计算机集合参数控制在堆焊领域中的应用

于明志

【摘 要】在钢铁、水泥等行业中，为了降低成本，多数对各类损坏的辊面进行堆焊再制造，然而，在堆焊再制造中的堆焊参数控制及其重要。对其焊接的工艺参数进行集中和精确的控制，称之为计算机集合参数控制。

【关键词】堆焊 再制造 计算机控制 参数

引言

在钢铁行业中的轧辊、水泥行业中的挤压辊的修复再制造，多数采用埋弧焊、明弧焊，也有采用气体保护焊[1]。在埋弧焊中一般采用平特性和陡降特性控制。但有关文献对这两种控制都存在疑问。另外在处理机头的行走、机头的旋转使用变频控制，即不考虑电压对机头转速的影响，也没考虑两者之间的关系。

埋弧焊焊接过程中，电弧电压和电弧两个参数的控制是保证焊接质量的重要条件，电弧电压表征焊丝端头到辊面的距离，也就是焊接电弧的长度。电弧的长度与焊接的稳定性有直接关系。過长会减少焊接能力，过短会增加堆焊的高度、宽度，两者都会影响焊接质量。焊接电流使焊丝熔化，产生的热在辊面形成熔池，焊接电流大，熔池、熔深大，熔池在辊面形成高温热源，这对辊面是一个可移动的小面积高温点热源，这个点热源的移动形成辊面热应力场的动态分布。

综上所述，从以往经验来看，在用稳定电压来调节电流，或是稳定电流来调节电压都是不合适的，所以我们采用计算机集合参数来控制。

1 计算机控制

（1）使用数控系统进行控制。为了精准地控制埋弧焊的线速度，首先是辊面线速度是辊转速和辊半径之积。堆焊层数增加，堆焊辊半径也会增加，为了保证线速度恒定，必须保证随着辊半径变大而相应的降低旋转速度。那么辊面旋转速度和堆焊机头轴向移动的速度合成出新的速度，即为辊面堆焊的线速度。此时使用计算机实时控制速度。采用直角三坐标系统下的柱面参数运动控制，机械上有旋转轴旋转运动参数，堆焊机头上有三个可移动的坐标参数，一般情况下为数控堆焊机上有4个运动轴，要有三联动控制。数控设备如图所示。

（2）对于堆焊电源采用恒流、稳压控制，使用恒定的焊接电流的同时稳定焊接电压，可以控制输出功率的稳定性。这样焊接电流和焊接电压是必须控制的参数，通过合成，会产生新的参数，即为焊接功率。最后，计算机控制电弧电压、焊接电流、焊接功率。

（3）焊接送丝机头，使用CPU将送丝电机转速关联着焊接输出功率，实施恒速送丝控制。送丝速度由计算机控制。送丝速度恒定，可计算出厚度参数，可使用计算机直接得到堆焊工作的时间参数。

在数控堆焊机中，要有4个机械运动参数，3个焊接电参数，1个送丝速度参数，这些参数可以得到如下效果：一是焊接功率、送丝稳定，运行也稳定，堆焊熔敷层均匀。二是焊接功率、机头运行稳定，导致熔池大小均匀。辊面热源稳定，动态热应力场稳定，使辊面的性能一致。

（4）堆焊机的电保温炉起到至关重要的作用，保护焊接的层间温度，能够避免焊缝裂纹。电加热炉可以使用单向红外线辐射板和红外线辐射辊，几块辐射板放在轧辊两侧，一个长辐射辊放在轧辊的下方，效果最佳，加热时，使用温度控制器，进行恒温控制。使堆焊过程中的辊面动态应力场有规律地均匀且稳定。

（5）药芯焊丝内部的均匀性也很重要，一般在焊接过程中，为了得到相同的焊接效果，实心焊丝要比药芯焊丝效果好。

（6）铁基材料存在着一个纳米材料系列，在0℃-1270℃温度区间，不会发生复杂的固态相变，没有这种相变产生的吸热与放热效应。这说明温度与材料体征结构稳定性关系不大，也就是说在这温度区间，材料性能是稳定不变的。对于晶格，在原子纳米的范围是进程有序的，在亚纳米尺度表现为长程无序，因此具有较好的抗冲击能力和较好的耐磨性。

结语

数控堆焊机已经得到实际的应用如图所示，堆焊后的表面硬度误差很小，具有较好的耐磨性能。并且数控运动控制精度控制在0.01mm，焊接电流在较大时误差要小于1A，控制焊接电压误差小于1V，控制送丝速度波动误差小于1%。

参考文献

[1]单际国.董祖珏，徐滨士.我国堆焊技术的发展及其在基础工业中的应用现状[J].北京：焊接学会堆焊与表面工程专业委员会.