中频逆变自动缝焊专机的研制及应用

点击：1780 日期：[ 2014-04-26 22:14:07 ]

中频逆变自动缝焊专机的研制及应用李建存杜江王明辉 (唐山开元自动焊接装备有限公司，河北唐山063020) 摘要：唐山开元自动焊接装备有限公司开发设计的双头自动缝焊专机应用了当今最先进的中频逆变技术，有效地解决了大型厚板及特殊金属材料的密封焊接难题，既提高了焊接质量又节约了电能，具有焊接全自动、操作方便、节能环保等优点。文章从机械部分、焊接系统、电控系统、导电结构等方面介绍了主要机构的设计原理及特点。该设备已在石化换热器生产厂家实际应用。关键词：石化换热器；中频逆变；缝焊机；原理；特点中图分类号：TG438．2 文献标识码：A 文章编号：1001—2206 (2007)04—0059—03 0 引言随着石化换热器等行业的迅速发展，2 mm 以上厚度的不锈钢或钛合金等特殊材料的应用越来越广泛，板片问的焊接密封强度要求越来越高，材料成本的提高对焊接的稳定性提出了更高的要求，要求焊机具有以下功能： (1)无论在焊接参数还是在位置控制上都要做到精确； (2)当焊接过程中出现问题时能及时发现和处理； (3)能对焊接参数进行记录储存，以备日后查询； (4)降低电阻焊接的耗电量。针对这种情况我们进行了专题论证，引进了德国Bosch公司的阻焊中频逆变技术，应用到全自动双头缝焊专机中，制造出了精确稳定、智能控制、节能环保的缝焊设备，得到了用户的高度评价。 1 设备结构组成设备主要由机械定位机构、缝焊机本体、焊接控制系统、电器控制系统、导电机构及冷却系统组成。 2 主要机构的设计原理及特点 2．1 机械部分设备机械部分主要由两台横缝焊接机工作台、压紧横梁和输送小车等构成。设备采用焊机行走方式，缩短了设备长度，减少了占地面积，同时也解决了大型工件不便输送、传动工装不便调整的问题。工作台和工件压紧机构可在宽度方向上自由调节，可适应各种宽度工件的定位要求。工作台上有可升降的托轮支撑机构，使工件可以自由地前进和后退，压紧横梁上的多个气缸可根据需要分别动作，设备调整方便，适应范围广(见图1)。 2．2 焊接系统焊接系统采用当今最先进的德国Bosch逆变控制器和中频变压器，既节约电能又能做到精确的电流控制，焊接规范修改采用软件编程、存储调用的方式，并可进行焊接参数上下限比较控制，且每一条焊缝都能记录焊接数据以便H后查询追溯，这是普通的交流或次级整流焊机所不能比拟的。这种焊接技术更能大大提高不锈钢、钛合金等特殊材料的焊接质量。中频逆变与普通工频原理比较见图2，从图2中可以看出，中频技术的经济性体现在提供对称的电网负载，因而降低了电网成本。中频焊接电流调整是以每秒1 000次的中频(相当于毫秒级的反应速度)来精确控制，是传统工频电阻焊机控制精度的20倍，从而大大提高了焊接质量的稳定性，即使在网压波动±15％情况下，仍可实现焊接电流精度控制在2％，中频逆变与普通工频波形比较见图3，由图3可见，中频技术优化功率参数，节省能源消耗。 2．3 电控系统采用日本三菱公司专为控制领域而开发的FX2N系列可编程序控制器(PLC)及双轴位置控制模块，它具有小型化、高速度、高性能、大容量等特点，在工控领域一体机中它是档次最高的超小型程序控制装置，具有实时时钟和灵活的通讯配置以及完整的特殊功能模块。为减少配线，增强系统的可靠性，采用双PLC控制，CPU间进行RS485通讯，可实现两台焊机的单独操作和同步控制。整套电气系统均采用进口品牌控制元件，使设备运行稳定可靠。操作面板人性化设计，使专机操作更加方便、快捷。人机界面采用触摸屏方式，可方便地预置各种工艺参数，如焊接长度、焊接速度和焊接规范的调用等，设备压力采用模拟量模块加电气比例阀控制，可直观地在屏幕上设置所需压力值，且可随时调节。设备具备单独同步、连续间断、正反向焊接、全焊补焊等多种选择功能，屏幕上同时具有帮助画面、报警信息及相关的实时数据显示，既便于操作又利于维护。设备的行走和焊接过程都是高精度控制，设备的焊轮旋转和焊机行走均采用进口交流伺服驱动，可以实现焊接与行走的完全同步及精确的位置控制。 2．4 导电结构本焊机的导电件均为紫铜，缝焊头的导电轴瓦采用国内外缝焊机最先进的结构—— 银瓦，保证了该缝焊机的优良性能和高水平的焊接质量。 3 设备的性能及特点 3．1 焊接全自动定位机构压紧工件后，只需按下启动按钮，焊机将根据预置的尺寸和焊接参数自动行走到焊接起点进行焊接，中间可自动间断停焊、自动切换规范，直到焊接结束自动让出卸件位置，等待下一次焊接。 3．2 操作方便设备适用工件范围广，板厚O．5～3 mm，长度O～10 m，宽度350～1 300 mm，而其调整却非常方便，只需在工件宽度方向上把工作台和压紧梁调整到相应的尺寸(手轮加丝杠结构)，其他均在操作面板上完成。焊接速度O～8 mm／min连续可调，最大连续焊接电流20 000 A，配备6、8、10 mm等不同厚度的缝焊轮，以满足各种型号板片的焊接要求。 3．3 节能环保焊接采用的是中频逆变加次级整流技术，大大降低了普通交流阻焊机的涡流损耗问题，通过大幅度增加焊接电流的有效值，焊接的功率因数为98％以上，比一般传统的5O Hz SCR电阻焊机高了许多。采用三相均衡负载，不对任何单独一相造成尖峰过载。设备的体积重量比普通工频焊机减少了一半以上_1]。设备的冷却系统全部采用内冷方式，缝焊头和缝焊轮均为内部冷却方式，焊接时无需外部浇水，改变了工人的劳动环境，净化了车间的环境卫生，这是国内一般的缝焊机都不具备的。冷却水源配置两台冷水机，采用循环水，既节约用水量，又能控制出水温度。 4.设备应用该设备在兰州兰石换热设备有限公司，上海板换机械有限公司等石化换热器生产厂家世纪应用，对不同形式的换热器板片(0.7--2mm厚，上度不同的碳钢和不锈钢材料)进行焊接，焊接效果非常好，焊接成型美观且焊接强度极高对两片2mm后不锈钢板片焊接后施加6MPa水压试验，焊接五泄露。第一台设备已连续运行一年，设备性能稳定可靠，且效率高，未发生故障及任何焊接质量问题，得到用户和其合作外商的高度认可。

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