埋弧焊機(jī)維修與設(shè)備功能的拓展應(yīng)用

蔣應(yīng)田，金 坦，蔣常銘，顏?zhàn)釉疲?凱，郭繼強(qiáng)

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113001；2.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州730050；3.蘭州理工大學(xué)材料學(xué)院，甘肅蘭州730050）

埋弧焊機(jī)維修與設(shè)備功能的拓展應(yīng)用

蔣應(yīng)田1，金 坦1，蔣常銘2，顏?zhàn)釉?，宋 凱1，郭繼強(qiáng)3

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順113001；2.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州730050；3.蘭州理工大學(xué)材料學(xué)院，甘肅蘭州730050）

針對高校焊接實(shí)驗(yàn)室埋弧自動焊機(jī)在長期使用后出現(xiàn)的行走小車減速器和導(dǎo)電嘴故障現(xiàn)象，分析小車行走減速器產(chǎn)生故障的原因，排查故障點(diǎn)，詳細(xì)介紹了故障的維修技巧。針對焊機(jī)原有的滾輪式導(dǎo)電嘴磨損嚴(yán)重導(dǎo)致與焊絲接觸不良，借鑒二氧化碳導(dǎo)電嘴的特點(diǎn)將其設(shè)計改造為滿足直徑3.0 mm焊絲的導(dǎo)電嘴，確保了焊接電流的穩(wěn)定，經(jīng)實(shí)踐證明改造是成功的，可以滿足使用要求。同時，針對埋弧焊機(jī)具有下降的外特性，利用埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊條電弧焊，并通過實(shí)踐證明這些方法的可行性和有效性，為埋弧焊機(jī)的使用積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

埋弧焊；蝸輪蝸桿減速器；導(dǎo)電嘴改造

0 前言

埋弧自動焊是機(jī)械化的常用弧焊方法，具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、工人操作簡單、勞動強(qiáng)度低和勞動條件好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大型機(jī)械制造與安裝企業(yè)。因此，埋弧焊機(jī)及其操作技術(shù)是焊接技術(shù)人員在校期間必修和熟悉掌握的內(nèi)容。但是，作為教學(xué)設(shè)備中的較大類型焊接設(shè)備，埋弧焊機(jī)的使用頻率較低，因此使用年限較長，如某高校的埋弧焊機(jī)自1990年采購以來已有25年的使用歷史。由于該設(shè)備的年使用頻率比較少，導(dǎo)致設(shè)備的保養(yǎng)一直未受到重視，造成該埋弧焊設(shè)備近幾年來出現(xiàn)了不應(yīng)有的故障。在此介紹該設(shè)備出現(xiàn)的故障問題及維修。

1 渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的潤滑不良導(dǎo)致小車行走出現(xiàn)故障

1.1 蝸輪蝸桿減速器減速器結(jié)構(gòu)簡介[1]

蝸輪蝸桿減速器是一種在空間交錯的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的機(jī)構(gòu)，具有單級傳動比大，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，傳動平穩(wěn)、沖擊載荷小、振動、噪聲較小以及可實(shí)現(xiàn)自鎖等特點(diǎn)。其工作原理是利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩。蝸輪蝸桿減速機(jī)有三大基本結(jié)構(gòu)：箱體、蝸輪蝸桿、軸承與軸組合。箱體是蝸輪蝸桿減速機(jī)中所有配件的基座，既是支承固定軸系的部件，也是保證傳動配件正確相對位置并支撐作用在減速機(jī)上荷載的重要部件。箱體材料一般有鋁合金和鑄鐵兩種。蝸輪蝸桿主要作用是傳遞兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力，蝸桿一般為40Cr鋼，采用碳、氮共滲的表面熱處理，且要求精磨后齒面硬度達(dá)到HRC55～62，硬度厚度大于0.5 mm。蝸輪則采用鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅及灰鑄鐵。軸承與軸的主要作用是動力傳遞、運(yùn)轉(zhuǎn)并提高效率。在整個機(jī)構(gòu)中，蝸輪與蝸桿、軸承與軸這兩個運(yùn)動副間存在摩擦現(xiàn)象，需要對該部位進(jìn)行潤滑以減少運(yùn)動副間的摩擦、降低磨損和提高傳動效率，同時借助潤滑液加強(qiáng)傳動過程的散熱。

1.2 埋弧自動焊設(shè)備中蝸輪蝸桿減速器的應(yīng)用[2]

在埋弧自動焊機(jī)中有兩套蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，分別應(yīng)用于送絲系統(tǒng)和小車行走機(jī)構(gòu)。埋弧焊焊接速度一般為30 m/h，驅(qū)動電機(jī)多采用直流伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速在6 000 r/min以上，故減速比在800～1 000，因此一般采用兩級蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 小車行走蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)1—行走電機(jī)；2、5—蝸輪蝸桿；3、6—行走輪；4—離合器；7—離合器手柄。

埋弧焊的送絲系統(tǒng)主要是將φ3～6 mm焊絲自動輸送到電弧焊接區(qū)，包括送絲傳動系統(tǒng)、送絲滾輪和矯直滾輪等。送絲傳動系統(tǒng)如圖2所示，送絲電機(jī)經(jīng)一對圓柱齒輪和一對蝸輪蝸桿組成的減速器減速后帶動一對送絲滾輪。送絲電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，減速機(jī)構(gòu)減速比一般為100～160。

圖2 埋弧焊送絲機(jī)構(gòu)系統(tǒng)1—電動機(jī)；2、7—圓柱齒輪；3—蝸輪蝸桿減速器；4、5—送絲滾輪；6—杠桿。

1.3 小車行走蝸輪蝸桿減速器故障現(xiàn)象及分析

在近20年的應(yīng)用后，焊機(jī)小車導(dǎo)軌附近出現(xiàn)油漬，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備使用的間歇性，油漬的出現(xiàn)并未引起設(shè)備管理人員的重視。在2012年上半年的一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，突然出現(xiàn)小車驅(qū)動停止現(xiàn)象。起初判斷以為是驅(qū)動電機(jī)故障，就對驅(qū)動電機(jī)電路進(jìn)行測試和電機(jī)空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，結(jié)果電機(jī)運(yùn)行正常。由此斷定，問題可能出現(xiàn)在小車行走的機(jī)械傳動部分。在確定是機(jī)械傳動故障后，首先拆卸下減速器，采用人工撥動減速器輸入軸（蝸桿軸），輸出軸能轉(zhuǎn)動輸出，但是明顯感覺輸入阻力大，同時經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)鑄鐵材質(zhì)的減速器箱體底部有兩三處原始鑄造缺陷凹坑，凹坑及箱體底部沾滿油漬。清洗減速器箱體底部和鑄造凹坑的油漬，并將減速器正放置于干凈的白紙上，在停頓一時間后發(fā)現(xiàn)，鑄造凹坑出現(xiàn)油漬。

由此確定，減速器的箱體在長期使用過程中缺陷部位因壁厚減薄導(dǎo)致潤滑油滲漏。由此確定故障原因是減速器箱體底部滲油致使?jié)櫥蜏p少，結(jié)果導(dǎo)致減速器的蝸輪蝸桿摩擦副間摩擦阻力超過了電機(jī)輸出扭矩。

1.4 減速器箱體的維修

在確定原因后，清除減速器箱體底部凹坑部位及其附近油漬，并用修磨機(jī)將凹坑處打磨出金屬光澤，然后采用耐油強(qiáng)力金屬粘接膠將凹坑填滿，經(jīng)固化后在減速器底部進(jìn)一步涂刷耐腐蝕油漆。減速器箱體修理完畢后，將減速器適應(yīng)的潤滑油從減速器注油孔加滿，再次采用人工撥動的方式緩慢撥動減速器輸入軸，使?jié)櫥屯ㄟ^蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動進(jìn)入到運(yùn)動副之間。經(jīng)多次緩慢轉(zhuǎn)動后，在感覺摩擦阻力明顯下降后，將減速器安裝到焊接小車上并接入驅(qū)動電機(jī)，通電試車，一切恢復(fù)。埋弧焊機(jī)行走小車減速器維修后使用三年多，運(yùn)行狀況良好。

2 滾輪式導(dǎo)電嘴熱磨損導(dǎo)致送絲導(dǎo)電故障

埋弧焊的送絲系統(tǒng)是焊機(jī)的重要機(jī)構(gòu)，它對保持焊接過程的穩(wěn)定性以及焊接質(zhì)量十分重要。該部分由電器和機(jī)械兩部分組成，電器部分主要控制送絲電機(jī)的送絲穩(wěn)定和調(diào)節(jié)；機(jī)械部分則是將電機(jī)的動力通過減速機(jī)構(gòu)和壓緊機(jī)構(gòu)傳遞到焊絲上，使焊絲能夠按照焊接需要送入到焊接電弧區(qū)。除此之外，機(jī)械部分還需要一個專用的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)將焊接電纜傳遞過來的焊接電流傳遞到焊絲上。20世紀(jì)90年代以前，國內(nèi)埋弧焊機(jī)使用的焊絲多為非鍍銅焊絲，在焊絲通過導(dǎo)電嘴時，接觸電阻相對較大，為減少導(dǎo)電嘴的損耗，當(dāng)時的導(dǎo)電嘴被設(shè)計成三種結(jié)構(gòu)，分別為滾輪式、夾瓦式和偏心式，如圖3所示。

圖3 埋弧自動焊的導(dǎo)電嘴結(jié)構(gòu)形

該埋弧焊機(jī)的導(dǎo)電嘴采用傳統(tǒng)的導(dǎo)電嘴形式——滾輪式，結(jié)構(gòu)如圖3a所示，由裝在導(dǎo)電板上的兩個耐磨銅滾輪組成，焊接電纜線接在導(dǎo)電板上。為使接觸導(dǎo)電良好，焊絲靠彈簧的張力夾緊在兩個滾輪之間，彈簧張力由螺釘來調(diào)節(jié)。在20多年的使用中，在電弧輻射熱和焊絲干伸的電阻熱以及磨損的綜合作用下，滾輪幾何形狀損壞嚴(yán)重，既影響焊絲的穩(wěn)定送進(jìn)，也影響焊接參數(shù)的穩(wěn)定。由于目前市場上很難采購到滾輪式導(dǎo)電嘴，采用單位自加工時，滾輪的加工消耗原材料多，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜導(dǎo)致加工難度大，加工制作成本高。為保證教學(xué)實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，在參考現(xiàn)行氣保護(hù)焊導(dǎo)電嘴結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將原來的滾輪式導(dǎo)電嘴結(jié)構(gòu)改造為能滿足φ3.0mm焊絲的整體式導(dǎo)電嘴，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。改造后使用表明，焊接規(guī)范穩(wěn)定性顯著提高，焊縫成形良好，且改造加工費(fèi)用不高。

圖4 改造后的導(dǎo)電嘴結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用埋弧焊機(jī)電源進(jìn)行焊條電弧焊的功能拓展

埋弧自動焊在焊接前需要對試板兩端進(jìn)行點(diǎn)固焊，點(diǎn)固焊一般需要采用焊條電弧焊，這就需要在埋弧焊機(jī)附近有一臺焊條電弧焊機(jī)。相對而言，學(xué)校的焊機(jī)使用率較低，為擴(kuò)大使用率，可以采用一機(jī)多用的辦法。由于埋弧焊與焊條電弧焊具有相同的電源外特性，因此完全可以利用埋弧焊電源進(jìn)行焊條電弧焊。

利用埋弧焊電源進(jìn)行焊條電弧焊需要解決一個問題，即埋弧焊機(jī)電源在使用過程中需要進(jìn)行自鎖。對于直流埋弧焊接而言，在正常使用時都要考慮和強(qiáng)調(diào)焊接極性的接法，并且要求接法必須與焊機(jī)控制面板的極性開關(guān)一致，這樣弧壓反饋信號才能進(jìn)入控制器內(nèi)部與焊接電弧給定電壓進(jìn)行疊加后控制送絲速度。如果接法和焊機(jī)控制面板的極性開關(guān)相反，就會出現(xiàn)送絲電機(jī)翻轉(zhuǎn)回抽焊絲現(xiàn)象。但是如果實(shí)現(xiàn)焊機(jī)電源的輸出自鎖，就能滿足焊條電弧焊的使用要求。為了保證送絲電機(jī)及其減速系統(tǒng)不要長期運(yùn)轉(zhuǎn)，可以將控制箱面板上的電弧電壓給定旋鈕調(diào)到最小化，這樣送絲系統(tǒng)基本不轉(zhuǎn)。遼寧石油化工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的埋弧焊機(jī)利用這一方式使用10多年，既節(jié)約設(shè)備，又增加了使用的靈活性。

4 結(jié)論

（1）埋弧焊機(jī)屬于大型焊接設(shè)備，需要專人使用和定期維護(hù)，特別是機(jī)械潤滑系統(tǒng)。

（2）通過改造導(dǎo)電嘴系統(tǒng)，增強(qiáng)焊接規(guī)范的穩(wěn)定性，保證了焊縫成形。

（3）通過簡單的設(shè)置，擴(kuò)大埋弧焊機(jī)的使用，提高了焊機(jī)的利用率。

[1]郭潤蘭，馬蓉.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第1版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013.

[2]姜煥中.電弧及電渣焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

Maintenance and extended application of equipment function for submerged arc welding machine

JIANG Yingtian1，JIN Tan1，JIANG Changming2，YAN Ziyun1，SONG Kai1，GUO Jiqiang3
（1.Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China；2.College of Petrochemical Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；3.College of Materials，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China）

For long using automatic submerged arc welding the reducer of walking car and the nozzle malfunctioned in the university welding laboratory，the reason of the failure and the breakdown point was analyzed，and put forwarded the detailed breakdown maintenance means.Aimed at the poor contact between the roller type nozzle and wire due to the severe wear，and based on analyzing the structure characteristics of the carbon dioxide nozzle，the diameter of nozzle was transformed to 3.0 mm，and then ensured the stability of welding current.At the same time，according to the electrical source output for the submerged arc welding was the decline of external characteristic，the submerged arc welding was expanded to the arc welding.Practice proved that the requirement of using automatic submerged arc welding was fulfilled in the university welding laboratory，and the studies for the expansion of using submerged arc welding accumulated some experience.

SAW；worm and gear reducer；tip retrofit

TG434.4

B

1001－2303（2016）12－0049-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.12.11

獻(xiàn)

蔣應(yīng)田，金坦，蔣常銘，等.埋弧焊機(jī)維修與設(shè)備功能的拓展應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2016，46（12）：49-52.

2015-02-27；

2016-06-26

蔣應(yīng)田（1969—），男，甘肅榆中人，國際焊接工程師，主要從事焊接技術(shù)與工程的研究工作。