热水器法兰环缝自动焊接机结构设计

热水器法兰环缝自动焊接机结构设计

麻希祥

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【摘要】焊接是一种将材料永久连接，成为具有给定功能的结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万载重吨的巨轮到不足1克的微电子元件，在生产中都不同程度地依赖焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命，以及生产的成本、效率和市场反应速度。

【关键词】自动焊接；提高效率；质量稳定

由于焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用将日益增多。

因此，发展我国制造业，尤其是装备制造业和造船业，必须高度重视焊接技术的同步提高。

1.引言

1.1我国焊接生产的现状[1]

焊接是一种将材料永久连接，成为具有给定功能的结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万载重吨的巨轮到不足1克的微电子元件，在生产中都不同程度地依赖焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命，以及生产的成本、效率和市场反应速度。我国2004年的钢产量达到2.6亿多吨，如果再加上进口的钢材，国内市场流通的钢材总量接近2.8亿吨，成为世界最大的钢材生产国和消费国。目前，钢材是我国最主要的结构材料，在今后20年内，钢材仍将占有重要的地位。

1.2电焊机的发展趋势

焊接是一种现代化的传统加工技术，在21世纪的知识经济时代里是否仍是一种重要的生产手段。这必须从国外的情况来进一步分析。我国是一个发展中国家。还没有完成工业化建设，还需要大力发展制造业，振兴装备制造业。

1.3  CO2气体保护焊的特点

1.3.1  CO2 焊接工艺

CO2气体保护焊是20世纪50年代初期发展起来的一种熔化极气体保护焊方法典型的CO2焊接工艺可概括为:实芯细焊丝配等速送丝系统与平外特性电源、焊丝须含有脱氧剂(如硅、锰联合脱氧等,以减少飞溅、CO气孔和焊缝含氧量)、直流反接、短路过渡。应用场合为薄件碳钢或薄件低合金钢的焊接。从调节原理方面讲,通过调节送丝速度来调节焊接电流,通过调节电源外特性调节电弧电压,也可采取一元化调节方式。

1.3.2 CO2焊接工艺的优点

CO2焊接工艺的突出优点是气体成本低(如西安地区, CO2气体市售价约为20元/瓶,而氩气的市售价约为90 元/瓶) ,并尤为适于薄件的焊接(因为采用短路过渡降低了电弧对母材的热输入) ,其次,具有一般熔化极气体保护焊的优点,诸如生产效率高、明弧、无渣、节能等,此外,抗锈能力强,焊缝含氢量低 。

2. 设备的用途及特点

（1）用途：用于热水器内胆下盖工件胆口法兰部分的自动焊接。

（2）特点：专机采用焊枪固定工件旋转的焊接方式， 焊接电源采用处于国内领先水平的唐山松下YD-350RF2焊接电源，性能稳定可靠。工件回转通过步进电机接行星齿轮减速器实现，焊接速度预先设置，并能在工件焊接结束后带动焊枪快速返回起始点。焊枪进给、退回通过气动系统控制气缸实现。枪调整机构可对焊枪位置、角度进行全方位调整，保证焊接工艺的要求。

专机以三菱可编程序控制器为核心组成自动焊接控制系统。

3.工作原理及工作程序

（1）工作原理

设备采用焊枪固定、工件回转的形式实现自动焊接。

（2）工作程序

手工上件——（按“启动”扭）——提升机构下降（压紧机构压紧工件、焊枪到位）——引弧——焊接（工件旋转）——收弧（工件主轴停止）——提升机构上升——手工取下工件。

5.电机及减速器的选择[

5.1电机的选择

电动机是专门工厂批量生产的标准部件,设计时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括确定类型，结构，容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其具体型号和尺寸。

5.1.1选择电动机类型和结构形式

电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。

电动机类型要根据电源种类（直流或交流），工作条件（温度，环境，空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质，大小和过载情况），启动性能和起动，制动，反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件来确定。

5.1.2选择电动机的容量

电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用；由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。

5.2减速器的选择

5.2.1安装方便采用台湾广用SKY公司PG系列减速器

SKY公司PG系列减速器特点：

⑴行星齿轮的传动介面采用不含保持器之满针滚针轴承，增加接触面积以提高结构刚性及输出扭矩

⑵ 利用3DheliTope的设计分析技术，分别对螺旋齿面作齿形及导程修整，以降低齿轮对啮入及啮出的冲击和噪音，增加齿轮系的使用寿命。

⑶ 齿轮材料选用高级之铬钼钒合金钢经调质热处理至基材硬度30HRc

6.气动系统的设计选型

气压传动与控制技术简称气动技术，是指以压缩空气为工作介质来进行能量与信号的传递，实现生产过程机械化、自动化的一门技术，它是流体传动与控制学科的一个重要组成部分。从广义上看，气动技术范畴，除空气压缩机、空气净化器、气动马达、各类控制阀及辅助装置外，还包括发生装置、真空执行元件以及各种气动工具等。

6.1 气缸结构的选择

气缸结构的选择：选择双作用气缸（气缸活塞的往复运动均由压缩空气来完成）的双侧缓冲结构，该气缸结构设有可调缓冲装置，使活塞接近行程终点时减速，其减速值可根据需要进行调整。

选择气缸应该考虑的因素：

1)类型：根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。高温环境下需选用耐热气缸。在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。

2)安装形式：根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下，采用固定式气缸。

6.2气缸的设计计算

（1）活塞杆输出力；

（2）缸径；

(3)活塞杆直径和长度。

根据计算可知，SMC公司的MDBL80—175—A53S汽缸符合要求

结论

此焊接设备焊接电源采用处于国内领先水平的唐山松下生产的YD-350RF型微机控制、逆变式CO2/MAG气体保护焊接电源。具有高稳定、低飞溅的特点。

采用工件固定，焊枪行走工作方式；工件直径发生变化时调节托架调整工件的焊接位置；焊接速度通过步进电机驱动实现无级调速；焊枪的提升由气缸控制；为防止弧光及飞溅对人体的伤害设置防护栏；专机以三菱PLC为核心组成自动焊接控制系统。

该机具有焊接质量好、性能稳定、操作方便、效率高等优点。

选用该机既能提高劳动生产率、改善工人的工作环境，又能提高产品质量的稳定性、可靠性。

参考文献

[1]杨光.焊接自动化技术的现状与展望[J].现代制造,2004(11):36-37.

[2]张贵锋,张建勋,裴怡.CO2焊和MAG焊的工艺性能及焊丝的研发与应用[J].焊管,2006,29(1):11-15,34.

[3]贾昌申.焊接技术的发展状况[C].陕西省焊接学术年会论文,西安,1997.

[4]运输机械设计选用手册编写委员会·运输机械设计选用手册[M].北京:化学工业出版社,1998·

[5]《电气工程师手册》第二版编辑委员.电气工程师手册[M].第2版.北京：机械工业出版社，2003

[6]SMC气动元件选型手册

[7]OMRON电气元件选型手册