半自動圓搭變位專用焊接系統(tǒng)設(shè)計

謝恒勇 鄧姣

摘要：本文通過企業(yè)中生產(chǎn)的常見零件圓塔焊接工藝的現(xiàn)狀分析，傳統(tǒng)手工焊接，焊接方法原始，工藝簡單，焊縫質(zhì)量不高，工人焊接技術(shù)不同，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定;完全手工焊接，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，勞動強度較大;本文通過半自動圓塔變位專用焊接系統(tǒng)設(shè)計，通過數(shù)控變位機、十字操作機、氣動槍架、焊接擺動器等來實現(xiàn)圓塔半自動焊接，提高焊接質(zhì)量、生產(chǎn)率和設(shè)備使用率，極大大地減輕工人勞動強度，為公司節(jié)約了成本。

關(guān)鍵詞：半自動;數(shù)控變位機;十字操作機;氣動槍架;焊接擺動器;專用焊接

1 ?目前圓塔焊接現(xiàn)狀

圓搭焊接結(jié)構(gòu)是裝載機零件中大量應(yīng)用的一種典型結(jié)構(gòu)，如上、下鉸接板、前中梁、大臂等零、構(gòu)件都有這樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。具有這樣結(jié)構(gòu)的工件，都存在圓搭環(huán)縫焊接這道工序。如圖1所示的“支撐板圓搭焊接”工序為典型零件。

目前圓搭焊接時采用全手工焊接方式完成。通過專用定位工裝，手工對工件進(jìn)行裝夾定位，由操作工對需要焊接的圓環(huán)焊縫進(jìn)行兩次焊接完成。該工藝方法目前存在以下問題需要解決：①焊接質(zhì)量不高、不穩(wěn)定：原工藝方法為手工焊接，為方便操作，對圓環(huán)焊縫使用的焊接方式為平角焊，導(dǎo)致焊縫兩邊的焊接高度容易不一致，焊縫質(zhì)量不高。②效率不高：原工藝方法在生產(chǎn)時，一個操作工同一時間只能對一件工件進(jìn)行焊接加工，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高。③工人勞動強度較大：工人在生產(chǎn)過程中因為是全手工操作，勞動強度較大。

為解決以上問題，增加圓搭焊接結(jié)構(gòu)類零件的產(chǎn)能及提高圓搭焊接結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，降低對操作工的技能等級要求、減輕工人勞動強度，并結(jié)合企業(yè)成本管控，經(jīng)過多方的市場調(diào)研、研究，擬采取如下半自動圓搭變位焊接專用系統(tǒng)達(dá)到以上目的。

2 ?半自動圓塔變位專用焊接系統(tǒng)

本專用系統(tǒng)的組成如圖2所示，整個半自動系統(tǒng)主要由數(shù)控變位機、十字操作機、氣動槍架、焊接擺動器、機架等部件組成。

2.1 數(shù)控變位機

經(jīng)綜合比較，選用高精度數(shù)控多功能焊接變位機，如圖3。該機以觸摸屏作為人機界面，便于參數(shù)設(shè)定，可預(yù)存10款焊接程序，并可實現(xiàn)多區(qū)間連續(xù)焊接。該機兼具點焊和連續(xù)焊接功能，可以搭配焊接擺動器進(jìn)行焊接作業(yè)，使其工作效率更高，另外還可搭配槍架使用;設(shè)有焊槍起弧/收弧時間設(shè)定功能，與焊機聯(lián)動時根據(jù)實際需要設(shè)定變位機聯(lián)動滯后時間和停焊時收弧時間，并可實現(xiàn)與多臺焊機同時聯(lián)動。

2.2 十字操作機（立柱式）

立柱式焊接操作機是一種應(yīng)用廣泛、自動化程度高的焊接輔助設(shè)備，如圖4，它通過橫臂的升降、伸縮，來滿足不同工件多種焊接方式的焊接需求。它可以和滾輪架，變位機一起配合使用，還可以與一些其它的焊接輔助設(shè)備組成焊接生產(chǎn)線，完成工件環(huán)、縱縫的焊接需求。實現(xiàn)了圓筒形金屬結(jié)構(gòu)件環(huán)、縱縫的自動化焊接，大大提高了焊接質(zhì)量的同時也極大的提高了工作效率，是一套方便、快捷、可靠的設(shè)備。本專用系統(tǒng)選用手動十字操作機。設(shè)備主要由立柱、橫臂、升降機構(gòu)、升降導(dǎo)向托架、鎖軌器等組成。

2.3 氣動槍架

氣動槍架是一種可以氣動調(diào)節(jié)焊槍位置，焊槍可沿立柱上下調(diào)節(jié)位置的設(shè)備，如圖5。焊接時可由氣閥氣動推進(jìn)槍架，焊接結(jié)束后焊槍自動提起，便于拿出工件，效率高，安全性強。此款氣動槍架氣動行程200mm，焊槍位置可以隨意調(diào)節(jié)，具有定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好的特點。可與普通槍架結(jié)合使用，效果更佳！該氣動槍架質(zhì)量穩(wěn)定，可用于各種焊接專機。

2.4 焊接擺動器

焊接過程中，能有效增加焊縫寬度，一次焊接獲得多次焊接的效果，大大提高生產(chǎn)率;改善熔池邊緣成型，消除“咬邊”缺陷;焊縫表面清潔，尤其適合于較厚板材和寬焊縫的金屬填充焊接和蓋面焊接。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于造船、壓力容器、管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)中。擺動器留有輸入輸出接口，可方便與焊接變位機，焊接滾輪架和焊接十字臂等組合使用實現(xiàn)自動或半自動焊，用于焊接角焊縫、壓力容器、法蘭盤、鋼結(jié)構(gòu)、造船、管道等，可替換大量熟練焊工，獲得優(yōu)質(zhì)、高效焊接過程。

經(jīng)對企業(yè)現(xiàn)有的圓搭焊接結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行工藝分析，部分大尺寸的零件對焊縫的寬度有相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。因此，本焊接專用系統(tǒng)根據(jù)具體的圓搭焊接結(jié)構(gòu)零件需要加裝焊接擺動器以控制焊縫寬度。經(jīng)綜合比較，選用直線焊接擺動器。

3 ?預(yù)期效果

采用以上所設(shè)計的半自動圓搭變位焊接專用系統(tǒng)對所有具有圓搭焊接結(jié)構(gòu)的裝載機零件進(jìn)行圓搭焊接工序的加工，代替原手工焊接的生產(chǎn)工藝，有以下顯著的優(yōu)點：①提高焊接質(zhì)量，降低工件不良率，半自動圓搭變位焊接專用系統(tǒng)可以通過更換定位芯軸、壓塊的簡單操作，快速轉(zhuǎn)換生產(chǎn)對象，對所有具有圓搭焊接結(jié)構(gòu)的零件完成該道工序的生產(chǎn)，具有一定的生產(chǎn)柔性，提高了設(shè)備的利用率。②提高生產(chǎn)效率。原手工焊接的生產(chǎn)工藝臺班產(chǎn)量約為100件/班，本系統(tǒng)單臺臺班產(chǎn)量預(yù)計可達(dá)到150件/班左右，同時，因為本半自動圓搭變位焊接專用系統(tǒng)除上、下料為手工操作以外，其他整個焊接過程實現(xiàn)了自動化，相比于原工藝而言可一人操作兩臺設(shè)備，所以臺班產(chǎn)量在理想狀態(tài)下可以達(dá)到300件/班，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工時定額。③半自動圓搭變位焊接專用系統(tǒng)在調(diào)試完成后，能降低對操作工人的技術(shù)等級要求，從而降低生產(chǎn)成本。同時，還能極大地減輕工人勞動強度。

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作者簡介：謝恒勇（1966-），男，廣西柳州人，工程師;鄧姣（1982-），女，廣西全州人，工程師。