摘要：單面焊雙面成型作為一種高效的自動化焊接技術，是通過設置合理的焊接工藝參數，在對接鋼板的焊縫正面進行焊接后保證鋼板正反兩面都能得到均勻一致的焊縫的一種焊接工藝。該自動化焊接工藝需要配合焊接專機的使用，由電動托料輸送機構、工件夾緊機構完成所需焊接工件的輸送并固定，由雙絲自動焊槍作為焊接裝置，經過PLC自動焊接控制箱進行焊接參數的輸入及動作指令的輸出，完成對接鋼板的MAG單面焊雙面成型。

　　關鍵詞：單面焊雙面成形;大型拼板焊接專機設計

　　具有焊接速度快、橋接能力好、深寬比理想、裝配精度低等優勢，是一種新型高效的焊接方法，近幾年也受到廣泛關注。復合焊的工藝參數非常多，不同的工藝參數影響焊縫形貌，不同的焊接組合也直接影響著焊接質量。

　　機械類論文投稿刊物：精密成形工程宗旨展示國內精密成形工程專業研究前沿成就，追蹤國內外成形制造技術新工藝、新趨勢，推進我國精密成形工程專業好中快進，科學發展，為我國制造業跨越發展提供服務。

　　一、單面焊雙面成型焊接工藝的先進性

　　1.1自動化程度高。單面焊雙面成型焊接工藝采用焊接專機進行焊接，優化了工廠加工區的布局，提高生產效率和質量，提高了產品的競爭力。

　　1.2焊接質量佳，焊縫效果好。采用單面焊雙面成型的焊接工藝，焊縫金屬熔化后能夠充分結晶，而熔池中的雜質隨焊渣浮出表面，避免由于焊渣引起的焊接缺陷。熔化的金屬經過一次性凝固成型，正反兩面的焊縫都平整、一致、均勻、美觀。

　　1.3生產效率高。傳統的雙面焊工藝是：正面焊接→工件翻身→清根打磨→反面焊接。工序繁瑣且對操作工焊接技術水平要求高。而采用焊接專機進行單面焊雙面成型焊接工藝可以保證焊縫一次焊接成型，工作效率顯著提高。

　　1.4作業安全性提高。傳統的雙面焊接需要對拼接后的工件進行翻身，而大型拼接板材在吊裝時占用空間很大，存在較大的安全隱患;而在清根打磨時，又會有大量的灰塵、飛渣等雜質污染環境。而采用MAG單面焊雙面成型焊接工藝后焊縫一次成型，減少工件翻轉工序，不僅提高了作業的安全性，而且可以減少污染，有效改善作業環境。

　　單面焊雙面成形的大型拼板焊接專機設計

　　2.1翻轉機構。豎焊縫的焊接難度較大，熔融的焊液容易流失，導致焊縫焊接質量下降，因此采用翻轉機構實現整個特種車輛底盤的翻轉，調整底盤的焊接姿態，將豎焊縫變成水平焊縫進行焊接，使得焊接動作容易實現。實現車架的對稱焊接，減少焊接應力，可以更好地保證車架的焊接質量和焊接效率，提高整車的使用可靠性，以更好地滿足產品批量生產的需要。其中電動翻轉是通過電機轉動，帶動固定于支承平臺上的車架翻轉，從而實現車架自動翻轉焊接。

　　車架的自動翻轉，降低了勞動強度、提高了生產效率。手動翻轉是人工驅動手輪，通過蝸輪蝸桿減速機驅動翻轉軸實現翻轉功能。手輪翻轉是作為備用翻轉形式以防止停電或電機不能正常工作時使用。翻轉架上裝有可更換的各類夾具，可適應不同的焊縫需要。把車架相關零件手動放在夾具上，手動夾緊，焊接結束后，采用電磁鐵斷電的方法，夾具的夾持部位自動彈出，整個底盤可以整體移出。通過采用六點定位的方法進行零件的定位，位置基準面可以調節，夾持器為彈升式結構，定位精度可靠。

　　2.2控制系統設計。一是控制系統軟件設計該系統應具有以下功能:(1)自動焊接。該項功能主要包括焊接軌跡控制(方向判斷、進給速度的計算、位置控制)、屏幕實時跟蹤顯示、焊接精度控制(傳動鏈誤差和滾珠絲杠螺距誤差補償)。(2)手動操作。該項功能主要包括各坐標軸的移動和移動速度控制(通過倍率值調整)、焊槍轉位、焊接的開停等電器控制。(3)系統參數設置。這項功能主要包括軸控制參數設定，如參考點坐標、當前坐標、絲杠反向間隙值、限位、滾珠絲杠螺距誤差值、最大進給速度的設置及焊接工藝參數設定等。這些參數的設置通過人機交互的方式輸入和修改。

　　(4)用戶程序的輸入、編輯和存儲。該項功能包括用戶對焊接程序的輸入、編輯及存儲管理等。(5)系統的安全保護。該項功能包括根據系統限位等參數，監視系統運行狀態，以便做出相應處理。提供停機按鈕以切斷電源強迫系統停止運行。根據上述焊接設備功能分析，可以得出控制系統軟件模塊結構。二是控制系統硬件設計。自動焊接設備的控制系統以可編程控制器為控制核心，交流伺服電機為執行元件，光電編碼器為位置檢測單元，實現半閉環位置反饋。配有彩顯人機界面，通過觸屏操作，可方便快捷地設置和修改工藝參數。焊接控制系統的硬件組成，PLC負責運動控制和緊急事件處理等任務，執行機構由高精度伺服電機與伺服驅動器構成，焊槍復位由安裝在工作臺坐標原點的限位開關完成。

　　2.3工件之間的摩擦力，使工件能夠輸送得更順暢。

　　將兩塊拼板依次通動輸送平臺送入專機中心，為了節省工件開坡口的時間，同時還要達到焊縫成型效果，考慮板厚及焊接收縮對焊縫的影響，熔滴過渡模式由短路過渡轉變為射滴過渡，電弧形態為錐形電弧，在電弧壓力和熔滴形式對熔池的沖擊下，焊縫熔深得以增加。但隨著電流進一步增加，電弧體積膨脹，對激光等離子體的稀釋作用減小，使得焊件對能量的吸收率降低，焊縫熔深有明顯減小。

　　在熔池表面金屬汽化形成的氣泡會直接溢出，導致飛濺較少，表面成型較好，因此在實際復合焊接時應根據具體情況選擇合適的離焦量。復合焊接時對參數的改變不敏感，一定參數范圍內均可以實現單面焊雙面成型，通過改變激光功率、焊接電流、焊接電壓、送絲速度和焊接速度等參數進行焊接，觀察鋼板的成型效果。相同參數同樣能完成單面焊雙面成型且效果較好，說明激光電弧復合焊能夠允許一定的間隙量。焊縫正面通過永冷銅滑塊制作成形，借助于襯墊也同時成形的一種高效焊接方法。

　　在實際焊接生產過程中，焊接坡口加工和焊件裝配精度有時會產生間隙或錯邊等情況，針對這種情況開展激光復合焊接對錯邊和間隙的適應性研究具有重大實際意義，該復合焊接工藝對間隙和錯邊有良好的適應性。對中：在芯軸上裝有自動對中裝置，可以確保焊縫間隙與成型槽的中心對齊，從而保證焊縫成型的美觀、一致。夾緊：開動壓縮空氣，使氣囊充氣膨脹，操縱琴鍵夾具配合銅襯墊對工件進行壓緊，這樣可以減少工件的熱輸入，提高焊縫質量，降低工件的焊接變形。焊接參數設定：綜合目前金屬常壓儲罐使用的鋼板材質、板厚等各方面因素，經過多次焊接實驗驗證，設定具體的焊接參數。

　　采用表內焊接參數對相應板材進行對接拼焊，得到焊縫成型效果，正面焊縫寬度9～12mm，余高2.5～3mm，反面焊縫寬度4～6mm，余高1.5～2mm。成型焊縫完全符合金屬常壓儲罐的制造工藝要求。施焊：在焊縫兩端加入引(收)弧板，開動焊機，點焊整條焊縫的前端、中間、后端三處位置，控制焊接收縮變形。從起始端引弧板施焊至終止端收弧板。下料：松開夾緊裝置，通過自動輸送平臺移動工件下料。該設備能很好解決特種車輛底盤焊接的焊縫短、焊縫多和焊接姿態多變的難題，且焊接效率高。

　　結語：采用焊接專機進行單面焊雙面成型焊接工藝能夠快速靈活地完成對接板材的焊接，整個焊接過程實現自動化。該方法可以直接應用在厚度板材的閃縫拼焊，通過采取適當的開坡口措施及預留拼板間隙后，也可以一次性焊透成型。總之，單面焊雙面成型焊接工藝焊接效率高，焊接效果佳，擁有廣闊的市場前景。

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　　作者：武滿樂1李潺2