《焊接结构制造技术与装备 教学课件 ppt 作者 宗培言 第20讲 第5章 焊接生产的机械化与自动化①5.1-5.3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊接结构制造技术与装备 教学课件 ppt 作者 宗培言 第20讲 第5章 焊接生产的机械化与自动化①5.1-5.3（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 焊接生产的机械化与 自动化,焊接过程自动化广义地可理解为包括从备料、切割、装配、焊接、检验等工序组成的一个焊接产品生产全过程的自动化。 只有实现了这一全过程的机械化和自动化才能得到稳定的焊接产品质量和均衡的生产节奏，同时获得较高的劳动生产率。 在本章中主要介绍焊接变位机械的组合、焊接中心和焊接自动机、焊接机器人和焊接生产线等。,5.1 概论,焊接工艺是一种先进的制造技术，在工业生产中的作用越来越重要，应用范围迅速扩大，但焊接工作，特别是弧焊是一种有害的工种，焊接过程中所产生的烟气不仅直接损害焊工的身体健康，而且还污染生产车间的环境。 手工的弧焊作业是一种繁重的体力劳动，不仅劳动强度大，
2、而且还受高温的辐射，容易疲劳，不能坚持长时间的连续工作，手工焊接很难保证稳定的焊接质量。 在现代工业生产中，随着焊接结构向大型化、重型化、高参数化和精密化方向的发展，对产品的焊接质量也提出了越来越高的要求，如单靠手工操作，就根本无法达到高的质量目标。在某些大型焊接工程中和大批量的生产中，手工操作的低效率往往成为按期完成生产计划的最大障碍。 综上所述，焊接生产过程的机械化和自动化是工业现代化发展的必由之路。,5.1.1 焊接生产过程的自动化,焊接生产过程自动化的首要任务： 焊接作业的手工操作全部由机械装置和自动控制来代替，使操作工人无需紧靠焊接区，免受或少受焊接气体的危害。 焊件的搬运和变位由输
3、送辊道、传送带或机械手以及变位机械来完成，替代或减少工人的体力劳动。 采用高效的焊接方法，以人力难以胜任的快速的生产节拍连续完成焊接作业。 通过准确的机械动作和先进的自动控制技术确保稳定可靠的焊接质量。 改善劳动条件和作业环境，逐步实现无公害生产。,5.1.2 自动化焊接装备的种类,自动化焊接装备有以下几种基本形式： 机械化焊接装备。 分为半自动焊和自动焊，半自动焊，即焊接过程的起动、电弧的自动调节、焊丝的给送和由焊机的机械和电控装置来完成，而焊枪沿焊缝的移动靠手工操作。 自动化焊接装备。 整个焊接过程是由机器自动完成的，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈控制，焊接机头或焊件的运动
4、只能按照预先规定的路径(例如轨道)进行，而不能随机纠正可能出现的形位偏差，操作工还需目测监视焊头运动的方向，焊接参数的变化并作适当的调整。, 自适应控制自动化焊接装备。 自适应控制焊接设备是一种自动化程度较高的现代化的焊接装备。采用最先进的高度灵敏的传感技术和检测手段，对焊缝的轨迹自动导向和跟踪，对焊接参数、焊接电流、焊接电压、焊接速度和送丝速度实行闭环的反馈控制。 智能化自动焊接装备。 智能化自动焊接装备是一种具有人类某种智能而实现高度自动化的焊接装备。利用各种高级传感器，并借助计算机软件系统、数据库和专家系统而具有识别、判断、实时检测、运算、自动编程、参数优化、自动编排焊道顺序、焊接参数记
5、忆和调用，以及自动生成质量记录文件等功能。,5.1.3 自动化焊接装备的构成,完整的自动化焊接装备应具备以下五项基本功能： 具有电控起动、保持电弧稳定和进行连续焊接的功能。 具有自动稳定地向电弧给送焊丝，并能按要求精确调整送丝速度的功能。并能按要求精确调整送丝速度的功能。 具有焊接参数调整，并维持参数恒定的功能，以获得成形良好的焊缝。 具有在较宽的范围内调节焊枪移动速度(即焊接速度)的功能。 具有焊枪沿焊缝轨迹导向和跟踪的功能，对于高级别的自动焊接装备，还应具有补偿和纠偏功能。,自动化焊接装备由以下几部分组成： 焊接电源。 送丝机及其控制与调速系统。 焊接机头(又称机头)移动机构。 焊件移动或
6、变位机构，焊件的滚轮架，变位器或翻转机。 焊件夹紧机构，气压或液压夹紧器。 主控制器，称系统控制器 主要焊接参数的设定、调整和显示、故障诊断和显示等。 计算机软件 编程软件、功能软件、工艺方法软件和专家系统等。 导向或跟踪机构。 辅助装置。,5.2 焊接变位机械组合,在装配焊接中，各种焊件变位机械(如焊接变位机)和焊机变位机械(如焊接操作机)都是配合使用，才能完成各种轨线焊缝的焊接。 它们组合形式是多种多样，这要依产品制造工艺和所要达到机械化、自动化程度而定，只有它们之间合理的、有效的配合，才有可能发挥各种焊接变位机械的作用，提高焊接机械化水平。,焊接机械组合方式基本有三种方式： 是操作机将焊
7、机或机头(焊枪)送至并保持待焊位置，借助焊件变位机驱动工件运动(如：移动、旋转)实现焊接。 焊件变位机将工件运动至最方便焊接位置，借助焊机或焊接操作机的运动，完成焊接。 是通过焊接变位机，即工件与焊机或焊接操作机同时运动(或相对运动)施行焊接，最常见是 1)、2)两种组合。 焊接机械组合在很多情况下不是焊件变位机和焊机或焊接操作机简单组合，而往往要根据焊接需要加以改进，选用最佳的匹配，乃至组成一台完全崭新的组合式机床，具有变位、焊接等多种功能。,5.2.1 梁柱焊接机械组合,图5-1所示是属于前述第二种机械组合， 它是用于焊接工字形或箱形梁柱，推举式翻转机与悬臂式自动焊装置的组合使用。,图5-
8、1 推举式翻转机与悬臂式自动焊装置的组合使用。,5.2.2 焊接圆形容器的焊接变位机械组合,焊接圆形容器环缝或纵缝各种变位机械组合。 它属于前述的第一种机械组合。焊接操作机与滚轮架的组合如图5-2所示；操作机与变位机的组合如图5-3；头架与变位机的组合如图5-4、图5-5。,图5-2 焊接操作机与焊接滚轮架组合使用方案 a）筒体纵焊缝 b）筒体环焊缝,图5-3焊接操作机与焊接变位机组合方案,图5-4 头尾架焊接翻转机与门架式 图5-5 头架翻转机与立柱式 焊接操作机组合方案 焊接操作机组合方案,5.3 焊接中心和焊接自动机,焊接中心主要由焊接电源、焊机或机头，焊机(机头)变位机焊接操作机、焊件
9、变位机(滚轮架、回转台、翻转机或变位机)、焊接辅助装置(气动焊剂垫、焊剂自动送给和回收装置)焊缝自动跟踪和焊丝干伸长自动调节装置以及它们的综合电气控制系统等组成。 焊接自动机则是实现焊接过程的机械化自动化机器。,5.3.1 中直径管节纵缝焊接中心,产品对象：管节直径4001200mm，管节长度L3m，板厚=614mm。材质为低碳钢和低合金钢。 1. 管节内纵缝焊接中心 管节内纵缝焊接中心如图5-6所示。它是由管节内纵缝焊接操作机、焊接滚轮架、内纵缝焊剂垫、管节气动顶出装置和电气控制系统组成。,图5-6 中直径管节内纵缝焊接中心 1焊丝盘 2焊接操作机立柱 3伸缩臂 4机头调整机构 5机头 6焊
10、剂斗 7管节 8焊接滚轮架 9内纵缝焊剂垫,2. 管节外纵缝焊接中心 管节外纵缝焊接中心由外纵缝焊接操作机、焊接滚轮架、管节顶推装置和电气控制系统等组成。与内纵缝焊接中心类似，不同之处仅在于： 因焊接机头处有足够大的活动空间，所以焊丝盘就近设置在伸缩臂靠近机头处。 为适应管节直径由4001200mm范围，伸缩臂可随同滑座升降，所以该操作机将比内纵缝焊接操作机立柱加高600800mm。,5.3.2 中直径管体环缝焊接中心,1. 管体内环缝焊接中心 由于管体长度不同，管体内环缝焊接中心宜采用不同形式。 较短管体内环缝焊接中心 该中心采用管体不动，由焊接操作机伸缩臂移动使机头到达内环缝处方案。 该中
11、心由伸缩臂式焊接操作机、焊接滚轮架、内环缝焊剂垫台车和电气控制系统等组成。 细长管体内环缝焊接中心 为防止管体移位或焊接过程中伸出臂或机头抖动影响焊接过程的正常实施，细管体内环缝最佳施焊方案选用为机头固定不动而使管体移动的方案。 细长管体内环缝焊接中心如图5-7。它是由悬臂式焊接操作机，三维机头调整机构、机头、自动跟踪和焊丝干伸长自动调整传感器及其控制系统、焊接滚轮架台车、内环缝焊剂垫台车、自动找缝装置、焊接电源和电气控制系统等组成。,图5-7 细长管体内环缝焊接中心 l悬臂式焊接操作机 2送丝机构 3自动跟踪控制系统 4三维机头调整机构5传感器 6焊枪 7内环缝焊剂垫台车 8焊接滚轮架 9焊
12、接滚轮架台车 10焊缝找正装置 11一主操作盘 12自动跟踪控制箱 13主控制箱 14焊接电源 15混合气,2. 管体外环缝焊接中心 管体外环缝采用埋弧自动焊工艺。管体外环缝焊接中心由台车式焊接操作机、焊接电源、固定式焊接滚轮架和电气控制系统组成。 焊接操作机、焊接电源、电气控制箱和操纵盘等均安装在台车上。焊工坐在台车上即可实施全部外环缝的焊接。,5.3.3 汽车车轮合成内缝或外缝焊接中心,汽车车轮由轮壳与轮辐合成，CAl41轮壳厚为7mm，轮辐厚为10mm。选用2.0mm 焊丝，CO2气体保护自动焊。 为确保焊缝成形和焊接质量，提高焊接生产效率，车轮合成的搭接接头，其角焊缝选用船形位置施焊为
13、宜。 该焊接中心是由焊机、焊接电源、车轮合成变位机、输送辊道和电气控制系统等组成的，详见图5-8。,图5-8 CAl41车轮合成内环缝焊接中心 1操纵盘 2机头调整机构 3焊丝盘 4送丝机构 5车轮合成 6车轮合成变位机 7车轮合成辊道,5.3.4 柴油机水套的焊接自动机,水套是机车柴油机的一个重要部件，是由材质为20钢的无缝钢管和锻制法兰组焊而成，其结构如图5-9所示。焊后，全部X射线探伤检查，加工后进行0.5MPa水压密封试验。,图5-9 机车柴油机水套结构图 1水套体 2水套法兰,为确保焊缝质量，提高无损探伤一次合格率和生产效率，水套采用了粗丝2.0mmCO2气体保护自动焊接机施焊(见图
14、5-10)。探伤合格率达95以上，提高效率510倍。,图5-10 柴油机水套焊接自动机 1链条传送带 2焊接滚轮架 3焊枪调整机构 4焊枪 5水套,图5-11 水套链条传送-特 1弧形板 2链轮 3送气管 4气缸 5拨叉组 6送料杆 7导座 8链条 9焊枪 l0水套,5.3.5 大型贮罐气电立、横焊自动焊接机,气电立、横焊自动焊接机是一种高效率、高质量的焊接方法，在大型贮罐焊接中获得应用，气电立焊焊接类似电渣焊，但比电渣焊效率更高，焊缝性能更好，尤其保证了焊缝的冲击韧性。气电立焊焊接熔敷速度是焊条电弧焊的30多倍。 气电立焊焊机自动机控制技术的核心是：焊接小车上升速度能自动适应立焊缝坡口尺寸大
15、小变化，实现同焊接熔池同步增长，连续提升。在焊接过程中，焊丝连续不断地被送进凹槽中，滑块由焊接小车携带，采用闭环全自动控制上升，焊接速度自适应焊接熔池的上升速度，熔池底部金属相继冷却结晶，形成焊缝。 气电横焊焊接机，图5-12所示。采用单面埋弧焊焊接方法，进行横缝焊接。设备既能够实现单面横焊，配备后操作架后，又能够实现双面横焊。焊剂回收选用进口工业专用高效真空风机，性能有效可靠。,图5-12 气电横焊焊接机 图5-13焊机柔性轨道与焊枪摆动器,气电立、横焊自动机焊接机的主要特点如下： 轻便的轨道 轨道采用铝合金制成，镶嵌齿条。轨道表面进行强化处理，采用中空结构，保证具有很好的刚性，具有一定的柔性和轻便。如图5-13所示。 调节方便迅速的焊枪摆动器 焊枪摆动器是小车的一个独立组件，不用时可拆卸。 高速、可靠、稳定的送丝系统 气电立焊的熔敷率高，焊丝杆较长，调节范围较大，良好的焊丝校直机构；焊丝输送软管具有良好的柔韧度，阻力小并有水冷装置，防止过热。 完善的控制系统 控制系统集中了焊接过程的全部控制模块，焊接操作均可通过固定在焊接小车上的操作盘完成。,
