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1、1,锅炉四管爆漏修复的自动焊接装置研究,机电学院自动化研究所：许素安 仰仪南楼310 电话：86914549,2,问题？,自动TIG焊机系统构成,研究目标,自动TIG焊机机械系统构成及设计,焊接工艺实验,结论与展望,自动TIG焊机控制系统设计,3,研究要求,焊接位置: 垂直固定对接环缝 焊管直径: 3260mm 焊管壁厚: 24.5mm 排管间隙: 45mm 焊缝质量: 保证根部焊透,达到X射线级片标准,外观质量符合规程要求。,4,研究目标,1.对系统硬件的了解、设计及选择；2.系统自动焊接控制系统设计、制作、调 试及安装；3.通过实验、理论分析等手段探索焊接工艺及参数的选取；4.现场应用试验
2、 。,5,焊接修复现状,图1 实际焊接修复条件图,管间距,6,国内外研究现状,国外:已进行了多年的研究，有成套产品，但是应用于窄小间隙的不多，且价格很高。国内:近几年也开展了不少研究，取得了一 定成果，但还没有真正的产品。 西南交大 单片机控制 哈工大 二级分布式计算机控制,7,系统构成,图2 自动TIG焊机系统构成总体框图,8,机械系统构成及设计,焊接机头 机头夹具其他部件,图3 机械系统构成总体框图,9,焊接机头,系统使用了专门设计的管管焊接机头。先通过偏心齿轮传动，进行大减速比传动，再通过四级齿轮传动，带动机头转动。由于使用了偏心齿轮，所以，尽管有1024：1的大减速比，机头的整体结构仍
3、然很小。机头的驱动使用微型永磁直流电机，使机头可绕管子旋转进行焊接。焊接机头主要包括：焊接传动系统及旋转盘组合件。,10,焊接机头传动系统,图4 焊接机头传动系统图,11,机头夹具,由于焊接过程中焊枪头与焊件的距离变化会引 起弧压的变化，从而引起焊接参数的变化，这就会 影响焊接质量。因此，机头夹具的设计就具有重要 的意义。这里采用了整体设计加工的方法，可以使夹具 很容易保证中心线的重合，从而保证焊接质量。,12,最优空间送丝曲线,图7 最优空间送丝曲线,13,控制箱,可编程控制器机头位置传感器驱动电路,14,自动TIG焊焊接时序图,氩气,15,自动TIG焊控制对象,在管-管对接全位置自动TIG
4、 焊过程中，控制对象包括控制焊接机头旋转的电机、送丝电机、高频引弧器、晶体管脉冲电源、电磁气阀、水流开关等。系统需控制的焊接参数不仅有开关量，而且还有焊接电流、送丝速度及旋转速度等模拟量。整个系统的焊接过程复杂，整体上是开环控制。,16,焊接控制,在手动条件下，功能有送丝、退丝、正转、反转以及空转 一周，可进行整个焊接设备和焊接环节的调试。空转（不开焊 机和送丝机）时，可观察焊枪能否完成预定的运动。在自动焊条件下，可根据管子薄、厚及材料不同而选用不 同的焊接方法。本控制箱设有焊一圈不送丝，焊一圈送丝，焊 两圈第一圈送丝，第二圈不送丝，以及焊两圈都送丝等不同焊 接方法。,17,PLC 的输入接口
5、点估计,自动输入点：共需14个点机头旋转： 2 个；送丝及抽丝： 2 个；焊接方式选择： 4 个；焊接电源： 1 个；记录脉冲数： 1 个；“STOP”急停、“RUN”焊接开始各1个；电弧引燃及自动选择各1个。,焊一圈不送丝， 焊一圈送丝， 焊两圈第一圈送丝，第二圈不送丝 焊两圈送丝,焊接方式,18,PLC 的输出接口点估计,输出点：共需8个输出点开焊接电源： 1 个；机头正转： 1 个；机头反转： 1 个；送丝： 1 个；退丝： 1 个；状态指示灯： 3 个。,手动灯 自动灯 应急停灯,19,PLC选型,由PLC选择I/O接口要求： 应留有一定的富裕I/O接口， 一般30%左右。本系统选用日
6、本欧姆龙(OMRON)公司生产的 C_28P型可编程控制器。输入16点，输出12点。基本指令执 行时间417.5s。,20,分层采入信号工作原理,图10 信号分层采入流程图,21,PLC控制系统I/O接口电路,图11 PLC控制系统I/O接口电路,22,系统软件设计,软件设计包括两个方面：一是手动控制程序设计 二是自动控制程序设计 在手动控制时，焊机可完成一系列调试操作，为自动 控制做好准备。而自动控制时，焊机可根据不同的焊接方式，选用不同的焊接方法，执行相应的焊接程序。,23,梯形图,24,软件设计须注意的问题,在自动控制过程中，由于机械或其他的原因，有可能会造成死机现象的发生。解决方法如下
7、： 1. PLC内部的WDT溢出来关闭焊接过程，起到保护焊接设备的目的。2. 通过计时器的预置值来防止故障发生，当在规定的计数范围内，某个响应不能实现时，关闭焊接过程。3. 可通过判断霍尔传感器的输入间隔时间来进行判断，从而达到自动关机的目的。,25,焊接规范参数,锅炉四管爆漏修复采用钨极氩弧焊(TIG焊)自动焊接，是 非熔化极惰性气体保护焊，要保证焊缝质量，选择焊接规范参 数十分重要。在焊接过程中，焊接电流、焊接速度、送丝速度 以及氩气流量是影响焊接质量的关键因素，进行分析并提出选择依据，最后选择焊接规范参数并通过实验加以验证修改。最后给出焊接规范参数。,26,焊接工艺实验条件,我们在薄壁焊
8、管试验曾采用两种焊接方式：一种是快速大电流焊接；一种是慢速小电流焊接。这两种焊接制度，在管材的材质、厚度及其它条件相同情况下，质量有一定的差异。为保证高质量的焊缝及其工艺需要，结合具体实验，选择了慢速小电流焊接，实践证明，效果很好。,27,焊接工艺实验结果,快速大电流,慢速小电流,28,焊接工艺实验结论,通过焊接工艺实验，说明了自动TIG焊管机通过对焊接规范参数进行合理选择完全可以达到焊接过程稳定，保护效果良好，焊缝质量优良。通过X射线检验及机械性能测试，焊接接头性能完全符合要求。采用自动TIG焊管机后，不仅提高了焊接效率，而且保证了焊接质量。,29,结论,1.根据所提出的研究要求，设计出了适用于窄小间距的专用焊接机头。2.通过对比分析，选用PLC作为控制系统，设计出了外部接口电路、编制了控制软件。3.通过焊接工艺实验，证明所研制的TIG焊系统可以达到预期的效果。,30,展望,由于时间的原因，本系统只进行了第一阶段的实验研究，即平面焊。对于全位置焊的规范参数只进行了理论的分析，还需要进行实验研究。 2. 在平面焊中，只对一种材料进行了焊接实验研究，还需进行进一步的研究。,
