度考虑只能选择Siemens S7-300 PLC。另外, 系统要求两路高速脉冲输出, 可选用2个CPU224 提供高速脉冲输出, 通过Profibus DP 网络与S7-300 PLC 连接起来。一方面可以利用 CPU224 自带的24个IO点, 降低S7-300 PLC 扩展IO的成本, 另一方面 CPU224 可以直接安装在靠近上下模块的位子, 优化电气结构。选用CPU 313C-2DP 作为Profibus-DP主站PLC。CPU 313C-2DP是带集成数字量输入/输出和Profibus DP 主站/从站接口的紧凑型CPU, 可以连接单独的I/O设备。
流水线自动控制系统控制系统中, 要求的数字量输入点和数字量输出点都比较多, 这样就需要除了CPU 313C-2DP 自带的16I/16O外, 扩展数字量输入输出单元满足系统要求。SM321、 SM322、 SM323数字量输入输出模块, 可根据用户不同需求提供8点、16点的数字量输入输出。
2.2PLC的IO资源配置
数字量输入设备主要是各种光电开关、接近开关、手自动旋钮、和一些按钮, 而数字量输出部分, 主要控制气缸动作、控制电磁阀动作、驱动指示灯、启停电机和变频器。
2.3人机界面
人机界面是系统与操作者对话平台, 一个好的人机界面应包含控制系统的各种信息, 界面简洁, 操作方便, 易于管理。我们选用了性价比较高的Pro-face AST3501WT作为人机界面。AST3501WT 有着10.4英寸真彩TFT 显示界面。显示颜色到达无闪烁的256色。支持PLC地址动态监控功能, 实时掌握现场情况。
2.4接近开关
为了保证检测的准确性和稳定性, 选用了检测距离达8mm的倍加福接近开关, 避免因夹具在流水线自动控制系统上行走产生抖动引起程序的误动作。
3软件系统设计
3.1总体流程设计
根据系统的控制系统要求, 控制系统分为手动控制模式和自动控制模式。手动模式下, 各设备可单独运行, 以测试设备的性能。流水线自动控制系统流程图如下:
3.2程序介绍
(1) 硬件组态:
Step7软件编程首先需要进行硬件组态, 搭建与实际框架一样的模型。编程软件采用西门子公司为S7-300系列PLC 开发的Step7, 使用最新版本Step7v5.4, 组态完系统的硬件配置后, 将硬件信息下载到S7-300的PLC当中。
(2) 编程介绍:
整个程序分为六个模块, 功能相对独立。
FC1:初始化和触摸屏工作状态判断, 触摸屏上显示和输入数据的处理;
FC2:第一节 上料工位和储料工位的动作处理;
FC3:第二节 两个焊接工位的动作处理;
FC4:第三节 两个焊接工位的动作处理;
FC5:第四节 一个焊接工位和下料工位的动作处理;
FC6:通信 接受200PLC数据, 以及发送数据给200PLC。
因很多工位有相同动作, 所以以上程序也包含了一些公用子程序:
FB1:挡料气缸 对各工位挡料气缸的动作处理, 确定什么时候放行;
FB2:焊接模块 对各焊接工位焊接流程处理;
FB3:下循环挡料 针对下循环挡料的特殊情况增强了放行条件。
为了保证通信系统的稳定性, 在程序中调用了OB86、OB87、OB121、OB122组织块, 分别处理机架故障、通信故障和I/O故障。
4系统设计经验总结
这个项目从立项实施到客户处调试完成, 将近三个月时间。总的来讲, 项目一直按照计划逐步实施, 进展的比较顺利。留给系统调试的时间比较充足, 使我们能够在老化过程中, 发现很多问题并逐个解决。尽量在出厂前排除隐患, 保证机器在各户处稳定运行。现将该项目主要内容总结如下。
4.1电控柜的设计
电控柜的设计依照机械结构特点, 分为第一节、第二节、第三节、第四节和上夹具模块、下夹具模块六个部分, 将接近开关、按钮和电磁阀等所有IO点引出到各节的接线端子上, 再通过航插连接到控制柜。这样使得各节的电气布线简洁, 便于维修;且每节之间的布线毫无关联, 便于快速拆卸。
电控柜的摆放位置也是系统的一大亮点。电控柜设计为卧式摆放, 镶嵌在由焊接机支架留出的空间里, 使机器成为一个整体。这点在现场调试时深有感触, 用户留给我们摆放机器的位置非常有限, 根本没有额外摆放电控柜的位置;机械设计在优化自身结构的同时, 也节省空间, 为各户解决了场地不足的难题。
4.2程序模块化
系统中有很多动作有相同的条件和过程, 比如说挡料气缸的动作, 只要下一工位发出来料请求且本工位满足放行条件, 就会输出挡料电磁阀, 整个系统有18个这个相同的动作;五个焊接工位的动作也都是顶料、压料、吹气、焊接。对于这些相同的动作, 完全可以使用一个公用模块, 简化程序, 使得程序非常简洁, 也可以保证程序的一致性, 便于调试。
在中南流水线自动控制系统的程序中, 编写了FB1:挡料气缸、FB2:焊接模块 两个功能块, 供整个程序调试。针对下循环挡料位动作的特殊性, 在FB1:挡料气缸 的基础上加以改造, 形成新的功能块FB3:下循环挡料模块 供下循环储料位独自使用。 有一些成型产品, 不论是300 PLC, 还是200 PLC, 甚至是其他品牌的PLC, 都可以做一些子程序或功能块, 我在需要的地方都可以直接调用。
4.3触摸屏上参数设置考虑的比较全面
自动化焊接系统 篇6
随着石油天然气资源的不断开发和利用, 长输管道铺设的重要性逐渐显露, 管道全位置焊接的应用越来越多。由于此种焊接劳动强度大、生产效率低, 研制性能优良的全位置自动焊接系统, 就成为当前管道焊接装备发展的趋势[1,2]。
目前, 我国的全位置焊接设备多为进口[3], 要满足我国目前管道铺设的焊接工作, 亟须研制出具有可移植性、高性价比的全位置自动焊机, 提高国产焊接设备的自动化水平。
某批国外进口的自动焊设备, 广泛用于大口径管道的焊接, 焊接效果令人满意, 缺点是只能焊接有限几种直径的管子, 并且每换一种管径, 都需要现场编程, 有时候甚至焊同一个管子也要分几段编程。这样不仅增加了设备的操作难度, 而且使系统参数跳跃性变化。加上进口设备维修费用高, 所用单片机和芯片有很多已经落后, 故沿用原设备的机械结构, 重新开发设计其自动控制系统。
1全位置自动焊接系统组成
管道全位置自动焊接就是指在管道相对固定的情况下, 焊接小车带动焊枪沿轨道围绕管壁运动, 从而实现自动焊接。一般而言, 全位置自动焊接装置由焊接小车、行走轨道、自动控制系统、系统电源、保护气体供给系统等组成[4], 如图1, 其中自动控制系统是本文要研究的内容。
2系统硬件设计
2.1硬件总体设计
本文设计的全位置自动焊接控制系统, 包括数据采集系统, 键盘输入系统, 液晶显示系统, 继电器控制和焊接小车中所有电机的控制系统, 用来完成整机的系统控制。系统操作简单, 把全位置自动焊接的工作过程按工艺分为打底、盖面、填充三步, 每一步分别根据各自的焊接工艺特点编程, 不管焊接何种直径的管子, 使用时只需选择相应的按钮, 便可自动运行一圈, 不必现场编程。同时, 通过液晶显示器显示出用户操作信息和机器运行信息, 让人一目了然。整体电路框图如图2所示。
控制芯片是整个控制系统的核心, 关系到整个系统的功能和性能。一开始考虑到此系统将配备在野外工作的机器上, 稳定性很重要, 打算选用PLC, 随着对PLC了解的深入, 发现PLC的计算能力不是很强, 而且PLC体积较大, 此系统要求控制系统放在焊接小车上沿管壁运动, 用PLC极不方便。虽然现在小型化的PLC已经得到广泛应用, 但是其本身的IO口不能满足本系统要求, 扩充后体积进一步增大, 比起单片机系统, 体积还是要大上不止百倍, 成本高出不止千倍。单片机是超大规模集成电路工艺技术发展的产物, 具有集成度高、通用性和灵活性等诸多优点。况且单片机发展到现在, 可靠性与集成度都不断提高, 并追求产品系统最大包容, 实施线路内嵌, 减少了外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递, 减少了电路板信号传送时的系统信号串扰, 提高了数据传输和处理的速度。经对比分析, 本系统选用了美国Silicon Labs公司生产的集模拟、数字信号于一体的混合信号系统级SoC芯片C8051F020。
角度数据采集是本系统的新增模块, 用来采集焊头到管子圆心的连线与重力加速度方向的夹角θ的值。系统加入此模块后, 性能的优越性体现在以下几个方面。
(1) 全位置焊接中, 不同位置采用不同的焊接规范。进口系统通过计算每一段的弧长或者时间作为圆周分段依据, 但由于直径不同时弧长或者时间不同, 所以只能焊几种直径的管子, 而且每换一种直径都要修改程序。本系统采集角度信号作为调速依据, 找到了不同直径管子的共同点, 使自动焊设备的工作范围增大。
(2) 进口自动焊系统将各个主要控制参数设置为分段函数, 其实各参数应该是一个渐变的过程, 而这种渐变的自变量正是本模块所采集的角度信号θ, 系统增加此模块之后, 便可以通过曲线拟合, 找到各参数与θ的函数关系, 实现系统参数的平滑改变, 使系统性能更加优化。
(3) 进口焊接设备需要程序实时记录焊接位置, 否则一旦异常停车, 很难找到起焊位置, 而实时记录又增大了程序量。增加此模块之后, 每次开始焊接时都要先采集角度信号, 从而分配各个电机的速度进行焊接。这样就不必记录事故发生位置, 而且可以从圆周的任何一点起焊。
2.2数据采集电路
选用深圳市华夏磁电子技术开发有限公司的AME-B002角度传感器, 测量范围0～360°, 没有检测死区, 体积小, 非接触检测功能, 宽温度范围, 是满足苛刻环境应用需求的理想选择。
AME-B002共引出三根线:引脚1接5V电源;引脚2接电源地;引脚3为信号输出, 输出+0.5V～+4.5V模拟信号, 用一个AD转换便可以得到想要的数据。为了提高数据采集的精度, 采用分压形式测量。
2.3电机控制电路
选用常州富兴机电有限责任公司的直流无刷电机及其驱动器, 需要对其进行正反转控制、调速控制和速度脉冲捕捉。正反转控制用普通的IO口便可以实现。
速度电压输入可以是0-5V模拟电压, 也可以是PWM。本系统选用PWM, 因为PWM具有很强的抗噪性, 而且C8051F020含有可编程计数器阵列模块, 提供增强的定时器功能, 需要较少的CPU干预。只要将其前三个捕捉/比较模块CEX0、CEX1、CEX2编程为16位PWM 工作方式, 就可以通过调节其占空比, 分别用来控制行走电机、送丝电机、摆动电机的转速。
速度脉冲输出使用C8051F020的计数器/定时器即可完成。将T1配置为16位定时器, 随着系统时钟信号自动累加;T0配置为16位外部计时器, 用来捕捉行走电机发出的脉冲信号。两个计数器/定时器相结合, 便可以测出行走电机的转速;再将T2和T4配置为自动重装载的16位计数器, 用来捕捉送丝电机和摆动电机发出的脉冲信号。
为了避免相互干扰, 单片机与电机驱动之间采用了光耦隔离, 此处选用TLP521。
2.4键盘及显示电路
键盘电路采用中断工作方式, 由软件译码。液晶屏选用JRM-12864H-C液晶显示模块, 它采用ST7920控制/驱动器, 内部含有中文字库的图形点阵。
本系统主要利用液晶屏实现了显示字母、数字、汉字和反白显示等功能。显示字母和数字主要用在显示电机转速等;显示汉字主要用在提示用户操作和显示机器运行情况等;反白显示主要用于选定摆动电机速度, 被选中的反白显示。
2.5继电器驱动电路
被改进的自动焊设备上有一个12V的继电器和一个24V的电磁气阀, 分别用来控制焊接电源和保护气体的通断。两者都用三极管2N3904驱动, 其前加光耦TLP521进行隔离, 线圈两端并联1N4007续流二极管防止触点击穿。
2.6系统电源
本系统的电源包括焊接电源、控制电源、电动机电源, 均采用现场的直流发电机供24V电, 其中焊接电源的通断通过继电器受控制系统的控制。
3系统的软件设计
系统的操作和工作过程如下:上电后, 自动完成参数初始化, 时间很短, 不必等待。接下来, 要看哪个按钮被按下, 如果使用者想要检查电机运转情况或觉得各电机状态不到位, 就分别按住让电机单独运行的按钮, 直到电机到位后松开。测试完毕符合要求, 就可以准备焊接。先选定摆动电机速度, 然后打开保护气体, 接通焊接电源, 后两项操作均通过按下按钮来接通相应的继电器, 没有先后, 但是必须两项操作都进行了, 才能进入下一步程序。接下来选择进行何种焊接, 当系统确认已经把相应程序载入, 便可以进行焊接了。在焊接过程中, 系统实时检测焊枪到管子圆心连线与重力加速度方向的角度, 先查看焊枪是否已经走了一圈, 如果是, 就停止焊接;若不是, 就根据拟合得到的函数关系式确定电机转速, 继续焊接。整个操作过程与工作过程, 液晶都一直显示相应内容, 包括提示操作者的下一步操作, 对于操作者按下的按键进行确认, 显示机器的工作状态等等。系统总体流程图见图3。
在焊接过程中, 焊接小车的行走速度、送丝速度以及焊枪的左右摆动速度是三个主要参数。其中摆动速度是在焊接现场选定输入的;焊接小车的行走速度和送丝速度与角度信号θ密切相关, 本系统利用曲线拟合找到系统参数与θ的函数关系, 在焊接过程中程序实时采集θ后, 直接调用此关系求出各参数值, 实现自动控制并使其平滑改变。下面以填充焊中行走电机速度值的曲线拟合过程为例, 说明拟合过程。
通常在全位置焊接中把整个圆周均分为24份。通过查阅资料或实际测量, 找到在填充焊中每一份的端点处行走电机的速度值, 备用。
本系统的曲线拟合采用最小二乘法的多项式拟合[5,6], 为了确定拟合次数, 在Matlab命令行中分别输入互相对应的角度与速度值, 使用样条插值[7], 然后显示插值图像, 观察波形。
从插值图像中看出行走速度与θ之间大体上为一个三次或四次关系, 为了拟合结果的准确性, 先尝试四次拟合。运行后发现四次项系数与三次项系数都为0, 所以再尝试二次拟合;结果发现二次拟合曲线与插值曲线相差太远, 故又尝试三次拟合;运行后发现三次拟合曲线与四次拟合曲线很相似, 后来又经过不断的比较, 最终选用了最小二乘法的三次拟合结果:
p=0.0000 -0.0033 0.3860 27.6504
故得到填充焊中行走电机的速度值与θ之间的关系式为
ν行走=-0.0033θ2+0.3860θ+27.6504
各拟合图像与插值图像示于图3, 其中样条插值图像用红线表示, 四次拟合图像用绿线表示, 三次拟合图像用蓝线表示, 二次拟合图像用黑线表示。
应用同样的方法得到送丝电机的速度值与θ之间的关系式为
ν送丝=0.0001θ3-0.0115θ2+0.7573θ+20.4628
同样, 找到在打底焊和盖面焊中圆周分段端点处电机的速度值, 可以分别得出在这两种焊接工艺中行走电机和送丝电机的速度值相对于θ的函数关系式。
3结束语
本文设计的管道全位置自动焊接控制系统, 以价格低廉、性能优越、使用方便为基本原则, 通过与老设备的比较, 本系统性能的优越性表现在以下几个方面:
(1) 引入了角度传感器, 不仅适应了不同直径管道的焊接需求, 增大了自动焊接设备的应用范围, 而且可以使系统实时采集与焊接工艺密切相关的角度信号, 实时修改系统参数, 不必现场编程, 降低了操作难度, 减少了操作工的培训费用, 使系统性能更加优越。
(2) 利用最小二乘法对系统中的各参数进行了曲线拟合, 找到了它们与系统采集信号θ之间的函数关系, 实现了参数的平滑改变, 改变了进口系统参数分段变化且在分隔点处出现跳跃的状况, 使系统性能更加优化。
(3) 增加了液晶显示, 详细显示用户操作信息和机器运行信息, 增大了人机交流的程度。
(4) 系统的总体成本下降, 更有利于自动焊接设备的推广和应用。
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自动焊接在机械焊接中的应用 篇7
1 自动焊接技术应机械焊接行业的发展需求
1.1 自动焊接技术能够有效的缓解人力成本的投入
我国是一个资源大国, 这在很大程度上推动了资源上的需求, 长期以来, 我国的焊接行业用钢量一直在世界中处于领先地位, 成为世界第一焊接大国。这种情况下, 对人力资源的需求量也越来越多, 对人力资源的成本投入来说, 自动焊接技术有效地缓解了生产企业在人力资源成本上的资金投入压力, 为企业节省了大量的人力资源开销。
1.2 自动焊接技术能够更好更快的满足生产需要
随着经济全球化进程的加快, 我国的各个企业和世界经济连成一个有机的整体, 尤其是工业制造业更是为我国的经济发展做出了巨大的贡献。在这样的条件下, 焊接技术以及焊接设备的总体质量成为了衡量企业核心竞争力的关键性因素。传统模式下的手工焊接操作已经无法顺应时代的发展, 为了满足实际中的生产需要, 必须要利用科学的技术手段, 运用自动化生产技术代替手工焊接操作。与此同时, 手工焊接操作的质量也无法保障, 在操作过程中经常会出现无法按期完成任务或者在工期紧张的情况下马虎完成任务而忽视质量的情况。自动焊机在机械焊接中的应用更好地配合了焊接技术加工制造的产品向重型化、精密化的发展动向[1]。
2 自动焊接技术的优越性
自动焊接技术主要体现了以下优势:1) 操作性能好, 便于维护。自动焊接技术能够针对不同的焊接结构进行专门的设计、操作, 因此其功能形势体现出单一性的特点, 同其他设备相比, 其设备的整体结构也更加简单, 使用者在使用过程中便于了解其功能、内部结构以及操作性能, 因此体现出了较强的工作性能, 便于维护。2) 专业性、实用性强。自动焊机能够针对不同的需要而进行专门的设计。例如车架类结构、转台类结构以及臂架类结构, 自动焊机能够对其设计相应的专门焊接设备;针对机器人焊接、手工焊接制造相应的焊接变位专机;针对气保焊、激光焊接可以制作相应的自动焊机等, 根据专业化的自动焊机, 能够在工作过程中针对相应的工作需求以及具体的操作习惯设计做出相应的调整, 使之具有很强的实用性。从经济角度来考虑, 自动焊接设备整体制作成本低廉, 造价在20万~50万之间, 由此可见, 自动焊机在实际的工业制造中体现出了较高的经济实用性[2]。
3 自动焊接技术的发展现状
随着数字化技术的全面发展, 自动化焊接技术的数字焊接、数字化控制技术业也取得了很大程度上的提高, 并进入到了我国市场。我国焊接产业正在逐步走向高效化、智能化、自动化。焊接过程中的自动化、机械化的开发与应运是目前机械焊接行业的发展目标, 自动焊接技术也广泛应用到了其他领域当中。尤其是焊接工作的自动化生产以及自动化生产过程中的控制智能化的研究和开发方面, 取得了长足的进步和发展。从技术层面上来说, 自动焊接技术具有开放性能良好、能满足于焊接工作中的各种要求的优点, 大多数工业制造产品都可以利用自动焊接技术来完成[3]。
4 自动焊接技术在焊接行业当中的发展前景
4.1 焊接过程控制系统的智能化
焊接过程控制系统的智能化, 是未来的一个发展重点。工程机械加工中的自动焊接技术, 正不断向这更高端更科学的智能化方向发展。自动焊接机器人和焊接专机等其他硬件设备的开发研制, 对焊接工作起到了巨大的推动作用。工程机械焊接加工变得更加智能化、自动化, 使机械焊接行业更加重视对最佳控制方法方面的研究, 包括线性和各种非线性控制。智能自动焊接系统的发展, 将会带领动机械焊接领域迈上一个新的台阶。
4.2 焊接设备的优良化
近年来, 我国焊接设备优化调整工作取得了可喜成绩。随着工程机械制造行业的发展, 生产企业对自动化焊接加工需求量以及自动焊接设备数量也随着增大, 因此, 焊接设备的可行性、可控性以及质量稳定性是焊接工作的重要发展方向。要在一定程度上提供高性能焊机, 满足当前的焊接参数控制, 积极开发焊接过程的计算机模拟技术等。
4.3 自动焊接技术在机械焊接中的多种应用
自动焊接技术正向着更高质量、更广泛空间的方面发展。自动焊接技术目前在我国的工程、电力、建筑、汽车船舶等行业的制造领域当中有着越来越广泛的应用, 成为了我国众多行业的中坚力量。在未来的发展进程中, 要将各种机、光、电技术进行有机地结合, 从而更好地实现焊接技术的精确性;另一方面, 焊接机器也要实现操作人员和专家系统融合, 实现自动路径规划、自动校正轨迹以及自动控制熔深等多方面功能, 从而使得自动焊接技术在机械焊接行业中有着更加广阔的发展前景[5]。
5 结束语
自动焊接技术在机械焊接领域中将会被越来越多的机械生产加工企业所重视。在积极学习和引进自动焊接技术的同时, 要正确认识在应用技术中出现的问题与不足。在应用自动焊接技术时, 我国的企业要根据实际的经营状况, 有针对性的应用自动焊接技术, 一方面提高自动焊接在机械焊接领域中的水平, 一方面推动我国机械焊接事业的发展。
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