通用智能型氬弧焊送絲系統的研發應用

姚思立

摘要：從提高鎢極氬弧焊質量、效率、滿足現有設備升級改造等角度出發，設計一套使用可編程控制器和伺服系統的自動送絲裝置，實現鎢極氬弧焊的自動送絲技術。該技術已經進行了現場應用，焊接了不銹鋼刀柄、廚具、門把手等等材料，焊接效果良好，大大提高了焊接效率。

關鍵詞：氬弧焊送絲;焊絲回抽;自動對位;送絲虛位補償

在中國五金刀剪之都的陽江市，每年生產全球70%的刀剪產品，其中有近半的產品是使用鎢極氬弧焊工藝，因為需要焊接的半成品是需要經過沖壓、成型等工藝，產品因溫度、質地、壓力的不同，導致變形和回彈量無法達到一致，產品的焊接線無法保持絕對水平，因此在大量的實際生產焊接中，自動焊接機使用恒定送料速度的送絲機，無法保證每次的送絲量而導致焊接失敗，所以只能靠人工焊接補填焊絲以達到質量要求，大大降低了自動焊對普及面和產業升級。如能開發出具有自動穩定的送絲功能的送絲機，并且能使用簡單的通訊或接口與現有的設備、系統對接，實現低成本和高質量、簡單實用和穩定的有機結合，對于整個五金刀剪乃至不銹鋼氬弧焊的自動化進程都將具有重要意義。

基于此，本著低成本、易實用、通用性強、智能化的原則，以現有的普通送絲結構為基礎，對氬弧焊自動送絲系統展開攻關，經過大量的實操驗證和完善，使用效果明顯。

一、傳統送絲方法的缺點

（一）手工送絲：送絲是焊接過程中非常重要的一個操作環節，手工氬弧焊焊接的送絲方法多采用焊工手指捻動焊絲來完成送絲過程，焊工操作送絲時非常不方便，因此，手工送絲準確性差、一致性差、送絲不穩定，從而導致了焊接生產效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊絲長度有限，長時間焊接時需要頻繁拿取焊絲，焊接效率較低，且每段焊絲焊接完成時都會留存一小段焊絲無法使用，造成浪費。

（二）普通開關加電機送絲機：市面上的自動送絲機送絲驅動部分一般是由可調預緊力壓桿、主動輪、從動輪組成。這類自動送絲機具有滯后送絲和提前抽絲功能，通過腳踏開關控制送絲和抽絲，也可以使用焊槍高頻開關實現同步控制，送絲速度較慢0-6mm/min，送絲速度重復性誤差較大，在±8%左右。

二、自動送絲系統機械結構的設計

（一）結構設計思路：第一是要保證能實現1.0-3.0直徑焊線的穩定送出;第二是送絲速度能夠根據系統或信號實現過程可控;第三是能滿足控制系統進行焊線檢測的要求。

（二）自動送絲機的結構設計。為滿足上述要求，一是使用市面上常見的雙滾輪CO2送絲頭，將原有的普通直流電機改為伺服電機直驅，或者中間加高精度的行星減速器，以滿足更大直徑焊線的穩定輸送。二是加裝伺服驅動器、可編程控制器和工業觸摸屏，操作面板上設置旋鈕，實現簡單的手動精密速度調整，并在觸摸屏上實時顯示送絲速度。三是在氬弧焊焊槍上加裝送絲頭固定支架，可以自由調整角度，滿足不同電流和間距時填絲喂料的角度要求。四是在焊槍送絲頭的入口處加裝一個編碼器，以實現送絲量的閉環檢測，彌補長護絲套引起的焊線彎曲、實際送絲量變少的缺陷。

三、控制系統的功能設計

（一）接受按鈕或經485通訊由外部系統控制的停絲、送絲切換功能。有的工件不需要送絲，可以直接通過按鈕或者開關切換，能在極短時間內（0.1秒）啟動或者停止停絲，而不需要重新去接線。直接焊接，這樣省成

本，省時間。

（二）點動送絲、回抽功能：此功能適合剛裝線的手動調整，裝好線盤后，直接長按點動，把焊線推出;同時也需要反向回抽，調試時焊絲出來得太多，可以直接回抽，而無須剪斷，省時省料。

（三）手動操作焊接時連續送絲和脈沖送絲的功能。脈沖時間和脈沖間歇時間可調范圍為0.01-99秒，匹配伺服電機的帶負載啟動時間10毫秒，實現高速脈沖送絲，輕松配合焊接出“魚鱗”焊路。

（四）帶檢測的同步送絲功能：送絲與焊接機起弧同時開始，區別于原有送絲機的高級功能是可接入焊接機的起弧成功信號，順利起弧后，焊機給出接通信號，送絲機馬上開始送絲。

（五）異步定長送絲：在焊接某些縫隙過大的工件時，可以選擇提前送絲的功能。先送出穩定數量的焊絲，定位精確后再發出起弧命令給焊接機工作。

（六）焊接過程中送絲量的控制：這是智能型氬弧焊送絲系統最核心、最重要的功能。此功能分為幾種不同的模式，第一種是恒速穩定送絲，設定送絲速度后，接到送絲命令后馬上按照設定的速度穩定送絲;第二種是可編程的速度進給，可以按照設定的程序，在一定的時間或者經由RS232、485接受位置控制系統給出的控制信號，自由改變當前的送絲速度和進給量;第三種是基于模擬量控制的實時送絲速度變化，具備模擬量輸入功能，接收其他控制系統給出的電壓或者電流信號，通過控制器轉換，迅速改變當前的送絲速度和方向。

（七）斷絲設置的功能：可以設置斷絲先停止送絲，然后焊機繼續熔絲設置的時間后熄弧。也就是溶絲時間設定?？筛鶕附z粗細不同設定自動回抽速度和長度。此焊絲回抽反粘絲功能，可輕易解決送絲機焊絲粘工件問題，或者焊絲頭熔球問題。

（八）送絲量檢測功能：該功能是為了彌補送絲管直徑大于焊絲，導致送絲管越長，焊絲在內部彎曲變形，最終送絲量少于程序預設量時，程序能自動學習偏差量，在下一次時能自動補償偏差量。

（九）焊絲裁切功能：為減少重復多次送絲后的累積誤差，或者因焊接質量引起的起球、拉絲等現象，以及方便編程長度送絲時的精度調整，控制強力剪刀裁剪焊絲。

（十）虛位補充功能：由于送絲架離送絲頭普遍有1.5-3米距離，送絲護管大于焊絲，在送料過程中，焊絲會發生彎折，導致驅動端送絲量和出口端長度誤差，在反向回抽時也會導致回抽量不準確，產生回程誤差，因此系統在每次方向調整時，采用編碼器在出口端進行實時檢測反饋，計算實際輸出量到系統進行反向間隙計算。

四、使用效果對比

經過實際裝機測試，比原來的普通電機開關控制送絲效果好，在長焊縫時送絲速度穩定，送絲量準確，但是焊絲驅動電機原先采用86步進電機，在點焊及短線需要快速送線時，響應速度不夠及時，后來改為伺服電機后，送絲量精準度高，特別是回抽焊絲時，能準確定位，確保每次的量均能保持一致，應用在刀柄自動焊接機上，能顯著提升焊接質量和速度。