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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 精密管板自動(dòng)焊頭控制器設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 根據(jù)工業(yè)需求，氬弧焊機(jī)械化和自動(dòng)化程度得到了很大的提高，并向著控制因子越來(lái)越多的數(shù)控化方向發(fā)展。所以自動(dòng)焊頭控制技術(shù)的設(shè)計(jì)也就成為了一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新且具有突破性的課題。針對(duì)GB管板全自動(dòng)TIG焊接機(jī)頭設(shè)計(jì)了多因子高精度數(shù)字化控制器，能與管/板全位置電弧焊接專用機(jī)頭組成完整的管/板自動(dòng)焊接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)精密全位置焊接，達(dá)到理想的焊接效果，焊接結(jié)果重現(xiàn)性90%以上 。
- 詳細(xì)介紹：
- 作品介紹： GB38管板全自動(dòng)TIG焊機(jī)其主要分為三大部分： 一、驅(qū)動(dòng)部分 1、外部 前部罩殼，后罩殼，鎖緊扳手及吊環(huán)； 2、內(nèi)部 水電力分配轉(zhuǎn)軸及軸套：完成冷卻水、電、氬氣的輸送及分配； 3、動(dòng)力 一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過減速器帶動(dòng)一對(duì)齒輪使焊距旋轉(zhuǎn)，焊接電源控制器根據(jù)焊距焊接時(shí)的不同位置改變?cè)撾姍C(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)控制焊接旋轉(zhuǎn)速度。 二、焊接定位系統(tǒng) 一根與管徑相適應(yīng)的芯桿定位器，芯桿與中心拉桿相連，其上裝有芯桿定位器，當(dāng)它插入管內(nèi)孔時(shí)，扳動(dòng)機(jī)頭后部中心拉桿就可達(dá)到焊頭徑向定位的目的。 三、焊接執(zhí)行系統(tǒng) 焊接機(jī)頭工作是，旋轉(zhuǎn)部分成為執(zhí)行系統(tǒng)。一個(gè)通有循環(huán)冷卻水的焊槍體，槍體上裝有鎢級(jí)、鎢級(jí)塊。 此控制器以單片機(jī)C8051F020為控制中樞、5寸全中文彩色液晶顯示器可視化跟蹤、遙控器多參數(shù)設(shè)置、多程序存儲(chǔ)、支持ISB程序下載與上傳、支持ADC檢測(cè)、跟蹤弧長(zhǎng)和電流、具有自診斷系統(tǒng)、脈動(dòng)行走、脈動(dòng)送絲功能、不分段和多分段焊接功能可供具體精度要求供選擇。 焊接流程可概括如下： 1、開機(jī)自檢后待機(jī) 2、遙控器調(diào)整好鎢極位置、送絲位置 3、程序選擇及參數(shù)設(shè)定 4、系統(tǒng)檢測(cè)水、氣是否正常 5、模擬焊接設(shè)置無(wú)弧狀態(tài)，正常后恢復(fù)有弧 6、焊接：焊接前預(yù)熱、引弧操作、峰值谷值切換、脈動(dòng)送絲、輸出衰減。 本控制器采用脈動(dòng)電流，脈動(dòng)行走，脈動(dòng)送絲使得焊絲的供求同步，確保焊絲的供求平衡，節(jié)省焊絲，提高精度。 為了最大限度的精確，控制器采用分段焊接，最多可分為6個(gè)區(qū)間（其區(qū)間內(nèi)參數(shù)可進(jìn)行設(shè)定），以最大幅度的提高焊接質(zhì)量。 此設(shè)計(jì)的部分成果已在河北漢士達(dá)電力電子技術(shù)公司應(yīng)用，較大程度提高了焊接精度和焊接整體質(zhì)量，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)的目的： 現(xiàn)有管板氬弧焊接使用過程中，容易出現(xiàn)機(jī)頭位置不易固定、焊接速度單一、旋轉(zhuǎn)鎢極與焊點(diǎn)距離易變化等問題，造成焊接精度下降、焊縫厚度不均勻、缺焊或漏焊、焊絲浪費(fèi)、材質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化等問題。 改進(jìn)措施： 利用C8051F系列單片機(jī)設(shè)計(jì)了控制器，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)參數(shù)設(shè)定、LCD人機(jī)交互功能；借助于電流互感器檢測(cè)電弧狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)控制；通過驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)，完成旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)、鎢極位置調(diào)節(jié)、分段控制等功能。 基本思路： 單片機(jī)調(diào)用預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行控制，將焊接區(qū)間分段化設(shè)定，根據(jù)不同段號(hào)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，從而達(dá)到分段焊接的效果。 單片機(jī)將傳感器測(cè)得的焊絲長(zhǎng)度與設(shè)定值相比較，控制送絲電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行焊絲的自動(dòng)補(bǔ)償。焊接過程中單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)與送絲電機(jī)同步脈動(dòng)可達(dá)到焊絲的供求平衡。 在應(yīng)急措施方面，設(shè)定機(jī)頭按鈕和遙控器急停按鈕，可以緊急停機(jī)，切斷線路電流。 使用LCD顯示各項(xiàng)參數(shù)。設(shè)置通信接口，便于實(shí)現(xiàn)RS-485或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、分區(qū)間弧壓控制 2、采用脈動(dòng)電流，脈動(dòng)送絲同步以節(jié)省焊絲 技術(shù)關(guān)鍵和指標(biāo): 1、本焊機(jī)采用LCD顯示參數(shù)的設(shè)定更加清晰直觀。 2、設(shè)備開放模擬焊接狀態(tài)功能。 3、系統(tǒng)配置16個(gè)最常用的程序（0-F）可供做參考，支持程序調(diào)用。 4、電流控制 電流采用脈沖/直流控制方式。 5、焊槍旋轉(zhuǎn)控制 6、弧壓控制 7、送絲控制 8、區(qū)間設(shè)置 9、控制器還具有遙控模式供選擇。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 化工、電力行業(yè)、鍋爐制造業(yè)中熱交換器類產(chǎn)品管與管板接頭的焊接,特別是針對(duì)空冷器的管箱內(nèi)換熱管與管板接頭的焊接，所使用的接設(shè)備的研究,國(guó)內(nèi)外焊接設(shè)備公司都先后研制了特殊的管焊槍頭,但目前成功應(yīng)用的很少,尤其是帶有分段焊接功能的自動(dòng)管板焊機(jī)設(shè)備的研究還存在很多空白,有待于進(jìn)一步研究。 全位置自動(dòng)氬弧焊控制系統(tǒng)，以單片機(jī)作為控制核心，將現(xiàn)用的手工 TIG焊電源改造成全位置自動(dòng)焊控制系統(tǒng)，并把管子與管板的接縫分成若干個(gè)區(qū)間內(nèi)的峰值電流、基值電流、脈沖頻率、占空比及焊接速度，進(jìn)行程序控制。所進(jìn)行的全位置管子對(duì)接焊工藝試驗(yàn)達(dá)到了理想效果。 參考文獻(xiàn)： [1] 孫明慧, 梁文武, 孫立平.石化爐管的焊接[J]. 熱加工工藝. 2011年03期 [2] 謝國(guó)華. 全位置自動(dòng)氬弧焊控制系統(tǒng)的研制[J]. 船舶工程.2000年03期 [3] 杭爭(zhēng)翔, 劉桂秋,劉立；交流鎢極氬弧焊機(jī)控制電路的新設(shè)計(jì)[J]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1995年03期
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 1、采用惰性氣體氬氣，防止氧氣、氮?dú)?、二氧化碳等氣體與焊接金屬的反應(yīng)，保護(hù)電弧和熔融金屬進(jìn)行焊接，消除了合金元素氧化燒損及由此帶來(lái)的一系列問題。 2、效率高,因?yàn)樗娏髅芏却?，熱量集中，熔敷率高，焊接速度快，且質(zhì)量好。 3、節(jié)省能源,氬氣是一種比較理想的保護(hù)氣體，比空氣密度大25％，在平焊時(shí)有利于對(duì)焊接電弧進(jìn)行保護(hù)，降低了保護(hù)氣體的消耗；通過MCU控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)與送絲電機(jī)同步脈動(dòng)可達(dá)到焊絲的供求平衡。 適用范圍與推廣前景： 適用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼（目前主要用Al、Mg、Ti及其合金和不銹鋼的焊接）；適用于單面焊雙面成形，如打底焊和管子焊接；鎢極氬弧焊還適用于薄板焊接。 目前，控制器已在河北漢士達(dá)電力電子技術(shù)公司測(cè)試使用，使用穩(wěn)定可靠，焊接質(zhì)量較高，使用靈活方便，通信功能模塊也正在完善中。
同類課題研究水平概述
- 弧焊設(shè)備是國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快,應(yīng)用最廣泛的一種焊接技術(shù)。弧焊設(shè)備從焊機(jī)自動(dòng)化程度上分，有手工焊機(jī)、半自動(dòng)焊機(jī)、自動(dòng)化焊機(jī)、機(jī)器人焊機(jī)、智能化焊機(jī)；從電源性質(zhì)上分，有交流焊機(jī)、直流焊機(jī)、交直流兩用弧焊機(jī)；從控制方式上分，有晶閘管焊機(jī)、IGBT逆變焊機(jī)、數(shù)字式焊機(jī)、微機(jī)（單片）控制弧焊機(jī)；從使用方式上分，有焊條電弧焊機(jī)、氣體保護(hù)焊機(jī)、埋弧焊機(jī)。 一、我國(guó)弧焊的現(xiàn)狀 數(shù)字化區(qū)間參數(shù)設(shè)定、高效率氣體保護(hù)焊是未來(lái)15年的發(fā)展方向。焊機(jī)將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)，智能化技術(shù)越來(lái)越成熟且水平更高。分段分區(qū)間式氬氣管板焊實(shí)現(xiàn)真正的一脈一滴。閉環(huán)控制全規(guī)范范圍內(nèi)的熔滴過渡，一脈一滴控制也采用閉環(huán)控制。 內(nèi)燃動(dòng)力電焊機(jī)用于野外無(wú)電區(qū)施焊。國(guó)內(nèi)如重慶運(yùn)達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限公司、重慶凱達(dá)電焊設(shè)備廠、成都皮克電源有限公司、成都熊谷電器工業(yè)有限公司等研發(fā)的此類焊機(jī)，已形成野外焊接工作站、自驅(qū)動(dòng)弧焊機(jī)、自驅(qū)動(dòng)多功能弧焊機(jī)及稀土永磁發(fā)電機(jī)組等系列產(chǎn)品，主要用于砼電線桿接頭、鐵軌、轍岔、油管、氣管的焊接，并外銷售、轉(zhuǎn)銷到到美國(guó)和歐洲各國(guó)。 焊機(jī)能滿足下向焊工藝要求，采用IGBT變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平、降兩種外特性。功能的選擇輸出，能在全電壓或全電流的調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)得到滿意的動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)藥芯焊絲半自動(dòng)焊和纖維素焊條下向焊。 四輪驅(qū)動(dòng)已在焊機(jī)上得到應(yīng)用，既可車載，也能在短距離工位移動(dòng)時(shí)，通過遙控，焊機(jī)近距離平穩(wěn)自動(dòng)行走，適合公路、山道、旱田、沙地等路面條件。 本設(shè)計(jì)所涉及的管板氬弧焊機(jī)就屬于弧焊設(shè)備中的氣體保護(hù)焊。 二、發(fā)展趨勢(shì) 自動(dòng)、半自動(dòng)電焊機(jī)主要是指自動(dòng)、半自動(dòng)氣體保護(hù)焊機(jī)、埋弧焊機(jī)等產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效焊接工藝的必備。 目前，通過電焊機(jī)行業(yè)的自行開發(fā)、設(shè)計(jì)、引進(jìn)技術(shù)和合資生產(chǎn)，使我國(guó)的自動(dòng)、半自動(dòng)焊機(jī)的技術(shù)水平有了很大的提高，同時(shí)也推動(dòng)了我國(guó)機(jī)電一體化焊接設(shè)備的發(fā)展。 趨勢(shì)發(fā)展： 1. 高組合化和多功能，即以標(biāo)準(zhǔn)型多功能的弧焊電源為主體，配以各種功能裝置，實(shí)現(xiàn)多種用途。 2. 氣體保護(hù)焊機(jī)中，脈沖焊接進(jìn)一步向同步脈沖最佳控制方向發(fā)展，將微機(jī)、逆變技術(shù)用于MIG/MAG/氬氣焊機(jī)，通過精確控制輸出脈沖，減少飛濺。 3. 應(yīng)用微機(jī)實(shí)現(xiàn)焊機(jī)自適應(yīng)控制，利用微機(jī)控制弧焊機(jī)電源的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接規(guī)范和焊接參數(shù)，改善焊接性能，保證焊縫一致性，獲得高質(zhì)量焊縫。
