自動焊接

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自動焊接范文第1篇

【關鍵詞】自動焊接；機械焊接；焊接技術；焊接應用

引 文：

進入新世紀，隨著計算機信息化進程的加快，我國科學技術取得了突飛猛進的進步，這也推動了焊接自動化技術的快速發展，使得我國的焊接自動化技術發生了質的變化。在我國，先進的焊接技術和設備正在逐漸全面的應用到以焊接技術為核心的重工業加工制造產業中，大幅的提升了加工制造的質量。自動焊接在機械焊接中的應用，不僅增強了機械產品的質量，降低了生產成本，其巨大的經濟優勢還體現在了產品的質量和能源以及焊材消耗等方面，在一定程度上也改善了生產環境。

1自動焊接技術應機械焊接行業的發展需求

1.1自動焊接技術能夠有效的緩解人力成本的投入

作為資源大國，從某種意義來講會推動資源需求的擴大。作為世界第一焊接大國，我國的焊接行業用鋼量長期以來一直處于世界領先地位。這種情況下的人力資源的需求量和隨之衍生的人力資源成本十分巨大，所以，從人力資源的成本投入的角度來說，自動焊接技術可以十分有效地緩解生產企業在人力資源成本上的資金投入壓力，大量節約企業的人力資源開銷。

1.2自動焊接技術能夠更好更快的滿足生產需要

進入二十一世紀，經濟全球化進程不斷加快，各個企業和世界經濟連成一個有機的整體，尤其是工業制造業更是為我國的經濟發展做出了巨大的貢獻。在這樣的條件下，焊接技術以及焊接設備的總體質量成為了衡量企業核心競爭力的關鍵性因素。傳統模式下的手工焊接操作已經無法順應時代的發展，為了滿足實際中的生產需要，必須要利用科學的技術手段，運用自動化生產技術代替手工焊接操作。與此同時，手工焊接操作的質量也無法保障，在操作過程中經常會出現無法按期完成任務或者在工期緊張的情況下馬虎完成任務而忽視質量的情況。自動焊機在機械焊接中的應用更好的配合了焊接技術加工制造的產品向重型化、精密化的發展動向。

2自動焊接技術的優越性

自動焊接技術主要體現了以下優勢：1）操作性能好，便于維護。自動焊接技術能夠針對不同的焊接結構進行專門的設計、操作，因此其功能形期本現出單一性的特點，同其他設備相比，其設備的整體結構也更加簡單，使用者在使用過程中便于了解其功能、內部結構以及操作性能，因此體現出了較強的工作性能，便于維護。2）專業性、實用性強。自動焊機能夠針對不同的需要而進行專門的設計。例如車架類結構、轉臺類結構以及臂架類結構，自動焊機能夠對其設計相應的專門焊接設備；針對機器人焊接、手工焊接制造相應的焊接變位專機；針對氣保焊、激光焊接可以制作相應的自動焊機等，根據專業化的自動焊機，能夠在工作過程中針對相應的工作需求以及具體的操作習舊設計做出相應的調整，使之具有很強的實用性。從經濟角度來考慮，自動焊接設備整體制作成本低廉，造價在20萬到50萬之間，由此可見，自動焊機在實際的工業制造中體現出了較高的經濟實用性。3）生產效率較高，作為構成自動焊接的關鍵組成部分，質量水平穩定機械組的執行程序主要由數字電子系統控制，由此來看，自動焊接設備能夠使用更大的電流、增強電弧的穿透能力，熱量的不斷集中從一定程度上增加了焊接點的速度，因此，自動焊接在加工過程中與手動焊接相比，其生產效率得到了大幅的提升。數字電子系統控制下焊接設備的質量水平因為一切焊接指令都是由數字中心統一發出，無論是焊接的速度還是范圍，都能夠得到有效的控制，確保焊接質量水平的恒定，所以其相對較為穩定，且加工過程中根據要求自動焊接能夠實現自動調節。

3自動焊接技術的發展現狀

如今，自動焊接技術已被廣泛應用于國際機械焊接，且已成為這一領域的發展主流。自動焊接能夠結合實際項目的需求來對不同機型做出適當的改進，因為自身所具備的靈活性、實用性和操控性等突出優勢得到了業界的普遍認可，其優越性具體表現在以下幾個方面：首先，自動焊接設備能夠針對不同的焊接工藝需求、操作過程以及結構形式，甚至可以針對作業人員的習慣進行專門設計，大大簡化了操作過程，使得焊接的實用性和可靠性大幅提升；其次，因為自動焊接設備一般是針對某一焊接工藝專門設計而成，所以功能形式比較單一化，有利于操作人員了解其內部結構，更為以后的設備維護提供了便利；第三，隨著自動焊接技術的不斷進步，和各種焊接工藝在各行各業中的廣泛應用，其配套技術日臻完善和成熟，這就大幅降低了設備的制造成本、提高了其可靠性和經濟實用性。

隨著數字化技術的全面發展，自動化焊接技術的數字焊接、數字了控制技術業也取得了很大程度上的提高，并進入到了我國市場。我國焊接產業正在逐步走向高效化、智能化、自動化。焊接過程中的自動化、機械化的開發與應運是目前機械焊接行業的發展目標，自動焊接技術也廣泛應用到了其他領域當中。尤其是焊接工作的自動化生產以及自動化生產過程中的控制智能化的研究和開發方面，取得了長足的進步和發展。從技術層面上來說，自動焊接技術具有開放性能良好、能滿足于焊接工作中的各種要求的優點，大多數工業制造產品都可以利用自動焊接技術來完成。

4自動焊接技術在焊接行業當中的發展前景

4.1焊接過程控制系統的智能化

焊接過程控制系統的智能化，是未來的一個發展重點。工程機械加工中的自動焊接技術，正不斷向這更高端更科學的智能化方向發展。自動焊接機器人和焊接專機等其他硬件設備的開發研制，對焊接工作起到了巨大的推動作用。工程機械焊接加工變得更加智能化、自動化，使機械焊接行業更加重視對最佳控制方法方面的研究，包括線性和各種非線性控制。智能自動焊接系統的發展，將會帶領動機械焊接領域邁上一個新的臺階。

4.2自動焊接技術在機械焊接中的多種應用

自動焊接技術正向著更高質量、更廣泛空間的方面發展。自動焊接技術目前在我國的工程、電力、建筑、汽車船舶等行業的制造領域當中有著越來越廣泛的應用，成為了我國眾多行業的中堅力量。在未來的發展進程中，要將各種機、光、電技術進行有機結合，從而更好地實現焊接技術的精確性；另一方面，焊接機器也要實現操作人員和專家系統融合，實現自動路徑規劃、自動校正軌跡以及自動控制熔深等多方面功能，從而使得自動焊接技術在機械焊接行業中有著更加廣闊的發展前景。

5結束語

自動焊接技術在機械焊接領域中將會被越來越多的機械生產加工企業所重視。在積極學習和引進自動焊接技術的同時，要正確認識在應用技術中出現的問題與不足。在應用自動焊接技術時，我國的企業要根據實際的經營狀況，有針對性的應用自動焊接技術，一方面提高自動焊接在機械焊接領域中的水平，一方面推動我國機械焊接事業的發展。

參考文獻：

[1]王斌.試論自動焊接在機械加工中的運用[J].科技創新導報，2013，13（2）：115-117.

自動焊接范文第2篇

【關鍵詞】汽車座椅；自動焊接；工業機器人；柔性夾具

【Abstract】According to welding technology and production feature of the automobile seat frame， it designs a automatic welding system based on industrial robot technology. The article focuses on the design key point of flexible modular fixture and the teaching programming of robot control system.

【Key words】Automobile seat； Automatic welding； Industrial robot； Flexible fixture

0 引言

我國汽車產業近幾年快速發展，未來一段時期還將穩步發展，相應的汽車零部件配套制造業也迅猛發展。在汽車零部件制造中，汽車座椅生產是其中一個重要的生產環節。汽車座椅的功能是為司乘人員提供便于操作、舒適安全的駕駛、乘坐位置，其必須安全可靠，并有足夠的強度、剛度與耐久性。

汽車座椅的骨架的焊接精度和強度是保證座椅質量和可靠性的關鍵，目前座椅骨架焊接主要還以人工為主的傳統焊接方式。這種方式焊接精度低，焊接質量和效率受工人的熟練程度和操作狀態影響[1]。因此，本文針對汽車座椅骨架，采用工業機器人技術，設計出一套柔性高的自動焊接系統，保證了焊接質量的一致性，為主機廠提供質量合格的座椅骨架，以滿足整車的裝車要求。

1 系統焊接工藝流程

汽車座椅骨架主要管件框架和支持板等組成，焊縫包括弧形焊縫、直線焊縫和點狀焊縫。待焊工件為碳鋼材質，管壁厚度約3mm左右，考慮到工廠規模生產的成本問題，其焊接工藝選擇CO2氣體保護焊。因為二氧化碳氣體制備較為簡單，并且焊接速度快，焊接效率較高，適合多位置焊接，可以利用機器人自動實現頻繁起弧和收弧的電流電壓的控制，適宜焊接不規則的空間焊縫。焊件焊接后變形小，焊件加工精度高。

系統主要由焊接機器人、機器人控制系統、配套的焊接系統（包括焊接電源、送絲機、焊槍和二氧化碳氣體）和柔性組合工裝夾具等組成。待焊工件通過柔性組合工裝夾具定位夾緊后，機器人根據給定的運動軌跡和焊接參數自動完成工件焊縫的焊接。系統采用雙工位輪換設計，可進行焊接與裝卸交替作業。即當在工位1進行工件的自動焊接作業時；操作人員可以在工位2上進行工件的裝卸作業。機器人驅動焊槍按焊接程序完成工位1所有焊點的焊接作業后，控制單元發出工位轉換指令，轉向工位2進行自動焊接。操作人員再回到工位1進行工件的裝卸作業，這樣形成交替作業工作方式，從而提高了焊接的工作效率。

系統的焊接工作流程如圖1所示。

2 柔性焊接組合工裝夾具設計

使用機器人對焊縫進行自動焊接，待焊工件在焊接過程中必須能準確穩定地定位和夾緊。設計合理正確的工裝夾具是保證焊接精度和質量的關鍵。

系統采用柔性孔系組合夾具對工件進行定位夾緊。夾具是由標準化、系列化、通用化的模塊組成的，且模塊之間的鏈接、固定和壓緊都是以孔為基準定位，用鎖緊銷來實現快速鎖緊，模塊與模塊之間可以根據焊接工件的實際尺寸可以自由調整。柔性組合夾具按功能可分為基礎件、支撐件、定位件、調整件、壓緊件、鎖緊件和組合件等。

設計座椅骨架工裝組合夾具，首先要對產品圖紙進行分析，根據焊接工藝和關鍵尺寸要求來確定定位點和定位面，從而確定各個零部件的定位方式和壓緊方式。然后分析焊縫位置，盡可能將較多焊縫的一面朝上，朝下一面焊縫的位置要設置高一些，使得機器人焊槍可伸入下方進行焊接。同時還需考慮工件的裝卡順序和工人操作空間的便捷性。從而實現工件一次裝卡就可完成全部焊縫的焊接，減少二次裝卡時間和裝配誤差。為防止焊接變形，工件的定位點需設置調整墊片用于調整反變形。由于座椅骨架的管框是固定在V型定位塊中，為使焊接好的工件能順利取出，最后還需設置頂升裝置進行卸件。

某型號座椅骨架的組合夾具定位夾緊示意如圖2所示：

采用柔性組合夾具設計座椅骨架工裝，可適應不同型號座椅骨架的形狀，幾套夾具系統就可以替代大量高成本的專用工裝，使用該工裝后，可以省去不同型號座椅而投入的專用工裝的費用和時間。在多品種、個性化的汽車座椅生產中，具有很高的經濟性。同時組合夾具的所有模塊加工精度均較高，工作平臺在1000mm的范圍內確保定位孔的位置誤差在±0.1mm以內，完全可以滿足焊接加工的需要。如果工件本身的幾何尺寸不準確，也可以很快被檢測出來，在初加工工序中便被消除[2]。

3 機器人自動焊接參數調節與編程

系統中的焊接機器人采用OTC的AII-V6型六自由度弧焊機器人，并配套了專用的DM350焊接電源以及相應的送絲機構。機器人控制系統連接各個工位的操作箱，在示教器上對工位數進行登錄，并分配每個工位的作業程序。通過各工位操作箱的起動按鈕的啟動和預約功能，實現多工位自動輪換焊接。

機器人通過通訊線與焊接電源連接，焊接參數可在機器人控制系統中進行調節配置。在機器人程序中可以設置不同焊縫的焊接電流、焊接電壓和焊接速度，還可以設置一些微調參數，如提前送氣時間、滯后關氣時間、回燒時間等，以達到理想的焊接效果。機器人控制系統可根據設置的焊接電流和焊接速度自動計算調整送絲速度，保證焊接的穩定性。

工件焊縫的焊接過程包括起弧階段、焊接階段和收弧階段。在機器人編程中，需要設置起弧階段和收弧階段的電流電壓等參數。通過反復的試驗驗證，對于面朝上的焊縫，起弧階段焊接電流100A，焊接電壓19V，焊接速度30cm/min，收弧階段焊接電流90A，焊接電壓19V，回燒時間0.3秒；對于面朝下的焊縫，起弧階段焊接電流120A，焊接電壓19V，焊接速度30cm/min，收弧階段焊接電流100A，焊接電壓19V，回燒時間0.3秒。此外，對于點狀焊縫，焊接過程中保持焊槍1s不動。

在示教焊槍焊接運動軌跡過程中，調節焊接干伸長約為8mm，使用焊槍向焊接行進相反方向傾斜0°～10°的“推進”焊接法[3]，可使氣體保護效果較好。

4 結語

目前該系統已在某微型汽車座椅焊裝車間投入使用，運行效果良好。系統焊接速度遠遠高于手工速度，大大降低勞動成本，生產效率提高了50%以上。系統焊接的焊縫光潔度好，每條焊縫都有很高的一致性，保證了座椅的焊接質量，滿足主機廠座椅安裝的要求。

基于工業機器人的汽車座椅骨架自動焊接系統柔性化程度高，當需要對產品進行更新升級時，只需設計相應工裝夾具并更改調用相應的機器人程序就可以做到產品更新。可縮短產品改型換代的周期，及減少相應的設備投資。

【參考文獻】

[1]程世玉，杜華，張余強.焊接機器人系統在汽車底盤焊接中的應用[C].上海：2003汽車焊接國際論壇，2003.

自動焊接范文第3篇

關鍵詞：異種金屬 PLC 控制系統

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）05-0005-02

發熱電纜低溫輻射供熱技術已成為國際公認先進的供暖方式，其核心技術是發熱電纜線芯制造。發熱電纜線芯由不等長度的細直徑銅電源引線（冷線）與鎳鉻合金發熱絲（熱線）連接而成，且冷線和熱線高質量、高可靠連接決定了發熱電纜安全性、壽命、發熱質量。目前，利用異種金屬釬焊技術實現高可靠、高壽命發熱電纜隱式接頭是國內外發熱電纜制造商主要采用的核心技術手段。國內外大多發熱電纜制造商依賴簡單的焊接輔助裝置，靠人工操作完成冷-熱線焊接，缺乏現代化技術的自動生產設備，導致發熱電纜線芯生產效率較低，且線芯接頭質量取決于焊接操作人員。因此，在發熱電纜線芯人工焊接工藝基礎上，以三菱Q系列PLC作為控制器，研制了發熱電纜線芯自動釬焊設備。經示范企業應用表明，基于PLC控制的自動焊接機能可靠、穩定滿足工業生產要求。

1 控制系統硬件設計

1.1 深熔池焊接工藝

發熱電纜線芯深熔池焊接工藝（見圖1）是基于電阻釬焊的工作機理，利用電極夾具加持帶孔的發熱體，首先將焊接熱線從發熱體底部伸入發熱體內，其次將釬料顆粒從發熱體上端口送入孔內，最后將冷線端部沾上助焊劑從發熱體上部伸入中心孔內，被對接的兩個頭與釬料緊密接觸通電加熱發熱體，當發熱體溫度到達確定值時，斷電即可完成對接。

1.2 硬件結構與組成

自動焊接機主要由控制柜、焊接裝置組成，如圖2所示。控制柜主要包含Q系列三菱PLC控制器（見圖3）、直流步進電機的電源和驅動器以及控制焊接機執行機構的低壓電器元件。PLC控制器由Q61P電源模塊、Q01CPU模塊、QD70P8高速定位模塊、QX41輸入模塊、QY41P輸出模塊和QJ71C24N-R2串口通訊模塊組成。各模塊功能：Q61P電源模塊負責為基板供電；Q01CPU模塊負責應用程序的運算和編譯；QD70P8高速定位模塊為脈沖信號控制單元；外界模擬或數字信號通過QX41模塊輸入應用程序；QY41P輸出模塊將應用程序的信號輸出控制執行終端；QJ71C24N-R2串口通訊模塊主要用于連接Q01CPU和MT4403T觸摸屏，實現對應用程序數據監控。

控制系統的人機界面由控制柜面板設置的MT4403T觸摸屏、換擋開關、按鈕及信號燈構成，提供手動/自動控制、焊接啟動、焊接急停等功能，所有的功能的選擇通過控制面板上觸摸屏和轉換開關來完成。控制系統需設置的焊接速度、加熱時間、保溫時間等工藝參數，可以通過MT4403T觸摸屏輸入，且可以實時顯示焊接狀態、故障信息。

2 控制程序設計與實現

2.1 步進電機控制

步進電機是工業自動化控制領域廣泛應用的電氣執行元件。步進電機由PLC的輸出高速脈沖信號和方向信號輸入驅動器控制電機的運行。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度，稱為步距角。脈沖數量決定了旋轉的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉的速度，方向信號決定了旋轉的方向。就一個傳動速比確定的具體設備而言，無需距離、速度信號反饋環，只需控制脈沖的數量和頻率即可控制設備移動部件的移動距離和速度；而方向信號可控制移動的方向。因此，對于異種線芯自動焊接設備的控制精度要求不高，采用簡單、經濟的步進電控開環控制方式，即可滿足要求。

步進電機運行的精度和平穩性，可以通過驅動器細分技術實現。自動焊接機采用步距角1.8°的2S56Q兩相混合式步進電機，驅動器細分數選擇為4。因此，PLC每輸出一個脈沖，電機旋轉1.8°/4=0.45°，抑制電機運行過程的振動及噪音，且步進電機運行效率高。

根據自動焊接機所選步進電機數目，QD70P8高速定位模塊為自動焊接機4個步進電機提供軸脈沖信號，設置定位控制方式、加/減速時間等性能參數，實現PLC對步進電機的脈沖控制。

2.2 焊接時序控制

自動焊接機左右兩焊池采用對稱結構，焊接動作一致。為此，本文以右焊池焊接為例，結合圖4右焊池控制流程圖（見圖4）和右焊池執行機構各部件動作時序圖（見圖5），進行自動焊接機時序控制的闡述：Y8置高電平到X41置高電平時，夾頭1右移至停止夾頭1下移后延時3S焊池電源通電，Y6E至高電平當夾頭1下移至焊池發熱體中2S后，焊池電源斷電，Y6E至高電平夾頭2松開后，夾頭1下移上移至剪線處松開，收線裝置開始工作，M38置高電平夾頭2的滑塊裝置提升，同時夾頭1、2夾緊剪切裝置剪斷冷線，Y7A、Y7B置高電平Y9置高電平，夾頭1上移至停止線芯焊接結束。

3 結語

自動焊接機的控制系統，采用三菱高端的PLC控制器和觸摸屏技術，功能強大、操作簡便、擴展性強，能滿足工業控制要求。通過企業示范應用，相比人工手工焊接，自動焊接機可保證線芯焊接質量、提高生產效率、減輕工人強度。

參考文獻

[1]莫志豪，廖祿海.管-板自動焊設備的研制[J].石油化工設備，2005，34（4）：59-61.

[2]劉亞東，李從心，王小新.步進電機速度的精確控制[J].上海交通大學學報，2001，10.

自動焊接范文第4篇

關鍵詞：全自動 焊接 技術 應用

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-01

1 西三線工程概況

西氣東輸三線天然氣管道工程西段（霍爾果斯-中衛）第二標段始于烏蘇壓氣站出站圍墻外2 m，止于鄯善壓氣站進站端圍墻外2 m，總長度529 km，提前施工段6.3 km，實際施工長度為522.7 km。第二標段線路由烏蘇壓氣站，經獨山子、沙灣縣、石河子市、瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、烏魯木齊市、托克遜縣、吐魯番市，最后進入鄯善縣到達鄯善壓氣站。在本標段，西三線總體并行二線，部分地段還與二線、西部管道三線并行，總體在西二線南側敷設。管道沿線大部分位于天山北麓的沖積區及丘陵臺地上，地貌類型較復雜。按工程地質特征全線地貌大致分為：山前沖洪積傾斜平原、沖洪積平原、河漫灘及河谷階地、剝蝕-侵蝕丘陵臺地和中低山地貌，開闊平坦，地表植被稀少。

2 CRC全自動焊接設備的引入

近年來隨著我國與中亞國家能源領域合作的進一步加強，長距離油、氣管道工程建設任務變的十分繁重，特別是2008年開工建設的西氣東輸二線管道工程，管徑大、強度高、時間緊、任務重，如何加快管道的焊接速度，保證焊接質量成為長輸管道施工面臨的一個重要研究課題。西三線二標段工程主線路管道管線長、管徑大、管壁厚（Ф1219×18.4/22）且工期緊。通過比較以往雙“V”型坡口、STT半自動根焊+半自動填、蓋的工藝，在相同條件下有效保證焊接進度的目標下，本標段沿用了西二線使用的CRC全自動內根焊+P260全自動熱焊+P600全自動填、蓋焊接技術。CRC全自動內根焊+P260全自動熱焊+P600全自動填、蓋焊接技術是美國CRC公司的新型專利技術，由于采用了內根焊（內焊機上帶8個焊接槍頭）和P600雙焊矩（1套設備上2個槍頭）設備，相比之下焊接速度大大提高，所用人員、設備與同等能力的半自動相比大大減少。例如，中石油管道局在印度東氣西送管線上引進了該焊接技術，Φ1219管線平均每天可焊接 40多道，最多一天焊接了100道焊口以上；新疆油建公司也引入美國全自動內根焊+P260全自動熱焊+P600全自動填、蓋焊接技術，并先后應用到國家重點工程西氣東輸二線西段、東段、中貴聯絡線及平泰支線及近期的西氣東輸三線西段天然氣管道等。采用CRC全自動焊接不但保證了焊接速度，還保障了非常漂亮的焊縫外觀成型，使得在各工程項目的進度上均取得了不菲的成績。

3 全自動焊接設備簡介

全自動焊接設備主要組成部分為：CRC機械坡口機、內焊機、P260外焊機，P260是傳統的CRC-EVANS P200的功能性升級，它的系統提供恒定的焊接參數和質量控制，焊機有導電嘴至熔池的跟蹤功能以保證導電嘴與熔池之間有恒定工作距離。P600外焊機，它是兩個獨立焊槍互聯工作的新一代外焊機。其中：根焊設備：CRC EVANS/IWM自動內焊機配相適應直流焊接電源。熱焊：CRC EVANS/P260自動外焊機配相適應直流焊接電源。填充、蓋面設備：CRC EVANS/P600自動外焊機配相適應直流焊接電源。

4 全自動焊接施工措施

長輸管道全自動焊接施工部分一般包括以下工序流程：管口組對及內焊打底一體的方式P260熱焊P600雙焊槍填充P600雙槍排焊蓋面。考慮到全自動焊接采用的流水線焊接流程，從打底熱焊填充一二填充三四排焊蓋面，其中配備相應的打底內焊機設備、熱焊設備及焊棚、填充焊棚、蓋面焊棚，每個焊棚為一組，每組配兩名電焊工。在引進全自動焊技術之后，施工過程中根據實際情況改進的施工措施：國外的CRC P600焊接工藝，采用的翻跟頭的焊接方式，即在根焊和熱焊采用流水作業完成后，后面的每組焊工完成從填充一至蓋面的所有工序。但是國內由于受到作業帶寬度的限制，每臺設備只能按前后順序行走，因此結合實際情況對施工工序進行改進，每組電焊工只進行專一的填充或蓋面的施工，避免了在翻跟頭時超占作業帶。但為了避免出現其他影響生產的狀況，我們對每一個電焊工都要求對每層焊接工序的技術都進行了掌握。至此，在西三線二標段全自動焊接機組在較短時間里累計完成主線路焊接30km，雖然由于新疆高原風大、溫差大等不利環境因素對全自動焊接效率有較大影響，但是新疆地貌平坦適宜于全自動的焊接，使其為后續施工工序的快速開展創造了極有利的條件。

5 推廣應用及前景預測

（1）推廣應用。CRC P600自動焊技術在西氣東輸二線管道工程取得成功后，在西氣東輸支線路及西氣東輸三線工程上又再次對該技術進行了推廣應用。同時西氣東輸三線二標段引進了新型下溝設備―德國菲茨吊籃，經過磨合使用后，每天最多可進行12口徑管道下溝3 km以上，保證了西三線管道工程的施工進度，為后續施工工序的快速開展奠定了堅實的基礎。（2）應用前景。CRC P600雙焊槍全自動焊接技術通過在西氣東輸二線、西氣東輸三線等國家重點工程施工現場的使用，目前人員技術水平、設備磨合情況等都已趨于穩定，焊接速度在管材供應充足、地勢平坦的情況下，每天平均可焊接50道口以上，無損檢測合格率能保證達到95%以上，確定了全自動焊接技術的應用取得的成功，今后可以在其他大口徑長輸管線上推廣應用。目前西氣東輸三線工程（與二線同管徑、同管材、同路由）已將完成，西氣東輸四線等后續大口徑天然氣長輸管道也在籌劃中，管線沿途地形多平坦適宜全自動焊接，因此近幾年的管道施工任務將非常飽滿，CRC P600全自動焊接技術大有用武之地。同時結合吊籃在平坦地段下溝才能夠實現最優下溝速度的特點，全自動焊接技術也需要在具備類似施工條件下才能達到最優焊接速度，因此全自動焊接技術和吊藍下溝的雙高效化結合也將成為趨勢，并將逐漸得到廣泛應用，從而使得長輸管道工程的施工能夠更高效進行。所以，全自動焊接技術及吊籃下溝在接下來的管道施工中必將展示其令人滿意的成效。

總之，應用CRC全自動焊接技術，有效的解決了西三線西段二標段任務重、工期緊的難題。滿足了業主對施工進度和質量、健康、安全、環保的要求。

自動焊接范文第5篇

關鍵詞： PLC； 空間曲線； 機械臂； 焊接； 定位精度

中圖分類號： TN609?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）17?0160?03

Design of automatic welding system for irregular space curve based on S7?300 PLC

HE Long

（Chengdu Aeronautic Polytechnic， Chengdu 610100， China）

Abstract： For the characteristics of welding seam and welding requirements of spiral component， a set of automatic welding system for irregular space curve based on S7?300 PLC was designed. System composition， work principle and software algorithm of the whole control system are introduced. In the control of mechanical arm swing， the high accuracy positioning was achieved by using FM354 servomotor positioning module. The closed loop proportional?integral control based on PLC?300 is adopted by the control of the mechanical arm height and length. The designed automatic welding system can ensure the control precision and reduce the design cost. The welding experiment is conducted based on the system design. The experimental results show that the positioning accuracy of welding is high and the welding seam is smooth， and the feasibility and reliability of the system were proved by test results.

Keywords： PLC； space curve； mechanical arm； welding； positioning accuracy

0 引 言

近年來，隨著科技的全面進步，機械臂的設計也得到了突飛猛進的發展[1?2]。新一代焊接設備也均采用較為先進的視覺呈現方法對焊縫進行自動檢測和自動跟蹤[3?4]，同時采用了更先進的控制算法控制焊接過程以達到較高的精度；然而焊接過程中軟硬件設計極其復雜，設備成本較高，很難滿足中小型企業的需求[5?6]，因此有必要研究分析自動焊接機降低成本、同時控制較高精度的空間曲線自動焊接。

本文在空間直角坐標系建模，基于西門子S7?300著重考慮焊接過程中焊接接頭空間軌跡求解和定位精度，設計了不規則空間曲線自動焊接設備的焊接方案。機械臂軌跡上采用常用定時插補算法，驅動單元上采用伺服電機實現高精度閉環控制。通過焊接系統設計分析然后進行焊接試驗，以期為自動焊接發展提供可靠的理論指導。

1 控制系統組成

該系統通過串行口RS 232把S7?300 PLC與示教盒相連接，以接收示教信息；同時示教數據被存儲到存儲器中，完成焊接示教動作。操作員通過直觀的上位機畫面觀察焊接工作狀況，設置焊接機械臂的切向運動速度和軸向送絲速度，修正示教數據并顯示故障原因等信息。

采用S7?300 PLC實現下位機數據的采集、計算、存儲、故障診斷、輸出等功能。其中采用CPU 314C?2 DP作為焊接機控制系統處理器，該處理器集成的特殊功能有：最大頻率60 kHz的4通道高速計數器，可測頻率最大60 kHz的4通道頻率測量，最高輸出頻率2.5 kHz的4通道脈沖寬度調制輸出及1路位置控制和PID閉環控制[7]。電路包括FM354伺服電機定位模塊及其附屬電路，主要完成相關執行器的閉環輸出控制，焊接系統簡化框圖如圖1所示。

2 軟件系統設計

本系統軟件設計采用結構化和模塊化設計，主要有初始化、示教程序、軌跡插補計算、相關數據的采集與輸出等子程序，每一部分通過許多功能模塊構成。

初始化主要用于完成顯示器初始化、串行接口初始化、定時器初始化、反饋計數器初始化、FM354模塊初始化以及存儲器數據清零等。

操作員利用示教盒通過示教程序對機械臂進行編程，使機械臂完成預期的焊接動作，并按順序存儲示教的空間坐標數據。系統軟件流程圖如圖2所示。

3 軟件算法設計及定位問題解決方法

該算法采用定時中斷方式，每隔時間間隔[T]后中斷一次，進行一次插補，同時計算一次逆向運動學，輸出一次給定值。為保證焊接過程的平穩（焊接接頭不抖動），將時間間隔[T]設置較小，同時由于機械臂機械特性限制了時間間隔[T]的上限值25 ms（40 Hz），顯然[T]越小越好，然而計算量的大小又限制了它的下限值，即CPU要在[T]時間里完成一次插補運算、一次直線和圓弧的逆向運動學計算以及兩次閉環比例?積分運算。CPU的浮點運算時間是15 μs，總運算時間約為8 ms。這就產生了[T]的下限值。定時器分辨力為10 ms，CPU還要執行輸入輸出、故障診斷等任務，這里設置[T]值為15 ms。

系統采用FM354伺服電機定位模塊控制伺服電機的轉矩。通常伺服控制器有三種控制方式，分別為脈沖控制方式、電壓控制方式和轉矩控制方式。FM354只能使用電壓控制方式，所以在焊槍的角度上采用基于電壓控制的伺服電機。考慮到擺動電機是基于模擬量控制，在以S7?300 PLC為控制核心的基礎上，引入FM354伺服電機定位模塊來精確控制擺動電機的角速度，采用這種獨立定位模塊減輕了主控制器CPU的運算量，降低了PLC掃描的周期，從而在整體上改善了控制精度。系統原理圖如圖3所示。

為了在保持精度的同時簡化硬件復雜度，在焊槍高度和長度上采用基于PLC?300的閉環控制系統。通過編碼器精確測量電機的轉速，并與給定轉速進行PI運算，用PWM脈沖控制伺服電機的轉速。系統原理圖如圖4所示。

4 試驗過程及結果分析

為了驗證系統的可行性及可靠性，對設計的PLC控制空間曲線焊接系統進行試驗，通過對空間T型接頭進行激光焊接來檢驗焊接接頭定位精度及機械臂定時插補算法是否能夠滿足要求。

該試驗焊接機械臂及操作試驗臺如圖5所示。

基于西門子S7?300型PLC進行焊接試驗，焊接過程中焊接速度設為3 500 mm/min，焊接功率為10 000 W。考慮到焊接收尾效應，在設計焊接軌跡引出段的焊接工藝參數時，降低焊接速率和焊接功率，直至焊接結束。焊接試驗結果如圖6所示。觀察圖6焊接結果可以明顯看出，該系統很好地完成了空間不規則曲線激光自動焊接，同時焊縫平整光滑，該系統的可行性及可靠性達到了預期結果。

采用激光干涉儀檢測焊接過程中機械臂[z]軸精度，驗證焊接定位精度及定時插補算法等是否能夠滿足要求，檢測結果如圖7所示。圖7為焊接過程中[z]軸精度，從圖中可以看出定時插補算法的加入使得[z]軸的定位精度達到了0.009 mm，重復精度約為0.005 mm，該組數據表明，所設計系統能夠對焊接機械臂各個軸進行高精度的定位控制，插補算法設計完全滿足激光焊接定位精度的要求。

5 結 論

本文研究了以S7?300為核心的不規則空間曲線自動焊接系統，該系統具有操作簡單、維護方便、易于功能的拓撲與調試等優點。同時，示教盒也提供了一種簡單、快捷、準確的焊接示教方案；軟件算法上采用了定時插補算法、閉環控制方案以保證定位精度與焊接質量。

對設計的PLC控制空間曲線焊接系統進行試驗，分析焊接定位精度及機械臂定時插補算法等能否滿足焊接精度。焊接結果表明，該系統完美地完成了空間不規則曲線激光自動焊接，同時焊縫平整光滑，焊接可行性及可靠性達到了預期結果。同時能夠對機械臂進行高精度的定位控制，完全滿足激光焊接定位精度的要求。

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