自动焊接

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自动焊接范文第1篇

【关键词】自动焊接；机械焊接；焊接技术；焊接应用

引 文：

进入新世纪，随着计算机信息化进程的加快，我国科学技术取得了突飞猛进的进步，这也推动了焊接自动化技术的快速发展，使得我国的焊接自动化技术发生了质的变化。在我国，先进的焊接技术和设备正在逐渐全面的应用到以焊接技术为核心的重工业加工制造产业中，大幅的提升了加工制造的质量。自动焊接在机械焊接中的应用，不仅增强了机械产品的质量，降低了生产成本，其巨大的经济优势还体现在了产品的质量和能源以及焊材消耗等方面，在一定程度上也改善了生产环境。

1自动焊接技术应机械焊接行业的发展需求

1.1自动焊接技术能够有效的缓解人力成本的投入

作为资源大国，从某种意义来讲会推动资源需求的扩大。作为世界第一焊接大国，我国的焊接行业用钢量长期以来一直处于世界领先地位。这种情况下的人力资源的需求量和随之衍生的人力资源成本十分巨大，所以，从人力资源的成本投入的角度来说，自动焊接技术可以十分有效地缓解生产企业在人力资源成本上的资金投入压力，大量节约企业的人力资源开销。

1.2自动焊接技术能够更好更快的满足生产需要

进入二十一世纪，经济全球化进程不断加快，各个企业和世界经济连成一个有机的整体，尤其是工业制造业更是为我国的经济发展做出了巨大的贡献。在这样的条件下，焊接技术以及焊接设备的总体质量成为了衡量企业核心竞争力的关键性因素。传统模式下的手工焊接操作已经无法顺应时代的发展，为了满足实际中的生产需要，必须要利用科学的技术手段，运用自动化生产技术代替手工焊接操作。与此同时，手工焊接操作的质量也无法保障，在操作过程中经常会出现无法按期完成任务或者在工期紧张的情况下马虎完成任务而忽视质量的情况。自动焊机在机械焊接中的应用更好的配合了焊接技术加工制造的产品向重型化、精密化的发展动向。

2自动焊接技术的优越性

自动焊接技术主要体现了以下优势：1）操作性能好，便于维护。自动焊接技术能够针对不同的焊接结构进行专门的设计、操作，因此其功能形期本现出单一性的特点，同其他设备相比，其设备的整体结构也更加简单，使用者在使用过程中便于了解其功能、内部结构以及操作性能，因此体现出了较强的工作性能，便于维护。2）专业性、实用性强。自动焊机能够针对不同的需要而进行专门的设计。例如车架类结构、转台类结构以及臂架类结构，自动焊机能够对其设计相应的专门焊接设备；针对机器人焊接、手工焊接制造相应的焊接变位专机；针对气保焊、激光焊接可以制作相应的自动焊机等，根据专业化的自动焊机，能够在工作过程中针对相应的工作需求以及具体的操作习旧设计做出相应的调整，使之具有很强的实用性。从经济角度来考虑，自动焊接设备整体制作成本低廉，造价在20万到50万之间，由此可见，自动焊机在实际的工业制造中体现出了较高的经济实用性。3）生产效率较高，作为构成自动焊接的关键组成部分，质量水平稳定机械组的执行程序主要由数字电子系统控制，由此来看，自动焊接设备能够使用更大的电流、增强电弧的穿透能力，热量的不断集中从一定程度上增加了焊接点的速度，因此，自动焊接在加工过程中与手动焊接相比，其生产效率得到了大幅的提升。数字电子系统控制下焊接设备的质量水平因为一切焊接指令都是由数字中心统一发出，无论是焊接的速度还是范围，都能够得到有效的控制，确保焊接质量水平的恒定，所以其相对较为稳定，且加工过程中根据要求自动焊接能够实现自动调节。

3自动焊接技术的发展现状

如今，自动焊接技术已被广泛应用于国际机械焊接，且已成为这一领域的发展主流。自动焊接能够结合实际项目的需求来对不同机型做出适当的改进，因为自身所具备的灵活性、实用性和操控性等突出优势得到了业界的普遍认可，其优越性具体表现在以下几个方面：首先，自动焊接设备能够针对不同的焊接工艺需求、操作过程以及结构形式，甚至可以针对作业人员的习惯进行专门设计，大大简化了操作过程，使得焊接的实用性和可靠性大幅提升；其次，因为自动焊接设备一般是针对某一焊接工艺专门设计而成，所以功能形式比较单一化，有利于操作人员了解其内部结构，更为以后的设备维护提供了便利；第三，随着自动焊接技术的不断进步，和各种焊接工艺在各行各业中的广泛应用，其配套技术日臻完善和成熟，这就大幅降低了设备的制造成本、提高了其可靠性和经济实用性。

随着数字化技术的全面发展，自动化焊接技术的数字焊接、数字了控制技术业也取得了很大程度上的提高，并进入到了我国市场。我国焊接产业正在逐步走向高效化、智能化、自动化。焊接过程中的自动化、机械化的开发与应运是目前机械焊接行业的发展目标，自动焊接技术也广泛应用到了其他领域当中。尤其是焊接工作的自动化生产以及自动化生产过程中的控制智能化的研究和开发方面，取得了长足的进步和发展。从技术层面上来说，自动焊接技术具有开放性能良好、能满足于焊接工作中的各种要求的优点，大多数工业制造产品都可以利用自动焊接技术来完成。

4自动焊接技术在焊接行业当中的发展前景

4.1焊接过程控制系统的智能化

焊接过程控制系统的智能化，是未来的一个发展重点。工程机械加工中的自动焊接技术，正不断向这更高端更科学的智能化方向发展。自动焊接机器人和焊接专机等其他硬件设备的开发研制，对焊接工作起到了巨大的推动作用。工程机械焊接加工变得更加智能化、自动化，使机械焊接行业更加重视对最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。智能自动焊接系统的发展，将会带领动机械焊接领域迈上一个新的台阶。

4.2自动焊接技术在机械焊接中的多种应用

自动焊接技术正向着更高质量、更广泛空间的方面发展。自动焊接技术目前在我国的工程、电力、建筑、汽车船舶等行业的制造领域当中有着越来越广泛的应用，成为了我国众多行业的中坚力量。在未来的发展进程中，要将各种机、光、电技术进行有机结合，从而更好地实现焊接技术的精确性；另一方面，焊接机器也要实现操作人员和专家系统融合，实现自动路径规划、自动校正轨迹以及自动控制熔深等多方面功能，从而使得自动焊接技术在机械焊接行业中有着更加广阔的发展前景。

5结束语

自动焊接技术在机械焊接领域中将会被越来越多的机械生产加工企业所重视。在积极学习和引进自动焊接技术的同时，要正确认识在应用技术中出现的问题与不足。在应用自动焊接技术时，我国的企业要根据实际的经营状况，有针对性的应用自动焊接技术，一方面提高自动焊接在机械焊接领域中的水平，一方面推动我国机械焊接事业的发展。

参考文献：

[1]王斌.试论自动焊接在机械加工中的运用[J].科技创新导报，2013，13（2）：115-117.

自动焊接范文第2篇

【关键词】汽车座椅；自动焊接；工业机器人；柔性夹具

【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

我国汽车产业近几年快速发展，未来一段时期还将稳步发展，相应的汽车零部件配套制造业也迅猛发展。在汽车零部件制造中，汽车座椅生产是其中一个重要的生产环节。汽车座椅的功能是为司乘人员提供便于操作、舒适安全的驾驶、乘坐位置，其必须安全可靠，并有足够的强度、刚度与耐久性。

汽车座椅的骨架的焊接精度和强度是保证座椅质量和可靠性的关键，目前座椅骨架焊接主要还以人工为主的传统焊接方式。这种方式焊接精度低，焊接质量和效率受工人的熟练程度和操作状态影响[1]。因此，本文针对汽车座椅骨架，采用工业机器人技术，设计出一套柔性高的自动焊接系统，保证了焊接质量的一致性，为主机厂提供质量合格的座椅骨架，以满足整车的装车要求。

1 系统焊接工艺流程

汽车座椅骨架主要管件框架和支持板等组成，焊缝包括弧形焊缝、直线焊缝和点状焊缝。待焊工件为碳钢材质，管壁厚度约3mm左右，考虑到工厂规模生产的成本问题，其焊接工艺选择CO2气体保护焊。因为二氧化碳气体制备较为简单，并且焊接速度快，焊接效率较高，适合多位置焊接，可以利用机器人自动实现频繁起弧和收弧的电流电压的控制，适宜焊接不规则的空间焊缝。焊件焊接后变形小，焊件加工精度高。

系统主要由焊接机器人、机器人控制系统、配套的焊接系统（包括焊接电源、送丝机、焊枪和二氧化碳气体）和柔性组合工装夹具等组成。待焊工件通过柔性组合工装夹具定位夹紧后，机器人根据给定的运动轨迹和焊接参数自动完成工件焊缝的焊接。系统采用双工位轮换设计，可进行焊接与装卸交替作业。即当在工位1进行工件的自动焊接作业时；操作人员可以在工位2上进行工件的装卸作业。机器人驱动焊枪按焊接程序完成工位1所有焊点的焊接作业后，控制单元发出工位转换指令，转向工位2进行自动焊接。操作人员再回到工位1进行工件的装卸作业，这样形成交替作业工作方式，从而提高了焊接的工作效率。

系统的焊接工作流程如图1所示。

2 柔性焊接组合工装夹具设计

使用机器人对焊缝进行自动焊接，待焊工件在焊接过程中必须能准确稳定地定位和夹紧。设计合理正确的工装夹具是保证焊接精度和质量的关键。

系统采用柔性孔系组合夹具对工件进行定位夹紧。夹具是由标准化、系列化、通用化的模块组成的，且模块之间的链接、固定和压紧都是以孔为基准定位，用锁紧销来实现快速锁紧，模块与模块之间可以根据焊接工件的实际尺寸可以自由调整。柔性组合夹具按功能可分为基础件、支撑件、定位件、调整件、压紧件、锁紧件和组合件等。

设计座椅骨架工装组合夹具，首先要对产品图纸进行分析，根据焊接工艺和关键尺寸要求来确定定位点和定位面，从而确定各个零部件的定位方式和压紧方式。然后分析焊缝位置，尽可能将较多焊缝的一面朝上，朝下一面焊缝的位置要设置高一些，使得机器人焊枪可伸入下方进行焊接。同时还需考虑工件的装卡顺序和工人操作空间的便捷性。从而实现工件一次装卡就可完成全部焊缝的焊接，减少二次装卡时间和装配误差。为防止焊接变形，工件的定位点需设置调整垫片用于调整反变形。由于座椅骨架的管框是固定在V型定位块中，为使焊接好的工件能顺利取出，最后还需设置顶升装置进行卸件。

某型号座椅骨架的组合夹具定位夹紧示意如图2所示：

采用柔性组合夹具设计座椅骨架工装，可适应不同型号座椅骨架的形状，几套夹具系统就可以替代大量高成本的专用工装，使用该工装后，可以省去不同型号座椅而投入的专用工装的费用和时间。在多品种、个性化的汽车座椅生产中，具有很高的经济性。同时组合夹具的所有模块加工精度均较高，工作平台在1000mm的范围内确保定位孔的位置误差在±0.1mm以内，完全可以满足焊接加工的需要。如果工件本身的几何尺寸不准确，也可以很快被检测出来，在初加工工序中便被消除[2]。

3 机器人自动焊接参数调节与编程

系统中的焊接机器人采用OTC的AII-V6型六自由度弧焊机器人，并配套了专用的DM350焊接电源以及相应的送丝机构。机器人控制系统连接各个工位的操作箱，在示教器上对工位数进行登录，并分配每个工位的作业程序。通过各工位操作箱的起动按钮的启动和预约功能，实现多工位自动轮换焊接。

机器人通过通讯线与焊接电源连接，焊接参数可在机器人控制系统中进行调节配置。在机器人程序中可以设置不同焊缝的焊接电流、焊接电压和焊接速度，还可以设置一些微调参数，如提前送气时间、滞后关气时间、回烧时间等，以达到理想的焊接效果。机器人控制系统可根据设置的焊接电流和焊接速度自动计算调整送丝速度，保证焊接的稳定性。

工件焊缝的焊接过程包括起弧阶段、焊接阶段和收弧阶段。在机器人编程中，需要设置起弧阶段和收弧阶段的电流电压等参数。通过反复的试验验证，对于面朝上的焊缝，起弧阶段焊接电流100A，焊接电压19V，焊接速度30cm/min，收弧阶段焊接电流90A，焊接电压19V，回烧时间0.3秒；对于面朝下的焊缝，起弧阶段焊接电流120A，焊接电压19V，焊接速度30cm/min，收弧阶段焊接电流100A，焊接电压19V，回烧时间0.3秒。此外，对于点状焊缝，焊接过程中保持焊枪1s不动。

在示教焊枪焊接运动轨迹过程中，调节焊接干伸长约为8mm，使用焊枪向焊接行进相反方向倾斜0°～10°的“推进”焊接法[3]，可使气体保护效果较好。

4 结语

目前该系统已在某微型汽车座椅焊装车间投入使用，运行效果良好。系统焊接速度远远高于手工速度，大大降低劳动成本，生产效率提高了50%以上。系统焊接的焊缝光洁度好，每条焊缝都有很高的一致性，保证了座椅的焊接质量，满足主机厂座椅安装的要求。

基于工业机器人的汽车座椅骨架自动焊接系统柔性化程度高，当需要对产品进行更新升级时，只需设计相应工装夹具并更改调用相应的机器人程序就可以做到产品更新。可缩短产品改型换代的周期，及减少相应的设备投资。

【参考文献】

[1]程世玉，杜华，张余强.焊接机器人系统在汽车底盘焊接中的应用[C].上海：2003汽车焊接国际论坛，2003.

自动焊接范文第3篇

关键词：异种金属 PLC 控制系统

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0005-02

发热电缆低温辐射供热技术已成为国际公认先进的供暖方式，其核心技术是发热电缆线芯制造。发热电缆线芯由不等长度的细直径铜电源引线（冷线）与镍铬合金发热丝（热线）连接而成，且冷线和热线高质量、高可靠连接决定了发热电缆安全性、寿命、发热质量。目前，利用异种金属钎焊技术实现高可靠、高寿命发热电缆隐式接头是国内外发热电缆制造商主要采用的核心技术手段。国内外大多发热电缆制造商依赖简单的焊接辅助装置，靠人工操作完成冷-热线焊接，缺乏现代化技术的自动生产设备，导致发热电缆线芯生产效率较低，且线芯接头质量取决于焊接操作人员。因此，在发热电缆线芯人工焊接工艺基础上，以三菱Q系列PLC作为控制器，研制了发热电缆线芯自动钎焊设备。经示范企业应用表明，基于PLC控制的自动焊接机能可靠、稳定满足工业生产要求。

1 控制系统硬件设计

1.1 深熔池焊接工艺

发热电缆线芯深熔池焊接工艺（见图1）是基于电阻钎焊的工作机理，利用电极夹具加持带孔的发热体，首先将焊接热线从发热体底部伸入发热体内，其次将钎料颗粒从发热体上端口送入孔内，最后将冷线端部沾上助焊剂从发热体上部伸入中心孔内，被对接的两个头与钎料紧密接触通电加热发热体，当发热体温度到达确定值时，断电即可完成对接。

1.2 硬件结构与组成

自动焊接机主要由控制柜、焊接装置组成，如图2所示。控制柜主要包含Q系列三菱PLC控制器（见图3）、直流步进电机的电源和驱动器以及控制焊接机执行机构的低压电器元件。PLC控制器由Q61P电源模块、Q01CPU模块、QD70P8高速定位模块、QX41输入模块、QY41P输出模块和QJ71C24N-R2串口通讯模块组成。各模块功能：Q61P电源模块负责为基板供电；Q01CPU模块负责应用程序的运算和编译；QD70P8高速定位模块为脉冲信号控制单元；外界模拟或数字信号通过QX41模块输入应用程序；QY41P输出模块将应用程序的信号输出控制执行终端；QJ71C24N-R2串口通讯模块主要用于连接Q01CPU和MT4403T触摸屏，实现对应用程序数据监控。

控制系统的人机界面由控制柜面板设置的MT4403T触摸屏、换挡开关、按钮及信号灯构成，提供手动/自动控制、焊接启动、焊接急停等功能，所有的功能的选择通过控制面板上触摸屏和转换开关来完成。控制系统需设置的焊接速度、加热时间、保温时间等工艺参数，可以通过MT4403T触摸屏输入，且可以实时显示焊接状态、故障信息。

2 控制程序设计与实现

2.1 步进电机控制

步进电机是工业自动化控制领域广泛应用的电气执行元件。步进电机由PLC的输出高速脉冲信号和方向信号输入驱动器控制电机的运行。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，称为步距角。脉冲数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度，方向信号决定了旋转的方向。就一个传动速比确定的具体设备而言，无需距离、速度信号反馈环，只需控制脉冲的数量和频率即可控制设备移动部件的移动距离和速度；而方向信号可控制移动的方向。因此，对于异种线芯自动焊接设备的控制精度要求不高，采用简单、经济的步进电控开环控制方式，即可满足要求。

步进电机运行的精度和平稳性，可以通过驱动器细分技术实现。自动焊接机采用步距角1.8°的2S56Q两相混合式步进电机，驱动器细分数选择为4。因此，PLC每输出一个脉冲，电机旋转1.8°/4=0.45°，抑制电机运行过程的振动及噪音，且步进电机运行效率高。

根据自动焊接机所选步进电机数目，QD70P8高速定位模块为自动焊接机4个步进电机提供轴脉冲信号，设置定位控制方式、加/减速时间等性能参数，实现PLC对步进电机的脉冲控制。

2.2 焊接时序控制

自动焊接机左右两焊池采用对称结构，焊接动作一致。为此，本文以右焊池焊接为例，结合图4右焊池控制流程图（见图4）和右焊池执行机构各部件动作时序图（见图5），进行自动焊接机时序控制的阐述：Y8置高电平到X41置高电平时，夹头1右移至停止夹头1下移后延时3S焊池电源通电，Y6E至高电平当夹头1下移至焊池发热体中2S后，焊池电源断电，Y6E至高电平夹头2松开后，夹头1下移上移至剪线处松开，收线装置开始工作，M38置高电平夹头2的滑块装置提升，同时夹头1、2夹紧剪切装置剪断冷线，Y7A、Y7B置高电平Y9置高电平，夹头1上移至停止线芯焊接结束。

3 结语

自动焊接机的控制系统，采用三菱高端的PLC控制器和触摸屏技术，功能强大、操作简便、扩展性强，能满足工业控制要求。通过企业示范应用，相比人工手工焊接，自动焊接机可保证线芯焊接质量、提高生产效率、减轻工人强度。

参考文献

[1]莫志豪，廖禄海.管-板自动焊设备的研制[J].石油化工设备，2005，34（4）：59-61.

[2]刘亚东，李从心，王小新.步进电机速度的精确控制[J].上海交通大学学报，2001，10.

自动焊接范文第4篇

关键词：全自动 焊接 技术 应用

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-01

1 西三线工程概况

西气东输三线天然气管道工程西段（霍尔果斯-中卫）第二标段始于乌苏压气站出站围墙外2 m，止于鄯善压气站进站端围墙外2 m，总长度529 km，提前施工段6.3 km，实际施工长度为522.7 km。第二标段线路由乌苏压气站，经独山子、沙湾县、石河子市、玛纳斯县、呼图壁县、昌吉市、乌鲁木齐市、托克逊县、吐鲁番市，最后进入鄯善县到达鄯善压气站。在本标段，西三线总体并行二线，部分地段还与二线、西部管道三线并行，总体在西二线南侧敷设。管道沿线大部分位于天山北麓的冲积区及丘陵台地上，地貌类型较复杂。按工程地质特征全线地貌大致分为：山前冲洪积倾斜平原、冲洪积平原、河漫滩及河谷阶地、剥蚀-侵蚀丘陵台地和中低山地貌，开阔平坦，地表植被稀少。

2 CRC全自动焊接设备的引入

近年来随着我国与中亚国家能源领域合作的进一步加强，长距离油、气管道工程建设任务变的十分繁重，特别是2008年开工建设的西气东输二线管道工程，管径大、强度高、时间紧、任务重，如何加快管道的焊接速度，保证焊接质量成为长输管道施工面临的一个重要研究课题。西三线二标段工程主线路管道管线长、管径大、管壁厚（Ф1219×18.4/22）且工期紧。通过比较以往双“V”型坡口、STT半自动根焊+半自动填、盖的工艺，在相同条件下有效保证焊接进度的目标下，本标段沿用了西二线使用的CRC全自动内根焊+P260全自动热焊+P600全自动填、盖焊接技术。CRC全自动内根焊+P260全自动热焊+P600全自动填、盖焊接技术是美国CRC公司的新型专利技术，由于采用了内根焊（内焊机上带8个焊接枪头）和P600双焊矩（1套设备上2个枪头）设备，相比之下焊接速度大大提高，所用人员、设备与同等能力的半自动相比大大减少。例如，中石油管道局在印度东气西送管线上引进了该焊接技术，Φ1219管线平均每天可焊接 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国全自动内根焊+P260全自动热焊+P600全自动填、盖焊接技术，并先后应用到国家重点工程西气东输二线西段、东段、中贵联络线及平泰支线及近期的西气东输三线西段天然气管道等。采用CRC全自动焊接不但保证了焊接速度，还保障了非常漂亮的焊缝外观成型，使得在各工程项目的进度上均取得了不菲的成绩。

3 全自动焊接设备简介

全自动焊接设备主要组成部分为：CRC机械坡口机、内焊机、P260外焊机，P260是传统的CRC-EVANS P200的功能性升级，它的系统提供恒定的焊接参数和质量控制，焊机有导电嘴至熔池的跟踪功能以保证导电嘴与熔池之间有恒定工作距离。P600外焊机，它是两个独立焊枪互联工作的新一代外焊机。其中：根焊设备：CRC EVANS/IWM自动内焊机配相适应直流焊接电源。热焊：CRC EVANS/P260自动外焊机配相适应直流焊接电源。填充、盖面设备：CRC EVANS/P600自动外焊机配相适应直流焊接电源。

4 全自动焊接施工措施

长输管道全自动焊接施工部分一般包括以下工序流程：管口组对及内焊打底一体的方式P260热焊P600双焊枪填充P600双枪排焊盖面。考虑到全自动焊接采用的流水线焊接流程，从打底热焊填充一二填充三四排焊盖面，其中配备相应的打底内焊机设备、热焊设备及焊棚、填充焊棚、盖面焊棚，每个焊棚为一组，每组配两名电焊工。在引进全自动焊技术之后，施工过程中根据实际情况改进的施工措施：国外的CRC P600焊接工艺，采用的翻跟头的焊接方式，即在根焊和热焊采用流水作业完成后，后面的每组焊工完成从填充一至盖面的所有工序。但是国内由于受到作业带宽度的限制，每台设备只能按前后顺序行走，因此结合实际情况对施工工序进行改进，每组电焊工只进行专一的填充或盖面的施工，避免了在翻跟头时超占作业带。但为了避免出现其他影响生产的状况，我们对每一个电焊工都要求对每层焊接工序的技术都进行了掌握。至此，在西三线二标段全自动焊接机组在较短时间里累计完成主线路焊接30km，虽然由于新疆高原风大、温差大等不利环境因素对全自动焊接效率有较大影响，但是新疆地貌平坦适宜于全自动的焊接，使其为后续施工工序的快速开展创造了极有利的条件。

5 推广应用及前景预测

（1）推广应用。CRC P600自动焊技术在西气东输二线管道工程取得成功后，在西气东输支线路及西气东输三线工程上又再次对该技术进行了推广应用。同时西气东输三线二标段引进了新型下沟设备―德国菲茨吊篮，经过磨合使用后，每天最多可进行12口径管道下沟3 km以上，保证了西三线管道工程的施工进度，为后续施工工序的快速开展奠定了坚实的基础。（2）应用前景。CRC P600双焊枪全自动焊接技术通过在西气东输二线、西气东输三线等国家重点工程施工现场的使用，目前人员技术水平、设备磨合情况等都已趋于稳定，焊接速度在管材供应充足、地势平坦的情况下，每天平均可焊接50道口以上，无损检测合格率能保证达到95%以上，确定了全自动焊接技术的应用取得的成功，今后可以在其他大口径长输管线上推广应用。目前西气东输三线工程（与二线同管径、同管材、同路由）已将完成，西气东输四线等后续大口径天然气长输管道也在筹划中，管线沿途地形多平坦适宜全自动焊接，因此近几年的管道施工任务将非常饱满，CRC P600全自动焊接技术大有用武之地。同时结合吊篮在平坦地段下沟才能够实现最优下沟速度的特点，全自动焊接技术也需要在具备类似施工条件下才能达到最优焊接速度，因此全自动焊接技术和吊蓝下沟的双高效化结合也将成为趋势，并将逐渐得到广泛应用，从而使得长输管道工程的施工能够更高效进行。所以，全自动焊接技术及吊篮下沟在接下来的管道施工中必将展示其令人满意的成效。

总之，应用CRC全自动焊接技术，有效的解决了西三线西段二标段任务重、工期紧的难题。满足了业主对施工进度和质量、健康、安全、环保的要求。

自动焊接范文第5篇

关键词： PLC； 空间曲线； 机械臂； 焊接； 定位精度

中图分类号： TN609?34 文献标识码： A 文章编号： 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

近年来，随着科技的全面进步，机械臂的设计也得到了突飞猛进的发展[1?2]。新一代焊接设备也均采用较为先进的视觉呈现方法对焊缝进行自动检测和自动跟踪[3?4]，同时采用了更先进的控制算法控制焊接过程以达到较高的精度；然而焊接过程中软硬件设计极其复杂，设备成本较高，很难满足中小型企业的需求[5?6]，因此有必要研究分析自动焊接机降低成本、同时控制较高精度的空间曲线自动焊接。

本文在空间直角坐标系建模，基于西门子S7?300着重考虑焊接过程中焊接接头空间轨迹求解和定位精度，设计了不规则空间曲线自动焊接设备的焊接方案。机械臂轨迹上采用常用定时插补算法，驱动单元上采用伺服电机实现高精度闭环控制。通过焊接系统设计分析然后进行焊接试验，以期为自动焊接发展提供可靠的理论指导。

1 控制系统组成

该系统通过串行口RS 232把S7?300 PLC与示教盒相连接，以接收示教信息；同时示教数据被存储到存储器中，完成焊接示教动作。操作员通过直观的上位机画面观察焊接工作状况，设置焊接机械臂的切向运动速度和轴向送丝速度，修正示教数据并显示故障原因等信息。

采用S7?300 PLC实现下位机数据的采集、计算、存储、故障诊断、输出等功能。其中采用CPU 314C?2 DP作为焊接机控制系统处理器，该处理器集成的特殊功能有：最大频率60 kHz的4通道高速计数器，可测频率最大60 kHz的4通道频率测量，最高输出频率2.5 kHz的4通道脉冲宽度调制输出及1路位置控制和PID闭环控制[7]。电路包括FM354伺服电机定位模块及其附属电路，主要完成相关执行器的闭环输出控制，焊接系统简化框图如图1所示。

2 软件系统设计

本系统软件设计采用结构化和模块化设计，主要有初始化、示教程序、轨迹插补计算、相关数据的采集与输出等子程序，每一部分通过许多功能模块构成。

初始化主要用于完成显示器初始化、串行接口初始化、定时器初始化、反馈计数器初始化、FM354模块初始化以及存储器数据清零等。

操作员利用示教盒通过示教程序对机械臂进行编程，使机械臂完成预期的焊接动作，并按顺序存储示教的空间坐标数据。系统软件流程图如图2所示。

3 软件算法设计及定位问题解决方法

该算法采用定时中断方式，每隔时间间隔[T]后中断一次，进行一次插补，同时计算一次逆向运动学，输出一次给定值。为保证焊接过程的平稳（焊接接头不抖动），将时间间隔[T]设置较小，同时由于机械臂机械特性限制了时间间隔[T]的上限值25 ms（40 Hz），显然[T]越小越好，然而计算量的大小又限制了它的下限值，即CPU要在[T]时间里完成一次插补运算、一次直线和圆弧的逆向运动学计算以及两次闭环比例?积分运算。CPU的浮点运算时间是15 μs，总运算时间约为8 ms。这就产生了[T]的下限值。定时器分辨力为10 ms，CPU还要执行输入输出、故障诊断等任务，这里设置[T]值为15 ms。

系统采用FM354伺服电机定位模块控制伺服电机的转矩。通常伺服控制器有三种控制方式，分别为脉冲控制方式、电压控制方式和转矩控制方式。FM354只能使用电压控制方式，所以在焊枪的角度上采用基于电压控制的伺服电机。考虑到摆动电机是基于模拟量控制，在以S7?300 PLC为控制核心的基础上，引入FM354伺服电机定位模块来精确控制摆动电机的角速度，采用这种独立定位模块减轻了主控制器CPU的运算量，降低了PLC扫描的周期，从而在整体上改善了控制精度。系统原理图如图3所示。

为了在保持精度的同时简化硬件复杂度，在焊枪高度和长度上采用基于PLC?300的闭环控制系统。通过编码器精确测量电机的转速，并与给定转速进行PI运算，用PWM脉冲控制伺服电机的转速。系统原理图如图4所示。

4 试验过程及结果分析

为了验证系统的可行性及可靠性，对设计的PLC控制空间曲线焊接系统进行试验，通过对空间T型接头进行激光焊接来检验焊接接头定位精度及机械臂定时插补算法是否能够满足要求。

该试验焊接机械臂及操作试验台如图5所示。

基于西门子S7?300型PLC进行焊接试验，焊接过程中焊接速度设为3 500 mm/min，焊接功率为10 000 W。考虑到焊接收尾效应，在设计焊接轨迹引出段的焊接工艺参数时，降低焊接速率和焊接功率，直至焊接结束。焊接试验结果如图6所示。观察图6焊接结果可以明显看出，该系统很好地完成了空间不规则曲线激光自动焊接，同时焊缝平整光滑，该系统的可行性及可靠性达到了预期结果。

采用激光干涉仪检测焊接过程中机械臂[z]轴精度，验证焊接定位精度及定时插补算法等是否能够满足要求，检测结果如图7所示。图7为焊接过程中[z]轴精度，从图中可以看出定时插补算法的加入使得[z]轴的定位精度达到了0.009 mm，重复精度约为0.005 mm，该组数据表明，所设计系统能够对焊接机械臂各个轴进行高精度的定位控制，插补算法设计完全满足激光焊接定位精度的要求。

5 结 论

本文研究了以S7?300为核心的不规则空间曲线自动焊接系统，该系统具有操作简单、维护方便、易于功能的拓扑与调试等优点。同时，示教盒也提供了一种简单、快捷、准确的焊接示教方案；软件算法上采用了定时插补算法、闭环控制方案以保证定位精度与焊接质量。

对设计的PLC控制空间曲线焊接系统进行试验，分析焊接定位精度及机械臂定时插补算法等能否满足焊接精度。焊接结果表明，该系统完美地完成了空间不规则曲线激光自动焊接，同时焊缝平整光滑，焊接可行性及可靠性达到了预期结果。同时能够对机械臂进行高精度的定位控制，完全满足激光焊接定位精度的要求。

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