計算機集合參數控制在堆焊領域中的應用

于明志

【摘 要】在鋼鐵、水泥等行業中，為了降低成本，多數對各類損壞的輥面進行堆焊再制造，然而，在堆焊再制造中的堆焊參數控制及其重要。對其焊接的工藝參數進行集中和精確的控制，稱之為計算機集合參數控制。

【關鍵詞】堆焊 再制造 計算機控制 參數

引言

在鋼鐵行業中的軋輥、水泥行業中的擠壓輥的修復再制造，多數采用埋弧焊、明弧焊，也有采用氣體保護焊[1]。在埋弧焊中一般采用平特性和陡降特性控制。但有關文獻對這兩種控制都存在疑問。另外在處理機頭的行走、機頭的旋轉使用變頻控制，即不考慮電壓對機頭轉速的影響，也沒考慮兩者之間的關系。

埋弧焊焊接過程中，電弧電壓和電弧兩個參數的控制是保證焊接質量的重要條件，電弧電壓表征焊絲端頭到輥面的距離，也就是焊接電弧的長度。電弧的長度與焊接的穩定性有直接關系。過長會減少焊接能力，過短會增加堆焊的高度、寬度，兩者都會影響焊接質量。焊接電流使焊絲熔化，產生的熱在輥面形成熔池，焊接電流大，熔池、熔深大，熔池在輥面形成高溫熱源，這對輥面是一個可移動的小面積高溫點熱源，這個點熱源的移動形成輥面熱應力場的動態分布。

綜上所述，從以往經驗來看，在用穩定電壓來調節電流，或是穩定電流來調節電壓都是不合適的，所以我們采用計算機集合參數來控制。

1 計算機控制

（1）使用數控系統進行控制。為了精準地控制埋弧焊的線速度，首先是輥面線速度是輥轉速和輥半徑之積。堆焊層數增加，堆焊輥半徑也會增加，為了保證線速度恒定，必須保證隨著輥半徑變大而相應的降低旋轉速度。那么輥面旋轉速度和堆焊機頭軸向移動的速度合成出新的速度，即為輥面堆焊的線速度。此時使用計算機實時控制速度。采用直角三坐標系統下的柱面參數運動控制，機械上有旋轉軸旋轉運動參數，堆焊機頭上有三個可移動的坐標參數，一般情況下為數控堆焊機上有4個運動軸，要有三聯動控制。數控設備如圖所示。

（2）對于堆焊電源采用恒流、穩壓控制，使用恒定的焊接電流的同時穩定焊接電壓，可以控制輸出功率的穩定性。這樣焊接電流和焊接電壓是必須控制的參數，通過合成，會產生新的參數，即為焊接功率。最后，計算機控制電弧電壓、焊接電流、焊接功率。

（3）焊接送絲機頭，使用CPU將送絲電機轉速關聯著焊接輸出功率，實施恒速送絲控制。送絲速度由計算機控制。送絲速度恒定，可計算出厚度參數，可使用計算機直接得到堆焊工作的時間參數。

在數控堆焊機中，要有4個機械運動參數，3個焊接電參數，1個送絲速度參數，這些參數可以得到如下效果：一是焊接功率、送絲穩定，運行也穩定，堆焊熔敷層均勻。二是焊接功率、機頭運行穩定，導致熔池大小均勻。輥面熱源穩定，動態熱應力場穩定，使輥面的性能一致。

（4）堆焊機的電保溫爐起到至關重要的作用，保護焊接的層間溫度，能夠避免焊縫裂紋。電加熱爐可以使用單向紅外線輻射板和紅外線輻射輥，幾塊輻射板放在軋輥兩側，一個長輻射輥放在軋輥的下方，效果最佳，加熱時，使用溫度控制器，進行恒溫控制。使堆焊過程中的輥面動態應力場有規律地均勻且穩定。

（5）藥芯焊絲內部的均勻性也很重要，一般在焊接過程中，為了得到相同的焊接效果，實心焊絲要比藥芯焊絲效果好。

（6）鐵基材料存在著一個納米材料系列，在0℃-1270℃溫度區間，不會發生復雜的固態相變，沒有這種相變產生的吸熱與放熱效應。這說明溫度與材料體征結構穩定性關系不大，也就是說在這溫度區間，材料性能是穩定不變的。對于晶格，在原子納米的范圍是進程有序的，在亞納米尺度表現為長程無序，因此具有較好的抗沖擊能力和較好的耐磨性。

結語

數控堆焊機已經得到實際的應用如圖所示，堆焊后的表面硬度誤差很小，具有較好的耐磨性能。并且數控運動控制精度控制在0.01mm，焊接電流在較大時誤差要小于1A，控制焊接電壓誤差小于1V，控制送絲速度波動誤差小于1%。

參考文獻

[1]單際國.董祖玨，徐濱士.我國堆焊技術的發展及其在基礎工業中的應用現狀[J].北京：焊接學會堆焊與表面工程專業委員會.