王华臣，张法楷，于晏同，李子路，梁 昊，姚占斌

(1.京粮(天津)粮油工业有限公司，天津 300452； 2.中国农业机械化科学研究院，北京 100083)

0 引言

随着我国油脂精滤器制造的不断进步，各使用单位对油脂精滤器的制造质量、使用寿命提出了更高的要求，而产品质量的好坏，使用寿命的长短，在很大程度上取决于焊接质量[1]。为了提高焊接质量、降低劳动强度，京粮(天津)粮油工业有限公司和中国农业机械化科学研究院共同研制出新型的适用于油脂精滤器的自动氩弧焊机，该焊机具有结构紧凑、使用效率高的特点，并且能够保证焊接质量。现对该新型焊机的结构、组成及工作原理进行介绍。

1 基本结构和工作原理

采用完全不同于国外常用的悬挂式和国内使用较多的龙门式结构设计，而是采用立柱式结构设计[2]。

该焊机主要由氩弧焊机、焊接平台、焊接变位器、送丝装置、氩气瓶、电线电缆，以及相应的自动化控制系统组成[3]。目前，市场上氩弧焊机和送丝机构产品比较成熟而且能够匹配，本机选择松下品牌的氩弧焊机及送丝装置。待焊件在焊接变位器上定位，焊接变位器通过滚珠丝杠安装在操作平台上，待焊件可通过滚珠丝杠经电机的带动精准地匀速运动，具体组成如图1所示[4]。

1.电机 2.机架 3.直线导轨 4.滚珠丝杠副 5.滑块 6.焊接变位器 7.工件夹持机构 8.待焊件 9.焊枪固定架 10.焊枪 11.焊机及送丝装置组成图1 自动氩弧焊机整体结构Fig.1 Overall structure of automatic TIG welding machine

待焊件通过工件夹持机构固定在焊接变位器上；直线导轨固定在机架上；焊接变位器通过滑块安装在线性滑轨上，焊接变位器水平运动通过电机驱动滚珠丝杠副实现；焊枪安装在焊枪固定架上，焊枪固定架安装在机架上。在焊接环焊缝时，先通过直线导轨将焊接变位器移动到合适的位置，使焊枪对正起始焊接位点，然后启动焊机开始焊接，同时启动焊接变位器旋转操作盘进行匀速回转运动，完成焊接过程。在焊接纵焊缝时，先通过直线导轨将焊接变位器移动到合适的位置，使焊枪对正起始焊接位点，然后启动焊机开始焊接，同时通过电机驱动滚珠丝杠副使焊接变位器匀速水平运动完成焊接过程。

2 主要部件结构

2.1氩弧焊机

使用松下品牌YC-300WP型直流焊机。该焊机具有交流TIG焊、直流TIG焊、直流脉冲TIG焊、交流脉冲TIG焊和自动填丝TIG焊等多种焊接模式；适用于不同板厚的碳钢、不锈钢、镁和铝等多种金属材料的焊接；具有电流检测信号和脉冲同步信号及各种焊接工作用的接线端子，配合自动送丝装置使用非常方便[5]。该自动焊机的主要规格参数如表1所示。

表1 300-WP型晶闸管控制交、直流氩弧焊机

2.2送丝机构

采用与松下品牌300-WP型焊机相匹配的YJ-105型送丝装置，该送丝装置的主要规格参数如表2所示，具有以下特点。

(1)通过对复杂TIG送丝过程实现自动控制，实现自动化、高品质的焊接。

(2)为了防止烧穿，焊接中的送丝速度可两挡切换[6]。

(3)可配合脉冲TIG焊机，配装在自动行走小车上，实现自动化焊接，经济实用。

(4)具有延迟送丝时间控制功能、焊丝填充速度调整功能、焊丝回抽控制功能等多种功能，面对许多复杂困难的焊接作业可进行多种焊接条件设定，从而提高焊接操作性。

表2 YJ-105自动送丝装置

将自动送丝装置的数据线插到氩弧焊机上，就可以实现连锁控制功能，包括调整送丝速度、收弧速度、抽丝速度等。

2.3焊机动作执行机构

由于精滤器焊接种类只有环焊缝和纵焊缝两种，对于环焊缝的焊接(图2)采用维持焊枪固定不动，通过旋转工件来完成焊接过程，因此采用焊接变位器来完成环焊缝的焊接[7]。焊接变位器(图3)是一种高效的以实现环焊缝焊接为主的焊接设备，可以配合氩弧焊机及自动送丝装置等组成自动焊接系统，通过工作台的升降、回转、翻转使待焊件处于最佳焊接位置，避免仰焊和立焊，保证焊接质量。由于氩弧焊对于焊接精度要求非常高，所以焊接变位器的回转电机应采用伺服电机控制，实现精确定位和匀速转动功能。本机焊接变位器选用无锡市艾立特焊割设备有限公司生产的HB6型焊接变位器，该焊接变位器具体参数如表3所示。

对于纵焊缝的焊接(图4)，待焊件被夹持机构固定住后，采用固定件焊枪不动，通过待焊件匀速向右运动的模式，则必须增加一套水平运动机构，该机构由机架、直线运动导轨、驱动电机和滚珠丝杠副组成。

1.工件夹持机构 2.待焊件 3.焊枪图4 筒体A类焊接接头的焊接示意Fig.4 Welding of class A welded joints of cylinder

2.4焊机电控要求

本机电器自动化控制采用西门子PLC(可编程逻辑控制器)控制，操作面板如图5所示。电器控制点包括水平运动驱动电机A和C，焊接系统B(包括氩弧焊机、自动送丝机构、焊缝追踪系统和焊接自控系统，焊接操作在焊机控制面板，本机面板只用于开启和关闭焊接系统)、焊接变位器回转电机D、焊缝追踪纵向微调电机H、焊缝追踪横向微调电机I共6个控制点。

图5 氩弧焊自动焊机操作面板Fig.5 Operation panel of automatic TIG welding machine

A旋钮用于控制水平运动驱动电机正反转及停止，C旋钮用于调节步进电机脉冲频率从而调节进给速度(配置速度显示面板)，B按钮用于控制焊接系统的启停，D旋钮用于调节焊接变位器回转速度(配置速度显示面板)，H旋钮用于控制焊缝追踪纵向微调电机正反转，I旋钮用于控制焊缝追踪横向微调电机正反转[8]。

3 自动氩弧焊机整机技术参数

根据上述分析以及企业的需要，最终确定整机的技术参数如表4所示。

表4 自动氩弧焊机技术参数

4 验证性试验

通过制造样机进行焊接试验，得出如下统计数据。从图6中可以看出，样机焊接的速度为200～240 mm/min，而人工的焊接速度远远不如样机的焊接速度，一般低于185 mm/min。

图6 样机焊接速度与焊工焊接速度对比Fig.6 Comparison of welding speed between prototype and welder

图7 两种方式焊接合格率与不合格率比较Fig.7 Comparison of qualified rate and unqualified rate of two welding methods

从焊接10种样品，每种样品的合格率来看，从图7可知，自动氩弧焊机在焊接时合格率为92%～100%，合格率较高，而与此相比，普通焊工针对同一种焊件的焊接合格率则明显较低，往往为50%左右。机器焊接不仅焊接率较高，而且针对不同的焊件，焊接质量比较稳定，而相比之下，人工焊接的合格率稳定性的优点不突出。

5 结论

采用全自动氩弧焊机焊接精滤器能够明显减轻工人的劳动强度，提高工作效率。由于是数控式自动操作，焊接参数可控，可以保证稳定的焊接质量，减少人为因素造成的缺陷。