论文部分内容阅读
[摘 要]为了改善带式输送机改向滚筒筒体焊缝的焊接质量，本文将成熟的焊接自动化技术和变频技术应用于改向滚筒的焊接制造中，选用了伸缩臂式焊接操作机，并专门设计了滚筒筒体的焊接滚轮架等变位机械，通过PLC控制完成了筒体直焊缝、内环焊缝的自动焊接，很好地适应了带式输送机改向滚筒多种直径和长度规格的焊接要求，自使用后焊接生产效率提高、成型质量改善，为类似结构的筒形类零件的自动化焊接提供了解决方案。
[关键词]改向滚筒，焊接，自动化，变位机械，PLC
中图分陈类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0211-02
前言
滚筒是带式输送机中的重要部件，其结构性能、可靠性和使用寿命直接影响到带式输送机整机的性能。作为滚筒制造中的焊接工序，是滚筒加工制作中的关键工序，也是质量控制中的关键环节，其焊接质量的好坏，直接决定了能否生产出质量合格的滚筒产品。另外，当今的焊接技术正朝着节能化、自动化、智能化、机器人化的方向发展，我国的焊接技术特别是焊接成套装备和焊接材料的发展已经达到或接近于国际水平。然而，在带式输送机行业内滚筒筒体的焊接，还有相当一部分采用手工焊接，不仅生产效率低，而且焊接劳动强度大、极易产生焊缝成型不良等问题，这严重影响到滚筒筒体焊缝的外观和内部质量。
为此，我公司将成熟的自动化成套焊接技术和变频技术应用于改向滚筒的焊接工艺中，通过选用伸缩臂式焊接操作机，并专门设计了滚筒筒体的焊接滚轮架等变位机械，组成了筒体的自动化焊接中心，完成了改向滚筒筒体直焊缝、内环焊缝的焊接。目前，我公司的改向滚筒的焊接工艺已形成了一套完整、成熟的自动化焊接流程，能很好地适应带式输送机改向滚筒多种直径和长度规格的焊接要求。
1 滚筒筒体的参数与焊接工艺方案的确定
本文以DTⅡ或DTⅡ（A）型带式输送机直径为1400mm、长度为1600mm的带式输送机改向滚筒筒体进行焊接工艺方案的设计。改向滚筒筒体的主要技术参数，即筒体的直径和长度规格如下：筒体直径系列（mm），Φ400、Φ500、Φ630、Φ800 Φ1000、Φ1250、Φ1400；筒体长度系列（mm），750、950、1150、1400 、1600。
根據业内滚筒筒体的焊接工艺状况，并结合我公司多年的经验，决定采用以下工艺方案进行筒体直焊缝、内环焊缝的焊接：按工艺尺寸进行圆筒卷制—纵向直缝的固定、焊接—焊接检验—筒皮圆度的校正—筒皮止口加工—筒皮与接盘的装配—内环焊缝的焊接—焊接检验。
另外，要求筒体工件的焊缝在自动焊接前手工点焊牢固。同时，还要满足以下对电网电压和使用环境的要求：输入电源为380V，50HZ，电压波动范围：AC 380±10%。室内温度：-5C°—40C°；湿度：平均相对湿度小于80%。
2 筒体自动焊接中心的组成和主要设备的技术参数
改向滚筒的自动焊接中心是由两台伸缩臂式焊接操作机（型号CZ-3×4），分别与水平放置的通用焊接滚轮架、可调倾斜式焊接滚轮架搭配成直缝自动焊接和内环焊缝焊接两个子系统，同时，系统又配以CO2自动焊接机（型号NBC-500）和相应的电气控制系统组合而成，以下对该自动焊接中心的主要设备，以及焊接操作的程序、电气控制系统进行了简要介绍。
2.1 伸缩臂式焊接操作机
伸缩臂式焊接操作机，作为焊接操作的主机，其结构主要由横臂伸缩装置、横臂升降装置、回转机构、十字微调机构、管线防护装置组成，通常可与变位机械、滚轮架等配合使用，能进行筒体类工件的各位置的焊接。根据本筒体焊接工艺的要求，选用的焊接操作机横臂的垂直升降行程3500mm，水平伸缩行程4000mm，横臂速度3-10m/h，横臂升降速度2m/min等。
另外，在滚筒焊接过程中，为了确保焊接的安全和质量，当横臂伸缩时升降、回转、行走均被锁定，十字微调机构可以用来在焊接过程中随时调节焊接机头与焊缝间的相对位置。
2.2 倾斜长轴式焊接滚轮架
在内环焊缝焊接系统中的倾斜长轴式焊接滚轮架，驱动装置采用直联电动机式的双级蜗轮减速机，主动滚轮总成与减速机的低速轴采用弹性柱销联轴器联接。选用变频调速，可以无级调速，调速范围大，传动平稳，可实现多特性调速，操作方便。如图1，我公司设计的可调倾斜长轴式焊接滚轮架，筒体工件焊接操作时，配合伸缩臂式焊接操作机对工件进行焊接。设计的主、从动滚轮总成斜向平行布置，主动滚轮固定在倾斜支架上，通过T形槽无级调整从动滚轮总成与主动滚轮总成间的距离，可适应各种直径和尺寸的改向滚筒焊接。
2.3 筒体自动焊接操作的程序
依据改向滚筒自动焊接中心采用的焊接工艺方案，选用的设备类型及其布置的情况，对焊接操作机的调整操作以及直、内环焊缝的焊接程序作如下介绍：
直缝焊接是将工件置于水平滚轮架上，用滚轮架调整筒体纵缝位置在工件上端。调整操作机机头水平、垂直位置到工件焊缝处、调整焊枪角度对准焊缝—按焊接按钮—起弧进行自动焊接—横臂前进—到达终点按停止按钮—收弧—提枪—横臂退回
内环缝焊接是将工件置于倾斜式滚轮架上。调整操作机机头水平、垂直位置到工件焊缝处、调整焊枪角度对准焊缝—起弧进行自动焊接—倾斜式滚轮架旋转—旋转一周按停止按钮—收弧—提枪—横臂退回—滚轮架恢复原位
对于第二、三层的焊接，每层清理焊剂壳后再进行焊接，重复上述过程，焊接工作结束。
2.4 自动化焊接中心的电气控制系统
焊接操作机与滚轮架等的电气控制系统布置在集成控制柜中，以PLC为控制核心，用触摸屏显示，对滚轮架的顶升及回转、操作机横臂的伸缩及升降、进枪、提枪等动作进行一体控制。另外，本控制系统能与焊接电源一体控制，从而实现了滚轮架的动作与焊接过程的无缝对接，可更好地完成引弧、收弧的控制，达到理想的焊接效果，焊接质量大幅度提高。 采用的PLC可编程序控制器，具有高速度，高性能，小型化，大容量等特点，在工控领域一体机中它是档次较高的超小型程序控制装置，其内置的性能如锂电池，后备RAM，用户存储器，实时时钟和灵活的通讯配置以及完整的特殊功能模块，使FX系列可编程序控制器能够完美的适用于过程控制、定位控制和其他各种类型的控制。
3 筒体自动化焊接工艺的验证
本焊接中心需要对某一规格的筒（皮）体工件进行焊接工艺参数及焊缝质量的进行评定，试验中焊接的筒（皮）体外形尺寸为φ808×1150，采用CO2气体保护焊焊接，焊丝型号为ER50-6，直径φ1.2mm，CO2气体流量为20L/min。经过对焊接焊缝的质量结果进行对比分析，此种型号的筒体工件在生产焊接中，调定的焊接工艺参数，如表1、2。
上述焊接工艺参数，可以通过触摸屏的交互界面设定好焊接的电流和电压，另外，可配合焊接滚轮架设定出需要的焊接速度，也即調整变频器的频率大小。
4 结束语
我公司在滚筒焊接环节中组成的改向滚筒的自动焊接中心，包括伸缩臂式焊接操作机、水平焊接滚轮架、可调倾斜长轴式焊接滚轮架等，配以电气控制系统的自动控制，另外还在焊接速度的调节中应用了变频调速技术，便于焊接工艺参数的调整。该滚筒自动焊接中心自2011年初经过工艺验证并投入使用以来，运行良好。目前，改向滚筒的焊接工艺已经形成了一套完整、成熟的自动化焊接流程，并能很好地适应带式输送机改向滚筒多种直径和长度规格的焊接要求。
滚筒工件自使用了自动焊接中心制造后，焊接的劳动强度明显降低，生产效率也比手工焊接提高了近30%，而且自动焊接后的筒体工件焊缝均匀，焊接变形小，气孔、杂质、裂纹、咬边的缺陷明显减少，彻底解决了原来传统焊接中的金属液体流淌、焊缝成型不良的技术难题。本滚筒焊接自动化中心中的工艺装备方案也同样适宜于其他行业的筒形类，如长度、直径系列变化的工件的自动焊接。
参考文献
[1]王政.焊接工装夹具及变位机械[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]北京起重运输机械研究所，武汉丰凡科技开发有限责任公司.DTⅡ（A）型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社.
[3]濮良贵.机械零件[M].北京：高等教育出版社，1992.
作者简介
刘杰（1981-），男，山东昌乐人，工程师，硕士，主要从事金属结构设计及材料加工工艺的研究
[关键词]改向滚筒，焊接，自动化，变位机械，PLC
中图分陈类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0211-02
前言
滚筒是带式输送机中的重要部件，其结构性能、可靠性和使用寿命直接影响到带式输送机整机的性能。作为滚筒制造中的焊接工序，是滚筒加工制作中的关键工序，也是质量控制中的关键环节，其焊接质量的好坏，直接决定了能否生产出质量合格的滚筒产品。另外，当今的焊接技术正朝着节能化、自动化、智能化、机器人化的方向发展，我国的焊接技术特别是焊接成套装备和焊接材料的发展已经达到或接近于国际水平。然而，在带式输送机行业内滚筒筒体的焊接，还有相当一部分采用手工焊接，不仅生产效率低，而且焊接劳动强度大、极易产生焊缝成型不良等问题，这严重影响到滚筒筒体焊缝的外观和内部质量。
为此，我公司将成熟的自动化成套焊接技术和变频技术应用于改向滚筒的焊接工艺中，通过选用伸缩臂式焊接操作机，并专门设计了滚筒筒体的焊接滚轮架等变位机械，组成了筒体的自动化焊接中心，完成了改向滚筒筒体直焊缝、内环焊缝的焊接。目前，我公司的改向滚筒的焊接工艺已形成了一套完整、成熟的自动化焊接流程，能很好地适应带式输送机改向滚筒多种直径和长度规格的焊接要求。
1 滚筒筒体的参数与焊接工艺方案的确定
本文以DTⅡ或DTⅡ（A）型带式输送机直径为1400mm、长度为1600mm的带式输送机改向滚筒筒体进行焊接工艺方案的设计。改向滚筒筒体的主要技术参数，即筒体的直径和长度规格如下：筒体直径系列（mm），Φ400、Φ500、Φ630、Φ800 Φ1000、Φ1250、Φ1400；筒体长度系列（mm），750、950、1150、1400 、1600。
根據业内滚筒筒体的焊接工艺状况，并结合我公司多年的经验，决定采用以下工艺方案进行筒体直焊缝、内环焊缝的焊接：按工艺尺寸进行圆筒卷制—纵向直缝的固定、焊接—焊接检验—筒皮圆度的校正—筒皮止口加工—筒皮与接盘的装配—内环焊缝的焊接—焊接检验。
另外，要求筒体工件的焊缝在自动焊接前手工点焊牢固。同时，还要满足以下对电网电压和使用环境的要求：输入电源为380V，50HZ，电压波动范围：AC 380±10%。室内温度：-5C°—40C°；湿度：平均相对湿度小于80%。
2 筒体自动焊接中心的组成和主要设备的技术参数
改向滚筒的自动焊接中心是由两台伸缩臂式焊接操作机（型号CZ-3×4），分别与水平放置的通用焊接滚轮架、可调倾斜式焊接滚轮架搭配成直缝自动焊接和内环焊缝焊接两个子系统，同时，系统又配以CO2自动焊接机（型号NBC-500）和相应的电气控制系统组合而成，以下对该自动焊接中心的主要设备，以及焊接操作的程序、电气控制系统进行了简要介绍。
2.1 伸缩臂式焊接操作机
伸缩臂式焊接操作机，作为焊接操作的主机，其结构主要由横臂伸缩装置、横臂升降装置、回转机构、十字微调机构、管线防护装置组成，通常可与变位机械、滚轮架等配合使用，能进行筒体类工件的各位置的焊接。根据本筒体焊接工艺的要求，选用的焊接操作机横臂的垂直升降行程3500mm，水平伸缩行程4000mm，横臂速度3-10m/h，横臂升降速度2m/min等。
另外，在滚筒焊接过程中，为了确保焊接的安全和质量，当横臂伸缩时升降、回转、行走均被锁定，十字微调机构可以用来在焊接过程中随时调节焊接机头与焊缝间的相对位置。
2.2 倾斜长轴式焊接滚轮架
在内环焊缝焊接系统中的倾斜长轴式焊接滚轮架，驱动装置采用直联电动机式的双级蜗轮减速机，主动滚轮总成与减速机的低速轴采用弹性柱销联轴器联接。选用变频调速，可以无级调速，调速范围大，传动平稳，可实现多特性调速，操作方便。如图1，我公司设计的可调倾斜长轴式焊接滚轮架，筒体工件焊接操作时，配合伸缩臂式焊接操作机对工件进行焊接。设计的主、从动滚轮总成斜向平行布置，主动滚轮固定在倾斜支架上，通过T形槽无级调整从动滚轮总成与主动滚轮总成间的距离，可适应各种直径和尺寸的改向滚筒焊接。
2.3 筒体自动焊接操作的程序
依据改向滚筒自动焊接中心采用的焊接工艺方案，选用的设备类型及其布置的情况，对焊接操作机的调整操作以及直、内环焊缝的焊接程序作如下介绍：
直缝焊接是将工件置于水平滚轮架上，用滚轮架调整筒体纵缝位置在工件上端。调整操作机机头水平、垂直位置到工件焊缝处、调整焊枪角度对准焊缝—按焊接按钮—起弧进行自动焊接—横臂前进—到达终点按停止按钮—收弧—提枪—横臂退回
内环缝焊接是将工件置于倾斜式滚轮架上。调整操作机机头水平、垂直位置到工件焊缝处、调整焊枪角度对准焊缝—起弧进行自动焊接—倾斜式滚轮架旋转—旋转一周按停止按钮—收弧—提枪—横臂退回—滚轮架恢复原位
对于第二、三层的焊接，每层清理焊剂壳后再进行焊接，重复上述过程，焊接工作结束。
2.4 自动化焊接中心的电气控制系统
焊接操作机与滚轮架等的电气控制系统布置在集成控制柜中，以PLC为控制核心，用触摸屏显示，对滚轮架的顶升及回转、操作机横臂的伸缩及升降、进枪、提枪等动作进行一体控制。另外，本控制系统能与焊接电源一体控制，从而实现了滚轮架的动作与焊接过程的无缝对接，可更好地完成引弧、收弧的控制，达到理想的焊接效果，焊接质量大幅度提高。 采用的PLC可编程序控制器，具有高速度，高性能，小型化，大容量等特点，在工控领域一体机中它是档次较高的超小型程序控制装置，其内置的性能如锂电池，后备RAM，用户存储器，实时时钟和灵活的通讯配置以及完整的特殊功能模块，使FX系列可编程序控制器能够完美的适用于过程控制、定位控制和其他各种类型的控制。
3 筒体自动化焊接工艺的验证
本焊接中心需要对某一规格的筒（皮）体工件进行焊接工艺参数及焊缝质量的进行评定，试验中焊接的筒（皮）体外形尺寸为φ808×1150，采用CO2气体保护焊焊接，焊丝型号为ER50-6，直径φ1.2mm，CO2气体流量为20L/min。经过对焊接焊缝的质量结果进行对比分析，此种型号的筒体工件在生产焊接中，调定的焊接工艺参数，如表1、2。
上述焊接工艺参数，可以通过触摸屏的交互界面设定好焊接的电流和电压，另外，可配合焊接滚轮架设定出需要的焊接速度，也即調整变频器的频率大小。
4 结束语
我公司在滚筒焊接环节中组成的改向滚筒的自动焊接中心，包括伸缩臂式焊接操作机、水平焊接滚轮架、可调倾斜长轴式焊接滚轮架等，配以电气控制系统的自动控制，另外还在焊接速度的调节中应用了变频调速技术，便于焊接工艺参数的调整。该滚筒自动焊接中心自2011年初经过工艺验证并投入使用以来，运行良好。目前，改向滚筒的焊接工艺已经形成了一套完整、成熟的自动化焊接流程，并能很好地适应带式输送机改向滚筒多种直径和长度规格的焊接要求。
滚筒工件自使用了自动焊接中心制造后，焊接的劳动强度明显降低，生产效率也比手工焊接提高了近30%，而且自动焊接后的筒体工件焊缝均匀，焊接变形小，气孔、杂质、裂纹、咬边的缺陷明显减少，彻底解决了原来传统焊接中的金属液体流淌、焊缝成型不良的技术难题。本滚筒焊接自动化中心中的工艺装备方案也同样适宜于其他行业的筒形类，如长度、直径系列变化的工件的自动焊接。
参考文献
[1]王政.焊接工装夹具及变位机械[M].北京：机械工业出版社，2001.
[2]北京起重运输机械研究所，武汉丰凡科技开发有限责任公司.DTⅡ（A）型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社.
[3]濮良贵.机械零件[M].北京：高等教育出版社，1992.
作者简介
刘杰（1981-），男，山东昌乐人，工程师，硕士，主要从事金属结构设计及材料加工工艺的研究