間距可調式鋼筋網焊機焊接回路的設計

王希靖，杜金濤，金 華，張昌青

(蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050)

間距可調式鋼筋網焊機焊接回路的設計

王希靖，杜金濤，金 華，張昌青

(蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050)

針對目前同種鋼筋網焊機只能焊接網格間距固定鋼筋網架的局限性，設計出一套焊接氣缸和下電極可以左右移動的焊接機構。該機構通過移動焊接氣缸與電極的方式來調節改變鋼筋網架的網格間距，根據鋼筋網焊機網格間距可調的特點對焊接變壓器與導電銅排進行合理的設計布局。綜合考慮焊接回路中電阻和感抗等因素對回路進行優化設計，然后用測量大網格鋼筋網焊機焊接回路參數的方法對比計算出所要設計的間距可調式網焊機焊接回路阻抗的大小，根據回路中阻抗的大小選擇合適的焊接變壓器，從而使所設計的焊接電路能夠滿足網焊機網格間距可調的要求。

網焊機；間距可調；阻抗；焊接電路

0 前言

鋼筋焊接網架是將等徑或者不等徑的鋼筋以一定間距垂直排列，全部交叉點用電阻點焊連接在一起的鋼筋制品。在礦山開采、橋梁、隧道等工程建設中常采用鋼筋網架作為支撐結構，這就對鋼筋網架的焊接質量有了更高的要求。鋼筋網焊機焊接網架能夠大幅度提高產品的質量，在提高抗裂能力和生產效率等方面都具有優點[1]。鋼筋網焊機目前普遍是同一種規格的鋼筋網焊機焊接網格間距固定的網架，而在工廠中實際生產的鋼筋網架網格間距是多樣化的，如果要焊接生產網格間距繁多的網架就需要多種鋼筋網焊機。針對上述問題，設計出在一定間距范圍內能通過移動焊接氣缸與電極的方式來調節網格間距的焊機機構，實現用一種鋼筋網焊機來焊接網格間距可變的網架，既能提高網架焊接的自動化水平，又能保證網架間距的多樣化。

1 間距可調網焊機焊接機構的設計

1.1 焊接機構的組成

網格間距可調式網焊機主要是通過移動焊接氣缸和電極位置的方式來實現網格間距的變化。如圖1所示，焊接機構主要由焊接主梁上梁和焊接主梁下梁組合而成[2]。在該焊接機構中，八個焊接氣缸安裝在主梁上梁下平板，對應的下電極安裝在主梁下梁上平板上。

圖1 間距可調式網焊機焊接機構

1.2 間距可調式設計

焊接主梁上相鄰兩個氣缸間距為300 mm，每個氣缸可以在0～100 mm內左右移動。網架焊接中縱筋的根數為2～8根，例如采用該機構焊接由5根縱筋組成的最常用的大網格非等徑鋼筋網架，該鋼筋網架是由φ 6.5 mm和φ 12 mm鋼筋制成的2 150 mm×4 800 mm規格的網架，如圖2所示。焊接網架的方法是保持第1個、第6個氣缸不動，第3個氣缸向左移動100mm，第4個氣缸向右移動100 mm，第8個氣缸向左移動100 mm，從而使第1、第3、第4、第6、第8氣缸間距均為500 mm，即可實現大網格非等徑鋼筋網架的焊接。若要焊接8根縱筋的網架，則網格間距在200～300 mm可調；若要焊接兩根縱筋的網架，則網格間距最大可以達到2300 mm。

圖2 大網格非等徑鋼筋網架

該機構采用單個焊接氣缸控制單個焊點焊接，即采用變壓器的數量取決于焊點數量[3]，可以對粗細鋼筋的焊接設置最佳點焊規范，也更容易控制焊接參數。

2 間距可調網焊機焊接回路的設計

2.1 焊接回路的組成

焊接回路主要由阻焊變壓器的二次繞組、次級連接件、電極和電極間的焊件等組成。其中回路由電阻和感抗組成。鋼筋網焊機焊接回路的電阻主要是阻焊變壓器的電阻(包括一次、二次繞組)、構件間的接觸電阻、回路中導電銅排的電阻以及焊件電阻等，感抗是阻焊變壓器的漏抗以及焊接回路的感抗。

2.2 焊接回路的設計布局

間距可調式網焊機的設計主要是電阻點焊過程中焊接電路的設計布局。根據網格間距可調的特點，焊接變壓器、導電銅排的位置布局如圖3所示。焊接變壓器放置在主梁上梁的上平板上，變壓器的一極通過一導電銅排連接至下電極，另一極用各自的導電銅排連接至焊接氣缸，連接在焊接氣缸上的銅排有一定的彎曲度，以便焊接氣缸下壓時導電銅排有伸展量。考慮到焊接回路中感抗的影響，將焊接回路分為兩部分來減小回路中的感抗。

圖3 焊接回路中變壓器及銅排的布局

2.3 焊接回路的計算

焊接回路中阻焊變壓器電阻RT根據已制造過的類似結構和容量的阻焊變壓器統計數據估算，一般為10～30 μ Ω。焊件電阻Rb為幾十至幾百微歐，回路中導電銅排的電阻為R，此焊接回路的總電阻Rw＝RT+R+Rb。

在一定的頻率時，焊接回路的感抗Xs與回路所包容的面積成正比，兩者關系如圖4所示[4-6]。

根據已制造類似結構和容量的阻焊變壓器估算，阻焊變壓器的漏抗XT＝10～50 μ Ω，焊接回路的感抗Xw＝XT+Xs。

2.3.1 大網格焊機焊接回路

為了更準確地獲得焊接回路阻抗值，用測量大網格鋼筋網焊機焊接回路的方法來計算間距可調式網焊機的焊接回路阻抗。大網格鋼筋網焊機焊接回路如圖5所示，焊接電壓為U0，焊件上的電壓降為U2，導電銅排電阻為R1，其上面的電壓降為U1。顯然焊接電壓是焊件上的電壓降與導電銅排上的電壓降之和。

圖4 感抗與回路所包容的面積的關系

圖5 大網格焊機焊接回路

在大網格焊機的焊接回路中，經測量得到焊接變壓器一次電流為590 A，大網格焊機焊接回路中變壓器的二次空載電壓為13.4 V。由變壓器的理論可知

式中 U10為焊接變壓器一次電壓380 V；I10為焊接變壓器一次電流；U20為焊接變壓器二次電壓；I20為焊接變壓器二次電流。從而得到二次電流I20＝16730A。

試驗中對焊接電壓U0和焊件之間的電壓降U2分別測量了五組數據，用求平均值的方法計算焊接電壓與焊件上的電壓降，測量數據如表1、表2所示。

表1 焊接電壓U0測量值

表2 焊件電壓U2測量值

由大網格焊機焊接回路可得到

2.3.2 間距可調式網焊機焊接回路

間距可調式焊接回路如圖6所示，該回路中導電銅排的截面積、電阻率與大網格焊機導電銅排相同，兩者的導電銅排在長度上有所不同。

圖6 間距可調式焊機焊接回路

大網格焊機中導電銅排總長度L2＝1 500 mm，設計的間距可調式網焊機焊接回路中最長的導電銅排L1＝3400mm。根據公式R＝ρ(L／S)可以得到間距可調式網焊機導電銅排的電阻R2＝(L1／L2)×1.4×10-4Ω＝3.2×10-4Ω。從而得到所設計的焊接回路總電阻Rw＝RT+R2+Rb＝3.75×10-4Ω。

2.3.3 焊接變壓器

阻焊變壓器是電阻焊機供電裝置的核心，它是一個輸出低電壓、大電流的特殊變壓器。在間距可調式焊機焊接回路中，所選的變壓器只要能滿足包容面積最大的回路要求，則其余焊點對應的回路也就能夠滿足。該焊接回路中焊接二次電流I20＝16 730 A，回路阻抗的最大值Zw＝8.8×10-4Ω，從而可以得到焊接變壓器二次輸出電壓U＝I20×Zw＝16730A×8.8×10-4Ω＝14.7 V，則選擇的焊接變壓器要求二次輸出電壓為14.7 V。

3 結論

(1)通過移動焊接氣缸與電極的方式來調節鋼筋網架的網格間距，網格間距在200～2 300 mm內可調。

(2)對大網格焊機焊接回路中參數進行測量，從而對比計算出了間距可調式焊機焊接回路中的電阻和感抗。

(3)根據焊接回路中阻抗最大的回路得到了所需焊接變壓器的二次輸出電壓為13.7 V。

[1]關 萍.鋼筋焊接網的技術特點及應用[J].大連大學學報，2004，25(8)：46-47.

[2]張昌青，張英寶，馬躍洲，等.鋼筋網架電焊機的設計及應用[J].蘭州理工大學學報，2007，33(01)：25-28.

[3]封政華，華函源 鋼筋網自動焊接成型設備的設計與制造[J].電焊機，2000，30(4)：20-23.

[4]薛偉鳴，袁傳浩.電阻焊理論與實踐[M].北京：機械工業出版社，1992.

[5]馮吉才.壓焊方法及設備[M].北京：機械工業出版社，2005.

[6]趙熹華.壓力焊[M].北京：機械工業出版社，1980.

Design of welding circuit in spacing adjustable steel mesh welding machine

WANG Xi-jing，DU Jin-tao，JIN Hua，ZHANG Chang-qing
(Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

In view of the limitations that current steel mesh welding machine can only weld fixed steel grid spacing，this paper designed a set of welding mechanism that welding cylinder and electrodes can move around.The way by moving the welding cylinder and electrode to adjust the grid spacing，according to the characteristics of the grid spacing adjustable design the layout of the welding transformer and the conductive copper reasonably.Consider the factors such as resistance and inductance to optimize the design of the welding circuit，then use measuring welding circuit parameters of big grid steel mesh welder calculate the impedance of spacing adjustable steel mesh welder，according to the impedance to choose the appropriate size transformer，thereby made to the welding circuit design can meet the spacing adjustable requirements.

net welder；adjustable spacing；impedance；welding circuit

TG409

A

1001-2303(2012)03-0047-04

2011-09-09

王希靖(1965—)，男，甘肅榆中人，教授，主要從事焊接設備及其自動化、焊接新技術對焊接質量控制方面的工作。