耐張線夾本體環形自動焊接研究

黃海俊 姚貴嬌

（中國能源建設集團南京線路器材有限公司，江蘇南京210037）

0 引言

壓縮型耐張線夾一般由鋼錨和鋁（鋁合金）管組成，用施加外壓力的方法分別使線夾鋼錨的鋼管與導線的鋼芯及線夾的鋁管與導線的鋁股壓接錨固，使線夾與導線結合成為一個整體。壓縮型耐張線夾主要用于緊固導線的終端，將導線連接至耐張絕緣子串上，承受導線的張力和承載導線的電流，滿足特定的機械和電氣性能要求。耐張線夾本體一般由鋁管與引流板焊接而成，管徑較小的也可折彎壓扁制成。我公司耐張線夾本體焊接一直由人工氬弧焊完成，焊接質量受工人焊接技術影響較大，焊接速度較慢，每人每小時焊接30根（耐張線夾NY-630/45.1）左右，焊接環境對工人身體影響較大。為了解決以上問題，我公司決定研發耐張線夾本體環形自動焊接設備，實現耐張線夾本體焊接自動化，改善工人工作環境，提高工作效率。

1 設計基本條件

耐張線夾本體鋁管和引流板材料為1050A或6063，所以耐張線夾本體環形自動焊接設備采用MIG焊接工藝。MIG焊通常被定義為絲狀電極的金屬極電弧焊，在焊接過程中，需用稀有氣體覆蓋焊接區域，避免熔化金屬的氧化。焊接電弧的起弧過程為焊絲接觸導電嘴獲得電壓，和設備地線構成焊接回流，使電弧能夠在焊絲端部和工件之間燃燒，焊接保護氣體通過噴嘴流出，覆蓋焊接區域，形成焊接冶金過程。

為了確定耐張線夾本體環形自動焊接設備的焊接形式及設備大小，筆者查閱了大量現有耐張線夾本體設計圖。由于篇幅有限，表1及圖1、圖2、圖3僅列出了耐張線夾本體典型產品的主要焊接形式及參數。

表1 耐張線夾本體焊接參數表 單位：mm

通過對以上耐張線夾本體焊接形式和相關參數統計分析，耐張線夾本體環形自動焊接設備設計要求適用于焊接耐張線夾鋁管外徑為40～100 mm，長度為400～1 000 mm的耐張線夾。

圖1 NY-300/40YA及NY-1250/100A引流板形式

圖2 NY-630/45A（330）引流板形式

圖3 NY-1600K引流板形式

2 設備設計改進

2.1 舊設備存在的問題

我公司在2009年設計引進一臺耐張線夾本體環形焊設備（圖4），該設備由于種種原因一直沒能正常使用，經過多次的調試發現該設備在設計方面有先天缺陷，在操作過程中易出現定位跑偏的現象，導致焊縫位置出現問題。原耐張線夾本體環形焊設備焊接步驟較多，先由夾緊工裝固定引流板與耐張線夾本體，焊接專機自動焊接一面，再由人工翻轉焊接另一面，用時較長。固定焊槍及耐張本體的機構不穩固，重復定位不準確，設備的相關部件在操作過程中出現移位導致焊接質量不穩定。耐張線夾本體焊接存在發黑、虛焊等質量問題。

圖4 舊設備布局圖

2.2 新設備的改進設計

新型耐張線夾本體環形焊設備（圖5）由原先豎直裝夾改為水平L型布置，雙槍MIG焊同時焊接。

圖5 新設備布局圖

該設備主要由自動化焊接電源模組、旋轉模組、自動橫移模組、尾座固定模組、人機控制箱等機構組成。耐張線夾環形自動焊接專機搭載麥格米特全數字IGBT逆變MIG多功能ArtsenⅡPM500A（兩臺）自動化焊接電源。旋轉模組旋轉機構精度高，能確保被焊產品在自動焊接時的同軸度。由于耐張線夾的鋁管直徑大小不一，焊接位置不固定，因此設計了搭載焊槍的自動橫移模組。該模組能支撐焊接專機焊槍雙槍既能同時上下左右調節，又能單個上下左右調節，確保焊槍的焊接位置符合圖紙要求。考慮到耐張線夾的鋁管長度不一，設計了尾座固定模組。該模組能前后移動機械固定，配以尾部氣動頂針，能自由移動以固定不同長度的耐張線夾本體。人機控制箱控制系統為三菱+7寸彩色人機交互界面。人機交互界面簡單明了，易于學習和操作，自動焊接控制系統設置了多種類型產品的試教和數據存儲功能，能記憶已編好的程序并可重復調用。

2.3 設備使用

按位置擺放好耐張線夾本體和引流板，尾座固定模組頂住耐張線夾本體。按下啟動按鈕，設備通過氣動夾緊裝置在規定位置夾緊耐張線夾本體和引流板。兩側焊槍下降到合適位置同時自動焊接，氣動夾緊裝置夾緊耐張線夾本體和引流板，同時旋轉一定的角度，這時焊接鋁管與引流板已經連接在一起，氣動夾緊裝置松開耐張線夾本體，回到起始點位置，準備下個動作。伺服電機繼續旋轉，直到焊接完成。焊槍回到起始位置，準備下一個動作。工人取下產品，再放上新的，設備重復起始動作。

3 焊接產品試驗

3.1 壓縮型耐張線夾電氣性能要求

（1）壓縮型耐張線夾與導線接續處兩端點之間的電阻應不大于同等長度導線電阻。

（2）壓縮型耐張線夾與導線接續處的溫升應不大于被接續導線溫升。

（3）壓縮型耐張線夾載流量應不小于被接續導線載流量。

3.2 試驗

為了檢驗設備所焊接產品是否符合耐張線夾本體相關焊接質量要求，焊接了耐張線夾NY-630/45A（330）產品，委托南京電力金具設計研究院有限公司做了直流電阻試驗和溫升試驗。試驗證明，采用耐張線夾本體環形焊接設備MIG焊接工藝焊接耐張線夾本體，其直流電阻低于等長導線直流電阻；試件的溫升值低于導線的溫升值，符合《電力金具通用技術條件》（GB/T 2314—2008）和《電力金具試驗方法 第3部分：熱循環試驗》（GB/T 2317.3—2008）的要求。

4 結語

耐張線夾本體原有焊接工藝人工氬弧焊焊件焊前需用烘箱緩慢升溫預熱，預熱溫度應根據焊件的厚度、大小，在100～300 ℃選擇，焊接時工人焊完一面再焊另一面。而應用耐張線夾本體環形焊接設備MIG焊接工藝焊接耐張線夾本體，無須預熱直接焊接，且兩面一次焊接成型，能節約能源和時間，減輕工人勞動強度。焊接過程在密封的設備箱體內，加裝了環保設備，減少了弧光、粉塵對工人的傷害。