金属带材多功能自动焊接设备设计

严文杰， 邓宇锋， 沈晓

（1.江苏信息职业技术学院，江苏无锡214153；2.无锡爱西匹钢芯有限公司，江苏无锡214152）

1 引言

据统计，2009年我国的钢产量已达到5.3亿t，是全世界钢材消耗量最大的国家［1］。钢铁产品中大约有三分之一需要经过焊接加工才能成为有一定功能的产品，焊接结构具有质量轻、成本低、性能稳定、生产周期短、效率高等优点，其应用日益广泛。近年来，国内企业对焊接自动化装备的投入较大，但是焊接自动化的使用比例仍较低，企业现有自动化焊接设备（含焊接机器人）占总焊接设备的比列为10%～15%。而国外同行业的先进企业焊接自动化设备占焊接设备的比例为50%以上，部分已达到90%［2］。本文介绍一种多功能带材自动焊接设备，能够适应不同的金属带材材质、不同带材宽度的焊接，并且能够实现带材自动剪切压平以及焊缝平整后拉伸力达到本体材料的拉伸力等特点。

2 设计要求

根据带材的材料、尺寸要求以及实现的功能，结合生产实际，对多功能自动焊接设备提出了如下设计要求：（1）焊接电流2～125A连续可调，适用于不同材料的带材——碳钢、不锈钢、铝材、铜材的焊接；（2）焊接设备要能够适用于宽度在10～120mm、厚度在0.2～1.5mm的不同宽度和厚度的带材焊接；（3）人工安装固定焊接带材后，要求设备能够实现带材的自动剪切、对中、压平，工人操作简单；（4）焊缝平整美观，平整后拉伸力达到本体材料的拉伸力；（5）良好的人机交互环境，便于调节焊接参数，工人操作方便。

3 焊接设备的总体结构

图1 多功能自动带材焊接设备总体示意图

图1所示为多功能自动带材焊接设备总体示意图，其主要由旋转机构、升降机构、定位机构、焊盒、右送料机构、剪切机构和左送料机构等7部分组成。通过参数调节可以适应厚度为0.2～1.5mm，宽度为10～120mm的碳钢、不锈钢、铝材以及铜材的带材的焊接。

4 焊接设备各机构

4.1 旋转机构

旋转机构主要由旋转气缸、齿轮及支架组成，当带材剪切、拼缝位置对准后，旋转气缸工作，带动齿轮转动，从而带动升降机构上的齿轮转动，最终实现焊盒转动到焊接位置；同样，焊接结束后，旋转气缸工作带动齿轮转动，使焊盒回到原位。

4.2 升降机构

图2 旋转机构及升降机构

升降机构主要由双作用气缸、电机、传动轴以及与旋转机构相啮合的齿轮组成，实现焊盒的上下运动。在旋转机构的带动下，焊盒旋转到焊接位置，在气缸上侧进气，焊盒向下运动将带材压住；焊接结束后，气缸的下侧进气，焊盒抬起。此外，电动机的旋转运动通过传动轴传递到焊盒内同步带轮的旋转运动，最终实现引弧组件的直线移动。如图2所示为旋转机构与升降机构。

4.3 定位机构

根据设备要求为适应0.2～1.5mm的不同厚度带材的焊接，设计了一种自动定位机构。操作人员在控制面板中输入带材厚度，该机构中的电动机带动螺杆转动，可实现滑块、连杆、基座的移动，从而适应不同厚度带材的焊接。

4.4 焊盒

本焊盒焊接方式采用氩弧焊，操作人员调解相关参数可适应碳钢、不锈钢、铝材以及铜材的焊接。本焊盒内引弧机构由一同步带传动实现焊缝方向的移动，以满足不同带材的焊接需求。此外，在焊接过程中压脚对带材的压紧力由弹簧提供。

4.5 左、右送料机构

左、右送料机构的主要功能为：将左、右两侧的待焊接带材压紧，待剪切机构完成对带材的剪切后，在送料气缸的作用下，左送料机构带动带材向右移动3.5mm，右送料机构带动带材向左移动17.5mm，将两侧的带材移动至焊接位置，对好焊缝。如图3所示为左送料机构，主要由夹紧气缸、送料气缸面板、压块、滑动条等组成，可以适应厚度为0.2～1.5mm、宽度为10～120mm的带材。

图3 左送料机构

4.6 剪切机构

在焊接中，为了实现焊缝的整齐美观，在焊接前首先要对带材修剪，保证带材能够整齐对拼，在此设备中设计了如图4所示的剪切机构。当左、右送料机构将板材送到带剪切位置后，在液压缸的作用下，左、右剪刀向下运动，完成对两侧板料的剪切，剪切完成后，在左右送料机构的作用下，板料对好焊缝，同时液压缸反向作用，压块与焊盒共同作用将板料压平，最后完成焊接。

图4 剪切机构

5 结论

本文针对实际中带材焊接问题，设计了一种多功能自动焊接设备，该设备综合运用了机电液一体化技术。通过本设计能够实现一次装夹的剪切、对缝、焊接及平整的多工位自动焊接，操作工人完成带材装夹后，仅需通过操作屏的简单操作即可完成整套焊接工作。生产实践表明，该多功能自动带材焊接设备操作简单，自动化程度高，能够适应不同带材的焊接，焊接质量高，具有广泛的应用前景。

［1］ 黄政艳.焊接设备技术现状及发展趋势［J］.广西轻工业，2011（ 5）：21-23.

［2］ 中国焊接协会焊接设备分会，等.焊接设备现状及发展趋势［J］.金属加工，2011（2）：9-14.