礦用智能焊接技術及裝備探究范文

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摘要：針對國內礦用鋼筋鋼帶焊接成型效率低、質量差、勞動強度大、安全系數低的問題，論文以礦用鋼筋焊接為對象，研究鋼筋的調直、上料焊接和落料智能焊接技術，電阻壓焊的焊接質量均勻性采用“兩次調直＋距離緩沖＋速度步進伺服控制”智能控制技術，研究“電阻壓力焊＋雙電源獨立串聯供電模式”的焊接工藝，研究全自動鋼筋鋼帶焊接技術及裝備（包括調制切斷機、全自動鋼筋鋼帶焊接機、全自動鋼筋鋼帶焊接機），實現自動鋼筋鋼帶智能焊接的外觀規整一致性，滿足焊接點的穩定性及焊接抗剪標準滿足技術要求，并形成一套完整的礦用鋼筋鋼帶智能焊接生產工藝，為其他礦用鋼筋鋼帶焊接技術的升級應用提供借鑒。

關鍵詞：智能焊接；鋼筋鋼帶；電阻壓焊；焊接工藝

現代化煤礦建設的焊接需求量很大，但目前焊接裝備生產勞動強度較大，生產效率較低，焊接質量差，同時在人工焊接過程中產生有害電焊煙塵，對員工的健康具有較大危害。現在已有自動控制的電阻焊機、鋼筋矯直剪切機等裝置［1］，并逐漸應用于自動生產設備中，技術相對成熟。但市場至今卻無礦用鋼筋鋼帶類產品的智能焊接技術、設備及完整的焊接工藝，鋼筋鋼帶的生產全部由人工焊接來完成。為了減少人員的投入，降底生產成本，同時減輕工人勞動強度，提高員工工作環境的舒適度，提高產品質量，研究智能鋼筋鋼帶焊接機技術及裝備具有重大意義。

1礦用鋼筋鋼帶智能焊接技術研究

鋼筋鋼帶智能焊接的基本特點是［1］鋼筋的調直、上料焊接和落料工序可全部實現智能化；各工位送料速度同步，并與焊接速度及出料速度具有協調一致性。供電單元為手持單元、位移計數編碼器、傳感器、信號處理單元、主控單元、長料上料控制單元、短節上料控制單元、焊接系統控制單元等供電單元。當系統啟動時，手持單元、位移計數編碼器及傳感器信號經信號處理單元進行處理，發送給主控單元，主控單元按照預設程序向長料上料控制單元、短節上料控制單元、焊接系統控制單元等發送控制信號，繼而實現鋼帶連續生產。生產線工作過程由程序自動控制［2，3］，采用PCC和PLC編程智能控制。PMAC對接收到的信號進行解碼，啟動長料上料控制、短節上料控制、焊接系統控制、鋼帶整形及下料、短節下料和出料控制程序。

2礦用鋼筋鋼帶智能焊接控制系統研究

該系統是各個裝置通過主控系統統一控制，實現鋼筋鋼帶智能連續化生產。該控制系統由長料調直及步進送料裝置，短節上料裝置，電阻壓焊焊接系統，鋼帶整形、下料及短節下料裝置，成品出料裝置幾部分組成，其中長料調直及步進送料裝置由鋼筋拆卷、調直、同步步進送料幾部分組成；短節上料裝置由短節儲料及托盤上料幾部分組成；電阻壓焊焊接系統由焊接電源、焊接夾頭，水冷系統、控制系統幾部分組成；鋼帶整形、下料及短節下料裝置由鋼帶整形、鋼帶剪切及短節剪切幾部分組成。該系統的工作原理：①鋼筋拆卷后，經一次調直、二次調直，再被滾輪傳送至焊機處。當感應器感應到鋼筋卷拆完時，二次調直機停機，由人工將下一卷鋼筋送入一次調直機，料頭經過調直再由人工用對焊機焊接連接上一卷鋼筋的料尾；②滾輪帶有位移計數編碼器，當鋼筋被送到焊接指定位置時，調直機和滾輪停機，焊好后繼續運轉，到下一個指定位置再停機；③采用電阻焊機一次焊接兩根短節，即形成一個方框（兩根短鋼筋與長鋼筋圍成一個方框）；④鋼帶焊接后經過整形裝置，再被送到剪切機，鋼筋走的位移用位移計數編碼器計算，當鋼筋位移增長到一個鋼帶長度時，即一個鋼帶已為成品，然后剪切機將其切斷后出料；⑤剪切機既可用于剪切鋼帶，又可用于制備短節鋼筋，在焊接前先制備一批短節儲存在送料振動盤中。

3礦用鋼筋鋼帶智能焊接裝備研究

礦用鋼筋鋼帶智能焊接機生產線由長料調直及步進送料裝置；短節上料裝置；電阻壓焊焊接系統；鋼帶整形、下料及短節下料裝置；成品出料裝置幾部分組成。

3.1長料調直及步進送料裝置本調直機處安裝有感應器，感應到料架上鋼筋拆完時其向主控系統發送信號，主控系統發送指令使得二次調直機停機，由人工將下一卷鋼筋送入一次調直機，料頭經過調直再由人工用對焊機焊接連接上一卷鋼筋的料尾。鋼筋調直后采用滾輪傳送，滾輪采用上下兩輪轉動推進，下輪為主動輪，上輪為從動輪。主動輪受步進電機控制驅動，帶有位移計數編碼器，能計算鋼筋前進的位移，并反饋給主控系統，再由主控系統控制電機，其功能是在鋼筋的位移達到設定值時，電機停止驅動，調直機停機，一定時間后繼續驅動，即實現送料速度的控制和調節功能，繼而使得長料的待焊位置準確地被送到焊機下，一處焊完后，滾輪轉動將其下一處待焊位置送到焊機下。從動輪的作用是對鋼筋施加一定的壓力，加快送料速度，其壓力可以控制，位置可以上下微調，使其適用于一定范圍直徑鋼筋的傳送。滾輪傳送裝置傾斜放置即與水平線形成一定的夾角，這是為了讓長鋼筋有一定的微變形，使得短鋼筋容易嵌入。

3.2短節上料裝置自動送料振動盤是一種自動定向排序的送料設備。其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到下道工序。振動盤是一種自動組裝機械的輔助設備，能把各種產品有序排出來，它可以配合自動組裝設備一起將產品各個部位組裝起來成為完整的一個產品。自動送料振動盤主要由料斗、底盤、控制器、直線送料器等配套組成。自動送料振動盤的料斗下面有個脈沖電磁鐵，可以使料斗垂直方向振動，由于彈簧片的傾斜，使料斗繞其垂直軸做扭擺振動。料斗內零件，由于受到這種振動，而沿螺旋軌道上升，直到送到出料口。短節上料裝置包括短節儲料和托盤上料裝置，其中短節儲料是采用送料振動盤。托盤上有兩組間距可調的夾持裝置，其通過電磁鐵原理控制，托盤受程序控制在水平軌道上移動設定尺寸，也可以受液壓或者氣缸驅動上下運動。基本過程：通過剪切機制備的短鋼筋落入底部的送料振動盤中，振動盤移動到托盤處，托盤在計算機控制下可以前后移動設定距離，且有兩個可以調整間距的電磁鐵夾持裝置，托盤前后移動，同時利用振動盤將兩根短節先后送在其上。電磁鐵夾持裝置有兩個檔位，電流較小時為低檔，電流較大時為高檔，用低檔位夾持短節，并用兩板（一個固定板，一個活動板）調整使得兩短節兩頭對齊且處于托盤中心位置，然后高檔夾緊短節，再用氣缸驅動托盤上移至長鋼筋平面后水平移動至焊機處進行焊接。

3.3電阻壓焊焊接系統電阻壓焊焊接系統由焊接電源、焊接夾頭，水冷系統、控制系統幾部分組成。例如兩根短節與長鋼筋形成一個方框，可通過電阻焊機一次焊接一個方框。這樣既提高了生產效率又使得形成的四個接頭質量均勻，也就促使鋼帶的機械性能更好。焊機上裝有傳感器，其功能是感應到托盤上有短料時方可進行焊接。

3.4鋼帶整形、下料及短節下料裝置鋼帶焊接完成后采用整形機碾壓嬌直，再用剪切機將其切斷。剪切機既可用于剪切鋼帶，又可用于制備短節鋼筋，在焊接前先制備一批短節儲存在送料振動盤中。一節鋼帶焊完后應該緊接著焊接另一節，即兩節鋼帶的兩個方框間距很小，必然會造成第二個方框的短節受限制難以嵌入，因此在兩節鋼帶之間設置一定的距離，這段距離的兩根長鋼筋可以剪切成短節。

3.5成品出料裝置出料裝置采用6m長的平板，用輔助支撐。將出料裝置放置于剪切機之后，鋼帶經剪切之后，落在平板上，控制驅動使得平板向長邊一側傾斜，鋼帶下落后平板復位。具有對齊擋板機構，到達設定成品鋼筋打包數量后，可以分開成品鋼筋，進行打包作業，不停機。鋼帶網長度與控制系統聯鎖［3］，能夠實現自動切斷、計數。網片自動收集系統可以根據網片寬度的變化調整接網臂和平齊機構的工作寬度，根據網片長度的變化調整縱向打網，網片停放位置準確，堆放整齊，成垛輸出于線體滾子工作臺，可設定網片堆垛數量，對齊高度為350mm。

4礦用鋼筋鋼帶智能焊接工藝研究

要得到完美的焊縫成型和優良的接頭質量，除了提高系統設備的性能外，焊接工藝方法及參數也是關鍵性的因素。進行焊接工藝的研究是一項重要內容。電阻壓焊是將工件壓緊于兩電極之間，利用電流在工件接觸面及鄰近區域的電阻上產生熱量，并將其加熱至熔化或塑性狀態，然后迅速施加頂鍛壓力（或不加頂鍛壓力只保持焊接時壓力）完成焊接的方法。典型的焊接工藝參數需通過試驗反復摸索得到，鋼筋鋼帶焊接接頭的質量須得到均勻性控制。主要的工藝參數包括焊接電流、壓力、通電時間。焊接電流是產生電阻熱［10］（Q＝I2Rt）的重要因素，電流過小時，焊接部位熱量不足，嚴重影響焊點強度；電流過大時，焊接部位變形，熔融金屬噴濺，易產生氣泡。加壓力可使焊接部位阻值均勻，防止局部加熱，也使得工件之間充分接觸，有利于焊接結合。加壓力過小時，容易發生熔融金屬噴濺，產生氣泡、裂痕等現象；加壓力過大時，接觸電阻將減小，融合不良，也會影響焊點強度。通電時間較長時，熱量損失較大，材質會發生變化；通電時間過短時，焊接不充分，焊點的強度較差。

5結論

礦用智能焊接技術及應用研究，可以實現以下幾個方面的提升：1）礦用鋼筋鋼帶智能焊接裝備的應用可以提高焊接質量。由于智能焊接過程各焊接參數相對穩定，焊接參數變化受認為的影響因素少，焊縫成型美觀，因此焊接質量較手工焊接要高且穩定。2）礦用鋼筋鋼帶智能焊接裝備的應用可以提高生產效率，相應地增大了經濟效益。本文討論的采用的電阻壓焊焊接其本身生產效率比手工焊接要高，同時智能焊接為一連續過程，因此其生產效率要比手工焊接高。3）礦用鋼筋鋼帶智能焊接裝備的應用可以降低焊工的勞動強度。全自動鋼筋鋼帶焊接生產線是鋼筋的調直、上料焊接、落料工序全部采用智能焊接，不需要焊工進行焊接操作，其勞動強度大為降低。

參考文獻：

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作者：羅宇 單位：神華神東煤炭集團公司