基于PLC控制的自動高效環焊縫焊接系統

（云南建投機械制造安裝工程有限公司，云南 昆明 651701）

0 前言

環縫焊接是指各種圓形、環形焊縫的焊接，在管道施工、容器、化工設備等生產安裝中具有極其重要的地位[1]。

先進的焊接設備是高效高質焊接的重要保證[2]。目前常見的自動環縫焊機大多采用焊槍位置固定、工件回轉運動的方式施焊，該方法雖然焊接過程穩定，焊縫質量高，可減輕工人的勞動強度，但存在焊接效率低下、在環形焊縫不連續時操作復雜無法施焊等問題。針對上述問題，將變位機進行適當改造，使其能同時裝夾3把（甚至4把）焊槍，利用PLC可編程控制器控制變位機和多把焊槍協同作業，提高環形焊縫的焊接生產效率，并解決普通環縫焊機在環形焊縫不連續時無法施焊等問題。該焊接系統生產效率高，是普通自動環縫焊機的3倍以上，能適應各種環形焊縫焊接，自動化程度高、設備簡單、操作簡便、焊接質量穩定。

1 技術方案

（1）解決焊接生產效率低的問題。

常見的自動環縫焊機及變位機雖然過程自動化，但一把焊槍進行施焊的方式焊接效率低。本系統采用多把焊槍協同焊接的方式來提高焊接效率。在焊接單條環形焊縫時，其原理如圖1所示，1、2、3號焊槍分別沿環形焊縫呈120°設置。在施焊時，PLC控制3把焊槍起弧，同時控制變位機帶動焊件旋轉，轉過120°后PLC控制變位機停止工作，3把焊槍隨之熄弧，此時，①、②、③段焊縫連接成一條完整的環焊縫。整個過程用時僅為普通環縫焊機的1/3，在批量化生產時其高效性尤為顯著。

圖1 多焊槍焊接單條環形焊縫的焊接原理

焊接多條環形焊縫的原理如圖2所示，1、2、3號焊槍分別調整至3條環焊縫的起弧點位置，工件裝夾在變位機上并調整至水平位置。施焊時，利用PLC同時控制3把焊槍和變位機，旋轉一次即可完成整個工件上3條焊縫的焊接。

圖2 多焊槍焊接多條環形焊縫的焊接原理

（2）解決不連續環形焊縫的問題。

普通自動環縫焊機的生產方式決定了其焊縫不連續操作時過程復雜且效率低的問題。本系統解決該問題的原理如圖3所示，1、2、3號焊槍沿環形焊縫呈120°布置在焊接起弧點處，工件無需旋轉一周，焊槍也無需二次起弧，只需變位機帶動焊件旋轉一定角度就能完成焊接。

圖3 解決不連續環形焊縫的原理

（3）解決任意弧長、不連續環形焊縫的焊接難題。

在任意弧長、不連續環焊縫焊接時，工件的每條環焊縫弧長都不相等且不連續，普通環縫焊機難以適應，本系統利用PLC分別控制3把焊槍不同的通斷時間和變位機工作時間來解決。原理如圖4所示，1、2、3號焊槍分別布置于工件3條不等弧長焊縫的起弧點，針對不同弧長的焊縫提前給PLC編定程序。施焊時，變位機帶動焊件旋轉，待3把焊槍都分別完成焊接作業后，PLC發出信號控制焊槍及變位機停止工作，即一次焊完整個環形面上3條任意弧長的環形焊縫。

2 系統構成

焊接系統的構成包括旋轉變位機、三維調節焊槍夾具、氣保焊槍和PLC等，如圖5所示。

圖4 解決任意弧長、不連續環形焊縫的原理

PLC為主要控制系統，負責接受用戶編程并傳達各種控制指令[3]。例如，PLC計時控制每把焊槍的通斷電時間以及變位機的工作時間。旋轉變位機是主要的運動機構，可獨立調速，負責帶動工件做回轉運動，并可變換工件空間焊接位置，增大適用范圍[4]。氣保焊槍是該系統焊接工作的執行者，能接受PLC發出的指令進行施焊。三維調節焊槍夾具則起到定位和調節焊槍位置的作用[5]。

3 工作過程

圖5 系統構成

以任意弧長、不連續環形焊縫焊接為例闡述系統的工作過程。在焊接任意弧長、不連續環形焊縫時，首先設定好焊接電源的參數值以及旋轉變位機的轉動速度（即焊接速度），其次針對焊接工件不同弧長的焊縫對PLC進行編程，設定1號焊槍工作時間n1秒，2號焊槍工作時間n2秒，3號焊槍工作時間為 n3秒，假設 n1＜n2＜n3，則變位機的工作時間為最大值n3秒。上述程序調試工作完成后裝夾工件，按照焊接方向調整焊槍位置，使焊槍焊絲對準焊縫起弧點，并保持一定的干伸長度，完成準備工作。施焊時，按下啟動開關，給PLC一個輸入信號，PLC運行用戶編寫的程序，發出輸出信號給焊槍和變位機。3把焊槍開始起弧，同時變位機開始帶動工件旋轉施焊。待經過n1秒后1號焊槍焊接完成，PLC發出一個電信號控制1號焊槍熄弧，其他焊槍及變位機繼續工作。同上，經過n2秒后，控制2號焊槍熄弧。直到n3秒后，PLC發出信號控制變位機及3號焊槍停止工作。至此，完成整個工件環焊縫的焊接。

4 結論

利用PLC的編程和計時控制功能，能夠實現多把焊槍和旋轉變位機間的協同作業，并且針對不同工件的焊縫形式，只需編寫不同的PLC程序就能輕松適應各種焊縫的焊接，滿足用戶的不同需求。該系統焊接效率高，自動化、柔性化程度高，結構簡單，操作方便。