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摘 要：目前焊接材料复验过程全程采用人工操作，本文提出一种较为方便的仿人工焊条自动焊接装置，采用旋转焊条刮擦引弧的方式避免焊条起弧阶段的粘黏母材并实现模拟手臂的弧摆焊接，实现焊条电弧焊平焊焊接工艺的自动化。
关键词：焊条;旋转;自动焊
Abstract： At present， the whole process of welding material re-inspection adopts manual operation. This article proposes a more convenient artificial welding electrode automatic welding device， which adopts the method of scratching the arc with the rotating electrode to avoid the sticking of the base material in the arc starting stage of the electrode and realize the arc of the simulated arm Oscillating welding realizes the automation of the welding process of electrode arc welding and flat welding.
前言
焊条电弧焊是一种最为广泛的焊接方式，在现场材料采购阶段一般需要对焊接质量进行评估和验收，焊材复验是一种较为普遍的验收方式。现阶段焊条电弧焊主要采用手工焊接的方式进行，对于焊接材料复验及精准控制焊接参数的工艺试验，其主要存在焊工焊接环境差，焊接工艺参数控制精度不高，无法满足对焊接质量过程控制的精确参数控制，影响焊接工艺质量的分析。天津大学提出了一种基于PLC控制平台的焊条自动平焊装置，焊条自动平焊装置存在焊接起弧阶段焊条粘丝的缺点，基于基于PLC控制平台存在搭建系统硬件成本高，不便于施工企业焊接操作工使用和维护[1]。
1 旋转自动焊接装置组成
旋转自动焊接装置是采用直线模组作为运动机构，使用直流电机作为驱动单元，整个装置由5个部件组成，装置操作台;焊接工件放置平台，方向与装置X轴方向平行;焊条运动机构，主要通过直线模组和旋转机构实现焊接起弧旋转、焊接过程焊条送给、焊接方向的功能;电气控制箱，包含电机控制电路模块，实现对X、Y、Z轴电机及旋转电机的逻辑电路控制，电机参数设置、弧压跟踪电路和限位电路;手控盒，实现装置的焊条位置调节及启停。
2旋转自动焊接装置控制方法
装置采用简单的电路设计，设计原理图如涂所示。当人工操作时，在模拟取样信号电路预设工作指标后，启动按下AN1启动按钮，主控制器按预先设置好的程序开始工作，信号检测电路开始检测的是焊接空载电压为高电位，这时向驱动电路发出一个运行信号，驱动电路控制Z轴电机运转带Z轴运动模组执行向下运动，焊条从起始位置（起始位置按照不同规格焊条由储存电路保存不同位置，不同规格焊条在不同起始位置时，焊条前端距离工件10-20mm，节约焊条起弧下降时间和更换焊条时间）向工件缓缓运动，Z轴电机驱动电路是由电子高速开关管组成的无触点正、负、换向输出器。Z轴电机在驱动的同时，控制系统发出信号驱动焊条旋转电机开始工作，旋转速度可按照焊接预设参数进行调节，当焊条前端接触到工件瞬间，焊接电压短路，信号检测取样电压信号为零，伺服调控电路立刻发出快速反转信号到Z轴电机驱动器，Z轴电机开始高速反转回抽焊条，并通过旋转焊条形成模拟人工刮擦效果，使焊条与焊接件触发引起电弧;当引弧成功后，焊條开始快速燃烧，这时焊条与工件形成电弧电压，产生的电弧电压再次输入到信号检测电路里，与焊前预设置的焊接预设电压进行比较，通过模拟焊接过程信号储存的反馈信号，输出合理的控制信号到伺服调控电路，驱动Z轴电机执行动态调节控制运动，实时保证焊接电压的稳定性。
当正常焊接焊条燃烧到设置的长度时，机械部分触发限位器，限位器信号传至JK1，通过程序电路终止焊接工作，并开始机械和电子程序控制全部复位待机，焊条夹具返回至起始位置，等待下一次触发。
旋转电路有独立控制按钮，引弧后可以根据需要设置关闭焊条旋转电路。
在焊接过程中按动AN2按钮，触发E程序设置电路，信号传至C伺服调控电路发出控制信号，D电机驱动电路控制电机反向快速回抽，焊接电弧熄灭，防止工件上出现弧坑，焊接停止。
3旋转自动焊接装置使用效果
旋转焊条自动焊接装置用于安装工程焊接材料复验生产中，完全达到了焊条复验工艺的技术和要求，设备操作方便简单，大大降低了焊工的施工强度，改善施工人员劳动环境，复验焊接工艺参数稳定性明显提高，焊材复验数据的可靠性得到保障，为企业创造了良好的经济效益和社会效益。
4装置技术特点
4.1自动抽送焊条功能
旋转自动焊接装置根据不同长度和焊条直径进行系统设置，焊接完成设定长度焊条，Z轴电机自动复位至起点，便于焊条的及时更换，焊接过程中可以人工进行实时控制。
4.2自动弧压跟踪功能
旋转自动焊接装置根据预设焊接电压值进行弧压跟踪，在工件表面不平整时可以控制焊接参数的稳定，控制原理如图3所示，当引弧成功后，焊条开始快速燃烧，这时焊条与工件形成电弧电压，产生的电弧电压再次输入到信号检测电路里，与焊前预设置的焊接预设电压进行比较，通过模拟焊接过程信号储存的反馈信号，输出合理的控制信号到伺服调控电路，驱动Z轴电机执行动态调节控制运动，实时保证焊接电压的稳定性。从而保证焊接质量。
4.3焊条旋转功能
通过旋转焊条，避免焊条短路起弧阶段由于短路形成的焊条粘黏工件而停止工作。同时实现焊缝熔池搅拌，从而使熔池气体及时溢出，从而提高焊接质量。通过安装不同偏心焊条夹具实现模拟人工的焊条摆动焊，实现宽坡口的焊接作业。
4.4模拟伺服调节功能
采用直流电机，设计模拟控制电路实现在启弧时间段焊条慢速下落至轻微刮擦引弧，引起电弧后高速回抽或提升焊条达到预设置的焊接位置。确保焊条与工件不粘连，当完成起弧后焊条快速反向补偿回送并维持动态调整维持弧焊电压稳定，保证电弧稳定和焊缝质量。
4.5 良好的经济性
旋转自动焊接装置使用简单的电子元件，节约了装置硬件的投入成本，同时避免了复杂的PLC控制带来的控制系统开发成本，具有较好的设备经济性。
5结论
（1）采用旋转焊条起弧的方式可以有效避免焊条起弧阶段与工件的粘粘问题，提高焊条起弧成功率。
（2）旋转焊条起弧装置结构简单，控制硬件集成简单，装置功能满足焊条平焊焊接要求，达到焊接材料复验要求。
参考文献：
[1]任成龙，申俊琦，程方杰，胡绳荪.一种焊条自动平焊装置：中国，CN103223546A，2013-07-31.
作者简介：
赵飞（1987-）男，贯籍：陕西宝鸡，民族：汉，学历：本科，职称：工程师，研究方向：焊接设备。
（中国核工业第五建设有限公司，上海 201512）
关键词：焊条;旋转;自动焊
Abstract： At present， the whole process of welding material re-inspection adopts manual operation. This article proposes a more convenient artificial welding electrode automatic welding device， which adopts the method of scratching the arc with the rotating electrode to avoid the sticking of the base material in the arc starting stage of the electrode and realize the arc of the simulated arm Oscillating welding realizes the automation of the welding process of electrode arc welding and flat welding.
前言
焊条电弧焊是一种最为广泛的焊接方式，在现场材料采购阶段一般需要对焊接质量进行评估和验收，焊材复验是一种较为普遍的验收方式。现阶段焊条电弧焊主要采用手工焊接的方式进行，对于焊接材料复验及精准控制焊接参数的工艺试验，其主要存在焊工焊接环境差，焊接工艺参数控制精度不高，无法满足对焊接质量过程控制的精确参数控制，影响焊接工艺质量的分析。天津大学提出了一种基于PLC控制平台的焊条自动平焊装置，焊条自动平焊装置存在焊接起弧阶段焊条粘丝的缺点，基于基于PLC控制平台存在搭建系统硬件成本高，不便于施工企业焊接操作工使用和维护[1]。
1 旋转自动焊接装置组成
旋转自动焊接装置是采用直线模组作为运动机构，使用直流电机作为驱动单元，整个装置由5个部件组成，装置操作台;焊接工件放置平台，方向与装置X轴方向平行;焊条运动机构，主要通过直线模组和旋转机构实现焊接起弧旋转、焊接过程焊条送给、焊接方向的功能;电气控制箱，包含电机控制电路模块，实现对X、Y、Z轴电机及旋转电机的逻辑电路控制，电机参数设置、弧压跟踪电路和限位电路;手控盒，实现装置的焊条位置调节及启停。
2旋转自动焊接装置控制方法
装置采用简单的电路设计，设计原理图如涂所示。当人工操作时，在模拟取样信号电路预设工作指标后，启动按下AN1启动按钮，主控制器按预先设置好的程序开始工作，信号检测电路开始检测的是焊接空载电压为高电位，这时向驱动电路发出一个运行信号，驱动电路控制Z轴电机运转带Z轴运动模组执行向下运动，焊条从起始位置（起始位置按照不同规格焊条由储存电路保存不同位置，不同规格焊条在不同起始位置时，焊条前端距离工件10-20mm，节约焊条起弧下降时间和更换焊条时间）向工件缓缓运动，Z轴电机驱动电路是由电子高速开关管组成的无触点正、负、换向输出器。Z轴电机在驱动的同时，控制系统发出信号驱动焊条旋转电机开始工作，旋转速度可按照焊接预设参数进行调节，当焊条前端接触到工件瞬间，焊接电压短路，信号检测取样电压信号为零，伺服调控电路立刻发出快速反转信号到Z轴电机驱动器，Z轴电机开始高速反转回抽焊条，并通过旋转焊条形成模拟人工刮擦效果，使焊条与焊接件触发引起电弧;当引弧成功后，焊條开始快速燃烧，这时焊条与工件形成电弧电压，产生的电弧电压再次输入到信号检测电路里，与焊前预设置的焊接预设电压进行比较，通过模拟焊接过程信号储存的反馈信号，输出合理的控制信号到伺服调控电路，驱动Z轴电机执行动态调节控制运动，实时保证焊接电压的稳定性。
当正常焊接焊条燃烧到设置的长度时，机械部分触发限位器，限位器信号传至JK1，通过程序电路终止焊接工作，并开始机械和电子程序控制全部复位待机，焊条夹具返回至起始位置，等待下一次触发。
旋转电路有独立控制按钮，引弧后可以根据需要设置关闭焊条旋转电路。
在焊接过程中按动AN2按钮，触发E程序设置电路，信号传至C伺服调控电路发出控制信号，D电机驱动电路控制电机反向快速回抽，焊接电弧熄灭，防止工件上出现弧坑，焊接停止。
3旋转自动焊接装置使用效果
旋转焊条自动焊接装置用于安装工程焊接材料复验生产中，完全达到了焊条复验工艺的技术和要求，设备操作方便简单，大大降低了焊工的施工强度，改善施工人员劳动环境，复验焊接工艺参数稳定性明显提高，焊材复验数据的可靠性得到保障，为企业创造了良好的经济效益和社会效益。
4装置技术特点
4.1自动抽送焊条功能
旋转自动焊接装置根据不同长度和焊条直径进行系统设置，焊接完成设定长度焊条，Z轴电机自动复位至起点，便于焊条的及时更换，焊接过程中可以人工进行实时控制。
4.2自动弧压跟踪功能
旋转自动焊接装置根据预设焊接电压值进行弧压跟踪，在工件表面不平整时可以控制焊接参数的稳定，控制原理如图3所示，当引弧成功后，焊条开始快速燃烧，这时焊条与工件形成电弧电压，产生的电弧电压再次输入到信号检测电路里，与焊前预设置的焊接预设电压进行比较，通过模拟焊接过程信号储存的反馈信号，输出合理的控制信号到伺服调控电路，驱动Z轴电机执行动态调节控制运动，实时保证焊接电压的稳定性。从而保证焊接质量。
4.3焊条旋转功能
通过旋转焊条，避免焊条短路起弧阶段由于短路形成的焊条粘黏工件而停止工作。同时实现焊缝熔池搅拌，从而使熔池气体及时溢出，从而提高焊接质量。通过安装不同偏心焊条夹具实现模拟人工的焊条摆动焊，实现宽坡口的焊接作业。
4.4模拟伺服调节功能
采用直流电机，设计模拟控制电路实现在启弧时间段焊条慢速下落至轻微刮擦引弧，引起电弧后高速回抽或提升焊条达到预设置的焊接位置。确保焊条与工件不粘连，当完成起弧后焊条快速反向补偿回送并维持动态调整维持弧焊电压稳定，保证电弧稳定和焊缝质量。
4.5 良好的经济性
旋转自动焊接装置使用简单的电子元件，节约了装置硬件的投入成本，同时避免了复杂的PLC控制带来的控制系统开发成本，具有较好的设备经济性。
5结论
（1）采用旋转焊条起弧的方式可以有效避免焊条起弧阶段与工件的粘粘问题，提高焊条起弧成功率。
（2）旋转焊条起弧装置结构简单，控制硬件集成简单，装置功能满足焊条平焊焊接要求，达到焊接材料复验要求。
参考文献：
[1]任成龙，申俊琦，程方杰，胡绳荪.一种焊条自动平焊装置：中国，CN103223546A，2013-07-31.
作者简介：
赵飞（1987-）男，贯籍：陕西宝鸡，民族：汉，学历：本科，职称：工程师，研究方向：焊接设备。
（中国核工业第五建设有限公司，上海 201512）