MIG/MAG堆焊非水平工件區(qū)域的自動(dòng)調(diào)高研究

郭海青，牛志剛

(1.太原理工大學(xué)，山西　太原　030024； 2.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西　長(zhǎng)治　046011)

0　引言

堆焊是用電焊或氣焊法把金屬熔化并堆在工具或機(jī)器零件上的焊接法，通常用來(lái)修復(fù)零件磨損和崩裂部分，它作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門零件的制造修復(fù)中。常見(jiàn)的堆焊方法包括焊條電弧堆焊、鎢極氬弧焊堆焊、熔化極氣體保護(hù)焊堆焊、埋弧焊堆焊、電渣堆焊等。本文主要通過(guò)控制熔化極數(shù)控堆焊機(jī)焊槍頭，根據(jù)工件的凹凸特性實(shí)現(xiàn)焊槍頭的自適應(yīng)升降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控熔化極氣體保護(hù)堆焊在非平面區(qū)的焊接。

1　調(diào)高的意義

用熔化極氣體保護(hù)焊在非平面區(qū)域堆焊時(shí)，需要在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接區(qū)域與焊槍運(yùn)行平面的狀態(tài)并予以評(píng)價(jià)。當(dāng)工件平面和焊槍運(yùn)行平面平行時(shí)，此狀態(tài)評(píng)價(jià)為水平；工件平面和焊槍平面不平行，沿運(yùn)行進(jìn)給方向看，呈爬坡?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)為凸，呈下坡?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)為凹。當(dāng)焊接區(qū)域狀態(tài)呈現(xiàn)為凹凸?fàn)顟B(tài)時(shí)，焊槍頭就需要升高或降低以保持焊槍和工件的高度差一致，防止碰撞焊槍頭并保證良好的焊接質(zhì)量。

2　焊接區(qū)域狀態(tài)檢測(cè)傳感器

為處理以上問(wèn)題，我們就需要針對(duì)焊接區(qū)域的凸凹狀態(tài)及控制精度要求設(shè)計(jì)專用的焊接區(qū)域狀態(tài)檢測(cè)傳感器(如圖1所示)，傳感器由相距40 mm且具有一定高度差(高度差可調(diào)整以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)控制精度)的兩個(gè)機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)組成，在運(yùn)行中收集接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀況，斷開(kāi)信號(hào)狀態(tài)記為0，閉合信號(hào)狀態(tài)記為1。

3　焊接區(qū)域狀態(tài)提取及信息化處理

在焊接時(shí)，如果兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)皆斷開(kāi)，狀態(tài)為0，則該焊接區(qū)域就認(rèn)為是凹狀態(tài)；兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)皆斷開(kāi)，狀態(tài)為1，該焊接區(qū)域就認(rèn)為是凸?fàn)顟B(tài)；如果,接近開(kāi)關(guān)SQ2的狀態(tài)為0，接近開(kāi)關(guān)SQ1的狀態(tài)為1，該焊接區(qū)域被認(rèn)為是水平狀態(tài)。焊接區(qū)域狀態(tài)信息真值表如表1所示。

1-接線柱；2-動(dòng)合觸頭；3-高度調(diào)節(jié)外導(dǎo)套；4-萬(wàn)向球碗；5-復(fù)位彈簧定位板；6-傳感器外殼；7-復(fù)位彈簧；8-調(diào)節(jié)鎖緊裝置；9-萬(wàn)向球

狀態(tài)凹平滑凸示值(SQ1/SQ2)001011

4　自動(dòng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)

4.1　硬件設(shè)計(jì)

我們用傳感器、主控PLC和焊槍頭升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)硬件控制回路，如圖2所示。本文所選擇的PLC是DVP32EH3，供電為AC220 V，S/S為公共端，本設(shè)計(jì)中使用的是共陰極輸入；焊槍頭升降系統(tǒng)由DCH-205M步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和兩相130BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)組成，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為AC85 V交流供電，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線方式為共陽(yáng)極脈沖+方向控制。

4.2　自動(dòng)調(diào)高程序設(shè)計(jì)(僅顯示調(diào)高部分)

焊接區(qū)域狀態(tài)傳感器動(dòng)合觸頭SQ1對(duì)應(yīng)PLC的軟元件X0，動(dòng)合觸頭SQ2對(duì)應(yīng)軟元件X1，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器脈沖輸入端對(duì)應(yīng)軟元件Y1，方向輸入端對(duì)應(yīng)軟元件Y2。PLC梯形圖如圖3所示。

圖2　硬件控制回路

控制過(guò)程如下：在00狀態(tài)時(shí)，PLC中的X0、X1皆處于斷開(kāi)狀態(tài)，YI、Y2接通及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器脈沖端及方向端全得電，電機(jī)開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動(dòng)焊槍下降；在10狀態(tài)時(shí)，PLC中的X0處于閉合，而X1處于斷開(kāi)狀態(tài)，Y1、Y2皆不得電，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，焊槍停止下降，執(zhí)行平面軌跡實(shí)施堆焊；在11狀態(tài)，Y1得電，電機(jī)開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)焊槍上升。在整個(gè)控制過(guò)程中，根據(jù)焊接區(qū)域狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)變化，電機(jī)處于自適應(yīng)運(yùn)行控制中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊槍的自適應(yīng)調(diào)高。

圖3　PLC梯形圖

5　結(jié)束語(yǔ)

本文討論了數(shù)控熔化極氣體保護(hù)焊在實(shí)施非水平面類工件堆焊過(guò)程中的自適應(yīng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)。選擇機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)并進(jìn)行有效的組合設(shè)計(jì)而成的區(qū)域狀態(tài)傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價(jià)格低廉，能夠盡可能地安裝在焊接部，真實(shí)地反映焊接區(qū)的凹凸?fàn)顟B(tài)，配以PLC自動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)感知并根據(jù)感知狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整焊槍高度，保證焊接過(guò)程高可靠性自動(dòng)運(yùn)行，極大地提高了堆焊效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。