專利名稱：一種焊條自動平焊裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及一種焊條自動平焊裝置的控制方法。
背景技術(shù)：
焊條電弧焊是工業(yè)上最為廣泛使用的一種焊接方式，設(shè)備簡單，成本低廉。焊條電弧焊通常是手工操縱焊條進行焊接的金屬加工方法。焊條通過電焊鉗夾持接焊接電源一極，工件通過導線接焊接電源的另一極，引弧和電弧燃燒是在焊條端部與工件之間進行。其作為連接材料的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)部門制造中，相應(yīng)的焊條電弧焊的各種工藝試驗也越來越多。然而有些焊條電弧焊的工藝試驗需要在高壓以及輻射等環(huán)境中進行，由于實驗人員不能進入這種危險場合進行操作，需要使用能夠使焊條自動施焊的專門設(shè)備來代替手工。為了實現(xiàn)在實驗人員不能進入的高壓、輻射等危險環(huán)境下進行焊條電弧焊，必須開發(fā)一套能夠使焊條自動施焊的專門設(shè)備，用于特殊環(huán)境下焊條電弧焊的工藝研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種焊條自動平焊設(shè)備極其控制方法，以代替手工進行平焊位置的焊條電弧焊，用于在高壓以及輻射環(huán)境等人員不能進入的場合進行焊條電弧焊工藝試驗，用于特殊環(huán)境下焊條電弧焊的工藝研究。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):一種焊條自動平焊裝置，包括主要由機架、焊條夾具、位置調(diào)節(jié)支架、焊條垂直運動機構(gòu)、工件安放平臺、水平二維運動平臺組成的機械運動機構(gòu)和主要由PLC、焊條短路回抽電路和弧壓反饋電路組成 的控制系統(tǒng):在所述機械運動機構(gòu)中，所述焊條垂直運動機構(gòu)連接在所述機架的上方，所述位置調(diào)節(jié)支架連接在焊條垂直運動機構(gòu)上，所述焊條夾具連接在位置調(diào)節(jié)支架的下端；所述工件安放平臺固定在水平二維運動平臺上，以實現(xiàn)在水平面的移動。所述的焊條垂直運動機構(gòu)和水平二維運動平臺各軸均采用絲杠傳動，以實現(xiàn)精確度高，靈敏度高，穩(wěn)定性好的三維方向的位置移動。所述位置調(diào)節(jié)支架既可以調(diào)節(jié)焊條與工件在垂直方向上的相對位置，還可以調(diào)節(jié)焊條與工件的夾角，用于實現(xiàn)自動平焊時焊條的前傾和后傾。在進行使用時，為了試驗人員操作方便，應(yīng)用相對運動原理，采用焊條固定、工件運動的方式進行焊接，水平二維運動平臺實現(xiàn)工件在水平X、Y方向上的運動，焊條垂直運動機構(gòu)實現(xiàn)在垂直方向上送進或回抽焊條。在所述控制系統(tǒng)中，所述PLC用于控制和協(xié)調(diào)水平二維運動平臺和焊條垂直運動機構(gòu)的運動；所述焊條短路回抽電路用于焊條引??；所述弧壓反饋電路用于焊接過程中調(diào)節(jié)焊條的送進速度，其中
所述焊條短路回抽電路由弧壓檢出繼電器、延時通電型時間繼電器和換向接觸器組成，按下焊接開始按鈕，焊條向下送進，未接觸工件前，焊接電壓為空載電壓，空載電壓為76V左右，此時穩(wěn)壓管反向?qū)?，弧壓檢出繼電器線圈通電，弧壓檢出繼電器的常閉觸點處于斷開狀態(tài)，當焊條與工件接觸的瞬間，焊接電壓變?yōu)镺V左右，的常閉觸點線圈斷電，弧壓檢出繼電器的常閉觸點閉合，延時通電型時間繼電器和換向接觸器線圈通電，換向繼電器使送進焊條的電機反向轉(zhuǎn)動，回抽引弧，達到設(shè)定的延遲時間后，延時通電型時間繼電器的常閉觸點斷開，延時通電型時間繼電器線圈斷電，送進焊條的電機恢復到正向轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)到弧壓反饋電路向下送進焊條；當焊條與工件接觸瞬間，弧壓檢出繼電器線圈斷電時，弧壓檢出繼電器的另一個觸點給PLC —個輸入信號，啟動平臺運動，實現(xiàn)短路引弧的同時，工件相對于焊條運動。用于控制焊條送進速度的弧壓反饋電路，在確定的參考電壓下，當測量的電弧值大于參考電壓，反應(yīng)出焊條前端至工件的距離變長，此時控制系統(tǒng)加快電機轉(zhuǎn)速，從而加快送進焊條的速度，使焊條前端至工件的距離變短，恢復到預期的參考值，反之亦然。利用本發(fā)明的焊條自動平焊裝置進行焊接的方法，按照下述步驟進行:(I)步驟1，開始焊接前，在焊條夾具處人工裝配焊條，利用位置調(diào)節(jié)支架和焊條垂直運動機構(gòu)調(diào)節(jié)焊條與工件的垂直距離和角度，利用水平二維運動平臺調(diào)節(jié)焊條前端與焊縫的相對位置；(2 )步驟2，焊接位置調(diào)整好后，打開焊接電源，在PLC控制柜上設(shè)置工件運動方向和焊接速度；(3)步驟3，按下焊接開始按鈕，焊條緩慢向下送進，焊條與工件接觸短路后，焊條短路回抽電路給PLC—個輸入信號，啟動水平二維運動平臺運動，在實現(xiàn)短路引弧的同時，使得工件相對于焊條運動，焊條沿焊縫方向進行平焊；(4)步驟4，在平焊過 程中，采用弧壓反饋電路控制焊條送進速度，在確定的參考電壓下，當測量的電弧值大于參考電壓，反應(yīng)出焊條前端至工件的距離變長，此時控制系統(tǒng)加快電機轉(zhuǎn)速，從而加快送進焊條的速度，使焊條前端至工件的距離變短，恢復到預期的參考值，反之亦然。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有如下有益效果:1.本發(fā)明為焊條電弧焊提供了一種自動平焊設(shè)備來代替手工，用于在高壓以及輻射環(huán)境等人員不能進入的場合進行焊條電弧焊工藝試驗，用于特殊環(huán)境下焊條電弧焊的工藝研究。2.運動機構(gòu)的各軸均采用絲杠傳動，精確度高，靈敏度高，穩(wěn)定性好。3.該焊條自動施焊裝置應(yīng)用相對運動原理，試驗過程采用焊條固定、工件運動的方式進行焊接，為操作人員提供了便利。4.焊條短路回抽電路和弧壓反饋電路，可以代替手工實現(xiàn)焊條回抽引弧和正常焊接，這兩個電路控制的靈活性，極大程度地模擬了手工電弧焊時操作人員對焊條的控制，為特殊環(huán)境下焊條電弧焊的工藝研究提供了便利。5.位置調(diào)節(jié)支架可以調(diào)節(jié)焊條與工件的夾角，用于實現(xiàn)自動平焊時焊條的前傾和后傾，可以滿足不同工藝研究的需求。


圖1是本發(fā)明的焊條自動平焊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為機架，2為焊條夾具，3為位置調(diào)節(jié)支架，4為焊條垂直運動機構(gòu)，5為工件安放平臺，6為水平二維運動平臺X方向，7為水平二維運動平臺Y方向，8為工件，9為焊條。圖2是利用本發(fā)明的焊條自動平焊裝置進行焊條自動平焊工作流程圖。圖3是本發(fā)明的焊條自動平焊裝置的控制系統(tǒng)中的焊條短路回抽電路示意圖。圖4是本發(fā)明的焊條自動平焊裝置的控制系統(tǒng)中的焊條送進速度電路切換的原理圖。圖5是本發(fā)明的焊條自動平焊裝置的控制系統(tǒng)中的電壓反饋電路原理框圖。圖6是利用本發(fā)明的技術(shù)方案進行焊接的平焊焊縫表面成形形貌。圖7是利用本發(fā)明的技術(shù)方案進行焊接的焊接接頭橫截面宏觀形貌。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作詳細的進一步說明。如附圖1所示，焊條自動平焊裝置主要由機架(I)、焊條夾具(2)、位置調(diào)節(jié)支架
(3)、焊條垂直運動機構(gòu)(4)、工件安放平臺(5)、水平二維運動平臺(6、7)組成。所述焊條垂直運動機構(gòu)連接在所述機架的上方，所述位置調(diào)節(jié)支架連接在焊條垂直運動機構(gòu)上，所述焊條夾具連接在位置調(diào)節(jié)支架的下端；所述工件安放平臺固定在水平二維運動平臺上，以實現(xiàn)在水平面的移動。所述的焊條 垂直運動機構(gòu)和水平二維運動平臺各軸均采用絲杠傳動，以實現(xiàn)精確度高，靈敏度高，穩(wěn)定性好的三維方向的位置移動。所述的焊條自動平焊裝置上的位置調(diào)節(jié)支架(3 )既可以調(diào)節(jié)焊條與工件在垂直方向上的相對位置，還可以調(diào)節(jié)焊條(9)與工件(8)的夾角，用于實現(xiàn)自動平焊時焊條(9)的前傾和后傾。在焊條夾具(2)處將焊條(9)尾部的裸焊芯固定住，焊條(9)向下固定；為了試驗人員操作方便，應(yīng)用相對運動原理，過程采用焊條(9)固定、工件(8)運動的方式進行焊接，水平平臺帶動工件(8)相對焊條(9)進行運動，水平二維運動平臺(6、7)實現(xiàn)工件在水平X、Y方向上的運動，焊條垂直運動機構(gòu)(4)實現(xiàn)在垂直方向上送進或回抽焊條(9)。所述的焊條自動平焊裝置的控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，由焊條短路回抽電路、弧壓反饋電路共同組成，PLC用于控制和協(xié)調(diào)水平二維運動平臺(6、7)、焊條垂直運動機構(gòu)
(4)的運動，焊條短路回抽電路用于焊條引弧，弧壓反饋電路用于焊接過程中調(diào)節(jié)焊條的送進速度。其中焊條回抽時間可調(diào)，引弧后向下送進焊條的速度是由弧壓反饋電路根據(jù)電弧電壓實時進行調(diào)節(jié)的，其速度值及弧壓反饋值、弧壓反饋范圍可以預設(shè)，以滿足研究焊接工藝的需求。焊條垂直運動機構(gòu)(3)負責向下以lmm/s的速度送進焊條，當焊條與工件接觸后系統(tǒng)自動調(diào)整到回抽電路，回抽焊條，此時電弧引燃，且時間繼電器開始計時，當回抽時間達到時間繼電器設(shè)定的延遲時間(一般可選設(shè)為0.4-0.5s)后，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)到弧壓反饋電路向下送進焊條，開始焊接。未短路接觸前向下送進焊條的速度跟弓I弧后向下送進焊條的速度是不同的，未短路接觸前向下送進焊條的速度是固定的，其速度值可以預設(shè)，而引弧后向下送進焊條的速度是由弧壓反饋電路根據(jù)電弧電壓實時進行調(diào)節(jié)的，其速度值及弧壓反饋值、弧壓反饋范圍可以預設(shè)，以滿足研究焊條電弧焊焊接工藝的需求。由圖3所示，整個焊條短路回抽電路是這樣運行的:圖中U+、U-分別接手工焊接電源的正負極，K0、K1和Κ2分別為弧壓檢出繼電器、延時通電型時間繼電器和換向接觸器，可采用分別采用歐姆龍(OMRON)的MY4N-J (作為K0)、FUJI的ST3PA-A (作為Kl)和LG的LS-GMR-4D(作為K2)。KO-1與Kl-1分別為KO的常閉觸點與Kl的常閉觸點。DZ為52V穩(wěn)壓管，SB0-1為焊接開始按鈕SBO的常開觸點。換向接觸器K2控制電機的正反轉(zhuǎn)，K2線圈斷電時，電機正轉(zhuǎn)，送進焊條；K2線圈通電時，電機反轉(zhuǎn)，回抽焊條。按下焊接開始按鈕SB0，焊條以lmm/s的速度向下送進，未接觸工件前，焊接電壓為空載電壓，空載電壓為76V左右，此時穩(wěn)壓管反向?qū)?，KO線圈通電，KO-1處于斷開狀態(tài)，當焊條(9)與工件(8)接觸的瞬間，焊接電壓變?yōu)镺V左右，KO線圈斷電，KO-1閉合，K1、K2線圈通電，換向繼電器使送進焊條(9)的電機反向轉(zhuǎn)動，回抽引弧，達到設(shè)定的延遲時間后，Kl-1斷開，K2線圈斷電，送進焊條的電機恢復到正向轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)到弧壓反饋電路向下送進焊條。當焊條(9)與工件(8)接觸瞬間，KO線圈斷電時，KO的另一個觸點給PLC —個輸入信號，啟動平臺運動，實現(xiàn)短路引弧的同時，工件相對于焊條運動。正常焊接時，焊接電壓始終小于52V，KO線圈始終處于斷電狀態(tài)。圖4為引弧前后焊條送進速度電路切換的原理圖，K0-3為KO的一組常開常閉觸點，38、128、129為APZ1901-D1電路控制板上(采用天焊電焊機制造有限公司生產(chǎn)的APZ1901-D1電路控制板)的三個接頭。-15V接入時，電路控制電機以lmm/s的速度送進焊條，+15V接入時，電路切換為弧壓反饋電路，控制電機根據(jù)電弧電壓實時調(diào)節(jié)送進焊條的速度。當焊接電壓為空載電壓，空載電壓為76V左右，此時穩(wěn)壓管反向?qū)?，KO線圈通電，K0-3使-15V接入電路，電路控制電機以lmm/s的速度送進焊條，當焊條(9)與工件(8)接觸的瞬間，焊接電壓變?yōu)镺V左右，KO線圈斷電，K0-3使+15V接入電路，電路切換為弧壓反饋電路。
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用于控制焊條送進速度的弧壓反饋電路，采用天焊電焊機制造有限公司生產(chǎn)的APZ1901-D1電路控制板，其具體功能:在確定的參考電壓下，當測量的電弧值大于參考電壓，反應(yīng)出焊條前端至工件的距離變長，此時控制系統(tǒng)加快電機轉(zhuǎn)速，從而加快送進焊條的速度，使焊條前端至工件的距離變短，恢復到預期的參考值，反之亦然。本發(fā)明的工作過程由圖2所示，開始焊接前，在焊條夾具(2 )處人工裝配焊條(9 )，利用位置調(diào)節(jié)支架(3)、焊條垂直運動機構(gòu)(4)調(diào)節(jié)焊條(9)與工件(8)的垂直距離和角度，利用水平二維運動平臺(6、7)調(diào)節(jié)焊條前端與焊縫的相對位置，焊接位置調(diào)整好后，打開焊接電源，在控制柜上選擇工件運動方向、焊接速度，按下焊接開始按鈕，焊條緩慢向下送進，焊條與工件接觸短路后回抽引弧，與此同時水平二維運動平臺(6、7)使工件(8)與焊條(9)發(fā)生相對運動，焊條沿焊縫方向進行平焊。米用KemppiMaster2850型手工焊接電源；米用E36鋼為試板,試板厚度為16mm,長度為250mm，寬度為IOOmm ;采用兩塊試板對接焊，焊縫接頭坡口角度為60° ;焊接電流為120A，焊接電壓為26-27V，焊接速度為3.0mm/s。使用Broco焊條對焊縫接頭進行多層多道焊，每焊一道均將焊渣清理干凈后再進行下一道焊接。如附圖6和7所示分別為焊縫表面成形宏觀形貌和焊接接頭橫截面宏觀形貌，焊接全過程穩(wěn)定，無中途斷弧現(xiàn)象，焊縫成形美觀，焊縫質(zhì)量良好。
以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的 保護范圍 。
權(quán)利要求
1.一種焊條自動平焊裝置的控制方法，其特征在于，利用的焊條自動平焊裝置包括主要由機架、焊條夾具、位置調(diào)節(jié)支架、焊條垂直運動機構(gòu)、工件安放平臺、水平二維運動平臺組成的機械運動機構(gòu)和主要由PLC、焊條短路回抽電路和弧壓反饋電路組成的控制系統(tǒng): 在所述機械運動機構(gòu)中，所述焊條垂直運動機構(gòu)連接在所述機架的上方，所述位置調(diào)節(jié)支架連接在焊條垂直運動機構(gòu)上，所述焊條夾具連接在位置調(diào)節(jié)支架的下端；所述工件安放平臺固定在水平二維運動平臺上，以實現(xiàn)在水平面的移動； 在所述控制系統(tǒng)中，所述PLC用于控制和協(xié)調(diào)水平二維運動平臺和焊條垂直運動機構(gòu)的運動；所述焊條短路回抽電路用于焊條引??；所述弧壓反饋電路用于焊接過程中調(diào)節(jié)焊條的送進速度； 在進行自動平焊時，按照下述步驟進行: (1)步驟I，開始焊接前，在焊條夾具處人工裝配焊條，利用位置調(diào)節(jié)支架和焊條垂直運動機構(gòu)調(diào)節(jié)焊條與工件的垂直距離和角度，利用水平二維運動平臺調(diào)節(jié)焊條前端與焊縫的相對位置； (2)步驟2，焊接位置調(diào)整好后，打開焊接電源，在PLC控制柜上設(shè)置工件運動方向和焊接速度； (3)步驟3，按下焊接開始按鈕，焊條緩慢向下送進，焊條與工件接觸短路后，焊條短路回抽電路給PLC —個輸入信號，啟動水平二維運動平臺運動，在實現(xiàn)短路引弧的同時，使得工件相對于焊條運動，焊條沿焊縫方向進行平焊； (4)步驟4，在平焊過程中，采用弧壓反饋電路控制焊條送進速度，在確定的參考電壓下，當測量的電弧值大于參考電壓，反應(yīng)出焊條前端至工件的距離變長，此時控制系統(tǒng)加快電機轉(zhuǎn)速，從而加快送進焊條的速度，使焊條前端至工件的距離變短，恢復到預期的參考值，反之亦然。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊條自動平焊裝置的控制方法，其特征在于，所述的焊條垂直運動機構(gòu)和水平二維運動平臺各軸均采用絲杠傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊條自動平焊裝置的控制方法，其特征在于，所述位置調(diào)節(jié)支架既可以調(diào)節(jié)焊條與工件在垂直方向上的相對位置，還可以調(diào)節(jié)焊條與工件的夾角，用于實現(xiàn)自動平焊時焊條的前傾和后傾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊條自動平焊裝置的控制方法，其特征在于，所述焊條短路回抽電路由弧壓檢出繼電器、延時通電型時間繼電器和換向接觸器組成，按下焊接開始按鈕，焊條向下送進，未接觸工件前，焊接電壓為空載電壓，此時穩(wěn)壓管反向?qū)?，弧壓檢出繼電器線圈通電，弧壓檢出繼電器的常閉觸點處于斷開狀態(tài)，當焊條與工件接觸的瞬間，焊接電壓變?yōu)镺V左右，的常閉觸點線圈斷電，弧壓檢出繼電器的常閉觸點閉合，延時通電型時間繼電器和換向接觸器線圈通電，換向繼電器使送進焊條的電機反向轉(zhuǎn)動，回抽引弧，達到設(shè)定的延遲時間后，延時通電型時間繼電器的常閉觸點斷開，延時通電型時間繼電器線圈斷電，送進焊條 的電機恢復到正向轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)到弧壓反饋電路向下送進焊條；當焊條與工件接觸瞬間，弧壓檢出繼電器線圈斷電時，弧壓檢出繼電器的另一個觸點給PLC一個輸入信號，啟動平臺運動，實現(xiàn)短路引弧的同時，工件相對于焊條運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊條自動平焊裝置的控制方法，利用主要由機架、焊條夾具、位置調(diào)節(jié)支架、焊條垂直運動機構(gòu)、工件安放平臺、水平二維運動平臺組成的自動平焊裝置，并通過主要由PLC、焊條短路回抽電路和弧壓反饋電路組成的控制系統(tǒng)進行控制。本技術(shù)方案代替手工進行平焊位置的焊條電弧焊，用于在高壓以及輻射環(huán)境等人員不能進入的場合進行焊條電弧焊工藝試驗，用于特殊環(huán)境下焊條電弧焊的工藝研究。
文檔編號B23K9/28GK103223545SQ20131016259
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者任成龍, 申俊琦, 程方杰, 胡繩蓀 申請人:天津大學