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1、成都焊研科技有限责任公司应用于“天宫一号”筒体焊接的高精密焊接装备简介焊研科技与北京工业大学合作的“天宫一号”筒体焊接的高精密焊接装备，主要由VPPA焊接电源和高精密焊接装备组成，这套系统焊研科技研发团队将它命名为：VPPA变极性等离子焊接系统。其中，北京工业大学陈树君教授和他的研发团队主要负责用于航天器铝合金焊接用的VPPA焊接电源，焊研科技主要负责搭载焊接电源的高精密焊接装备。下面我们为大家介绍下这套VPPA变极性等离子焊接系统。一、 概述该套变极性等离子焊接系统由“ZFL-2500VPPA立式变极性等离子纵缝焊机”以及“HF-4500VPPA卧式变极性等离子环缝焊机”组成。均采用穿孔型变
2、极性等离子焊接工艺方式。不用开坡口，单面焊，双面同时自由成形，一次穿透中厚铝合金。焊接板厚为310mm的铝合金材料。其中“ZFL-2500VPPA立式变极性等离子纵缝焊机”压紧工件长度2775mm，可焊工件长度2600mm。采用立式焊接方式，工件固定，焊枪由下往上进行焊接。“HF-4500VPPA卧式变极性等离子环缝焊机”可焊工件最大直径4500mm，工件长度10000mm。焊枪采用三点钟位置进行焊接，焊枪固定，工件旋转。采用立焊以及三点钟方式进行焊接，不仅可使可焊厚度增加，更重要的是，焊缝成型稳定性有显著提高。等离子焊时，熔池中液态金属受重力，等离子射流的正向压力和切向力，液态金属的表面张力
3、等，当等离子弧相对工件向上移动时，在这些力的综合作用下，液态金属沿小孔边缘向下流动，并在穿孔下方重新愈合形成焊缝，使穿孔熔池得以动态保持，实现焊接。工件的定位方式：工件的待焊接头将被定位在芯轴衬垫和两排琴键压板之间,由琴键压板压紧,每排琴键压板可以由电气开关独立触发，琴键压板压紧压力来自压缩空气。琴键压板设计为有一定的摆动能力，以便琴键压板能严格根据工件的外型贴合在工件表面上。两排琴键压板之间的距离可以调节。该纵缝自动焊机的衬垫和背面支撑芯轴都可以拆卸、更换，以满足用户不同应用的需要。二、 立式纵缝焊机介绍纵缝焊接系统的主要功能是提供一套琴键式机械夹紧机构，用于夹紧工件、确保焊缝的对中，并提供
4、精密、平稳的焊接运动。本系统主要由ZFL-2500纵缝焊机系统、系统控制器、焊缝激光高度跟踪控制系统、PWF-1A脉动送丝装置、VPPA-300变极性等离子焊接电源等组成。三、 系统能力工装的最大夹紧长度为2775 mm，焊接长度为2600mm。琴键的最大压紧力为75Kg/cm，适合夹持310mm厚的材料。系统适合进行平板对接和筒形工件的纵缝焊接。控制系统是基于PLC可编程控制器，与触摸屏配套，可通过修改参数，方便的对焊接电源进行控制。系统控制实现了模块化，其它焊接系统的控制均可与主控制器相联接，系统主控制器可对脉动送丝机、激光焊缝跟踪系统、焊接电源、焊接小车等机构进行精确控制。变极性等离子焊
5、接电源采用北京工业大学开发的VPPA-300，该电源采用IGBT双逆变电路结构，微电脑控制。电流输出能力为300安培，100%暂载率。配置美国飞马特300安培PWM-300等离子焊枪。配置制冷循环水箱。四、 系统功能和具体配置1. 立式纵缝焊机该纵缝焊接主机主要由固定底座、夹紧系统、垂直行走大梁、行走小车组件、支承芯轴、芯轴移动机构、气动芯轴挂钩、气动辅助对中装置和工件送料辅助定位装置（选配件）等组成。ZFL-2500VPPA立式变极性等离子纵缝焊机1) 固定底座一套刚性的底座将支承整个焊接系统。底座固定在地基上。2) 夹紧系统夹紧系统主要功能是采用一套琴键式机械夹紧机构，提供均匀稳定的工件夹
6、持和冷却效果，确保焊缝的对中。此琴键式气动夹具是专为纵缝焊接而独特设计的，包含气压管路（气囊）和琴键夹持机构。每对琴键的宽度为75 mm，相对琴键间的距离在3050 mm之间可调，以适应不同焊接工艺的要求。本系统具有独特的加压“推进”功能，工件压紧后，琴键压指会自动将工件的一边向前推进0.4 mm，以消除人工对中、装配的间隙。所有琴键压板通过柔性气囊在工件全长范围内将工件均匀压紧。琴键的夹紧工作通过脚踏开关触发。琴键的材质为铝合金，配有铜压指，以保证最佳的焊缝冷却性能。压指外形为特殊设计，在琴键压下时，指尖能避让工件上的加强筋。系统中还包含一个安全传感器，防止芯轴挂钩没有到位时，系统发生误操作
7、。琴键夹紧系统3) 垂直行走大梁垂直行走大梁是一个矩形截面结构的刚性梁。在加工之前，需经过了充分的去应力处理，以确保其在寿命期内的几何精度。在大梁上安装有直线导轨副，通过滚珠丝杠传动。小车驱动采用进口交流伺服电机，伺服电机带有电磁刹车装置，在断电时保证行走小车的自锁，放置下滑。行走大梁上下两端设有行程限位开关保护，在焊接起始位置设有非接触式接近传感器检测焊接原位，使每次焊枪复位位置及焊接起始位置一致。行走小车上所有的电缆、气管均进入在行走导轨旁边的电缆保护拖链中，并经保护拖链进入机座上的接线端子盒。焊接小车的行走速度为205000mm/min。精密结构设计保证了焊枪行走的精确度。在本系统中，焊
8、接小车的有效行程为2800 mm。行走大梁导轨4) 行走小车组件行走小车组件安装在小车行走导轨滑板上，行走小车组件上安装所有VPPA焊接设备。包括十字电动滑板、焊枪伸缩装置、脉动送丝系统、等离子焊枪组件、焊缝激光试教装置、焊丝导向调节装置等。其中十字电动滑板可根据用户要求加装激光焊缝跟踪装置以及摆动装置，从而实现焊枪的焊缝高度自动跟踪及横摆功能。焊枪伸缩装置采用气缸驱动，行程为100mm，具有到位检测开关，焊枪没有前进到达位置，不能启动焊接程序。加装气动伸缩装置后能快速完成焊枪的进退。因等离子焊枪的钨极缩在枪体内，很难调整钨极对准焊缝。通过夹持在焊枪柄上的激光指示器，发出一束很窄的红色激光，保
9、证该光点与焊枪的钨极在同一条直线上，将激光光点打在焊缝中心，能很轻松地完成对焊缝工作。行走小车组件5) 支承芯轴支承芯轴整体固定安装在固定底座上，芯轴必须有足够的刚性，以支承琴键的夹紧力。芯轴与琴键夹具之间的间距可通过调节下部底板处的调节螺栓及气动阻挡装置处的调节螺栓来联合调节，以适应不同板厚的焊接需要。芯轴及衬垫均为等离子焊接工艺而特殊设计的，满足等离子穿孔焊接工艺。支承芯轴为中空式结构，配合焊接芯轴的焊接衬垫也为中空结构，衬垫材质为不锈钢，带有水冷循环装置。焊接衬垫的间隙可调整，范围为：2030mm，以适应不同板厚的工件。系统中提供水冷循环器，为垫板及芯轴提供循环水。支承芯轴6) 芯轴移动
10、机构芯轴移动机构采用气缸驱动前进及后退，行程为150mm。当芯轴前进到位之后，芯轴底板后面会伸出气动阻挡装置，防止琴键压紧后芯轴后退。芯轴移动机构7) 气动芯轴挂钩此挂钩采用气缸驱动方式，安装在夹持台顶部，焊接前用气动挂钩将焊接芯轴端部锁紧。挂钩包含一套安全传感器，以保证在挂钩没有到位时，琴键机构不会发生误动作。挂钩的开合动作通过控制盒上的按键操作。8) 气动辅助对中装置本系统中包含6个气动辅助对中模块，每700mm一个，能满足不同工件的对中。对中装置分布在夹持台、芯轴的一侧。该模块可以保证工件装配后，焊缝与焊接衬垫的中心和焊枪的运动轨迹相重合。气动辅助对中装置具有到位检测开关，当对中装置没有
11、退回时，焊枪不能行走，避免撞坏焊枪。气动辅助对中装置9) 锥形工件拼接工装（选配件）锥形工件拼接工装适用于圆锥形工件的焊前定位，拼装等要求。该装置的角度偏转采用液压缸驱动，任意角度可停留，并自锁。不同直径、锥角的工件需定制拼接工装。锥形工件拼接工装2. 卧式环缝焊机卧式环缝焊机主要由头座、尾座、床身导轨、滚轮托架、焊接操作机、操作机行走台车等组成。HF-4500VPPA卧式变极性等离子环缝焊机1) 床身导轨床身导轨共分为4段，每段4m，用高强度螺栓连接，并用定位销定位。导轨采用型材拼焊而成，经实效退火处理，导轨表面；铺设超重型线性滚动滑轨，确保导轨精度、直线度。2) 头座头座回转采用大直径高精
12、度交叉滚柱回转支承，驱动采用日本YASKAWA交流伺服电机，通过2级进口超精密行星减速机减速驱动，经消齿隙机构带动小齿轮与交叉滚柱回转支撑内齿啮合。主轴旋转速度范围：0.020.5rpm。其中交流伺服电机带失电电磁刹车，断电自锁保护。头座处设置有直径为2000mm的花盘，花盘上均布有T形槽，可在花盘T形槽上安装专用工装夹具。3) 尾座尾座为可移动部件，整体安装在线性滑轨上，可通过交流变频电机驱动齿轮沿导轨移动，移动到位后可用液压锁紧装置将尾座与床身导轨锁定，保证尾座气缸伸出顶紧工件时中心不会发生变动。尾座上下分为2部分，上部分花盘可通过液压缸顶出，轴向顶紧工件。4) 滚轮托架滚轮托架共4组。托
13、架下部安装有滚轮，可沿导轨进行人工移动并锁定。托架通过人工摇动手柄经蜗杆减速机带动正反旋丝杠螺母移动，使滚轮升降，用以辅助支撑托住工件。滚轮表面包裹橡胶材质，避免损坏工件表面，并增大摩擦力。5) 操作机行走台车台车由交流减速电机驱动，通过滚轮靠摩擦方式沿导轨定速移动。台车运动速度为650mm/min。台车滚轮处设置手动锁紧装置，移动到位后可将台车与导轨锁定，防止台车发生位移。焊接电源、循环冷却水箱、焊枪系统、操作平台、控制系统均安装在行走台车上。操作平台固定在台车上，为操作者提供操作、观察平台。操作工可通过扶梯上下平台。焊接操作机 & 行走台车6) 焊接操作机该焊接操作机为十字型操作机，伸缩行
14、程为4m，升降行程为3m，在操作机前端安装VPPA焊接系统，可满足3点钟位置的焊接，满足焊接工艺要求。焊接操作机 & 焊接系统3. 控制系统l 本控制系统是一个综合的、可对多种焊接系统进行控制的系统控制器。该控制器是基于PLC可编程控制器的控制系统，与触摸屏配套，可通过修改参数，非常方便的对焊接电源进行控制。l 系统控制实现了模块化，可进行套数选择。其它焊接系统的控制均可与主控制器相联接，系统主控制器可对送丝机、焊缝跟踪装置、焊接电源、焊枪行走等机构进行控制。l 采用“手动”调节、“手动”焊接及“自动”焊接两种控制方式，在“手动”调节状态时，可单步动作，调整方便、直观、工件任一位置的焊接及补焊
15、；在“自动”焊接状态时，所有动作按预设一次自动完成，操作简便、快捷，自动化程度高。l 采用由触摸屏设置来控制焊接参数，菜单界面友好。可设置多段分段焊接，每段可有不同的参数。l 具有系统故障自诊断功能，对焊接电源、冷却水、保护气、各动作互锁状态有传感器监视，具有故障报警和自动锁定焊接功能。l PLC可编程控制器、调速、显示等各部分均采用各自的电源，各信号经严格的过滤和隔离，防止杂波信号和尖刺脉冲对电路的损伤。l 能实时监控、调整焊接参数，包括焊接电流、送丝速度等。l 采用军标快速插头，小巧、美观，可靠性高。l 带有可移动手持式遥控盒，用于启停焊接、焊缝对中、焊枪调整、焊枪送丝等操作。4. 激光弧
16、高控制系统激光弧高控制系统采用激光测距原理，配置焊研科技的伺服电动滑台。可实时进行焊枪与工件高度的跟踪，并实时自动调节高度，有助于补偿工件和夹具的偏差。极大地减少了操作人员监控和干预地必要性，从而提高了生产效率。采用实时接缝跟踪可以提高焊接速度、减少加工成本和焊接材料地消耗。激光传感头采用美国Banner Engineering公司激光测距传感器，伺服滑台选用日本YASKAWA交流伺服电机，配置滚珠丝杠及线性滚动滑轨，确保跟踪精度及可靠性。滑台行程为200mm，伺服滑台两侧设置限位开关保护，到达限位后控制器上有指示灯报警。在手动模式下，电动滑板可利用遥控盒上的按键调节。激光距离传感器弧高控制器
