焊接机的自动化改造

摘 要：传统焊接机由于结构原因只能单人单机生产，对生产人员技能要求较高，焊接件生产企业要招到熟练的焊接工比较困难。新增加员工后要增加企业工资支出，管理成本支出，使企业利润减少。现在规模以上企业都在进行设备自动化升级改造，以适应市场不断变化的需求。本文希望通过介绍传统焊接机改造为自动焊机的方法，提升焊接机技术水平。

关键词：焊接机、自动化

一、焊接技术的介绍：焊接技术是在高温或高压状态下，将不同材料连接在一起的工业技术。广泛应用于冲压件焊接，它代替铆钉连接，针对工业生产中的低碳板材、线材、不锈钢板、镀锌板材等材料焊接，把简单的冲压件连接形成复杂的部件，大量运用于金属制品、电器仪表、汽车、造船、航空等各大行业。如果掌握好点焊时间与电流规范，配置特殊焊头还可用于有色金属。现在市场上使用较多的焊接机有电子脉冲点焊机、电阻焊机、感应焊机、氩弧焊机、钎焊机等。

1.1 电子脉冲点焊机：该设备是采用缝纫机式踏板加压结构，造型新颖美观。内部采用先进的集成电路对主电路热量和时间进行控制。焊接时间采用周波式计数控制。以工频50HZ周期为基准进行计数控制，时间控制准确、时间误差为零；阻焊变压器通过两只单向可控硅反向并联电路，并通过对导通角的控制来均匀地调节焊接电流强度，焊接质量一致性能可靠。电焊将焊接接触面上的个别点连接起来焊接，将装配好的焊接件压在两柱状电极之间。当通过相当大的电流时，在电极之间焊接的接触处产生大量热量，金属被迅速加热至熔化，形成一个液态溶池，断电后金属迅速冷却，形成焊接接头。两焊接件可牢固连接起来。

1.2 电阻焊机：是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊机有上下焊头之分，需要隔一段时间修磨上下焊头。

1.3 感应焊机：是将需要焊接的金属工件放在感应线圈内，通高频交流电，产生感应电磁场，在工件表面耦合产生感应电动势，在金属表面形成感应涡流，依靠在金属表面产生的涡流发热，在焊接部位一般会涂上焊粉，待到工件达到钎料熔化温度时焊接即可，感应钎焊是目前世界上最清洁环保的加热焊接方式。

1.4 自动焊接机：自动焊接机是在手工焊接机的基础上改进而来的。该设备保留原有的焊接控制器、焊接电源、焊接头部分，保证原有手工焊接机的焊接质量。新增加了自动上料系统、转盘系统、下料系统、检测系统、控制系统、人机界面。通过工业化改造，实现全自动作业，能极大降低生产成本。

二、焊接机自动化改造方法：下面为焊接改造过程中新增加的装置：

2.1 自动上料系统：不同焊接工件需采用不同上料装置。圆片、小型带台阶方片可以采用

振动盘上料，结构简单，通过圆盘上料和平振即可；比较大的冲压件需要采用气缸夹爪夹取工件上料，结构比较复杂，需要使用步进电机控制丝杆导轨传动给气缸夹爪，但输送平稳，误送概率较低。

2.2 转盘系统：结合不同焊接工艺要求，将转盘传动系统分为8工位或6工位。转盘系统

由步进电机、传动皮带、分割器三部分组成。其中步进电机提供动力结合工位需求转动不通角度；传动皮带将动力传输给分割器，带动分割器旋转；分割器是一个减速箱，顶部安装工作台，放置焊接夹具和工件。当分割器转动一定角度时会自动停止，焊接机可以进行焊接作业。

2.3 下料系统：下料系统由出料气缸、分选装置、料盒组成。当工件处于下料位置时，下

料气缸推送工件至分选装置。如果是合格产品，则分选装置在合格料盒内；如果是不合格品，则分选装置电磁阀推至另外一边，工件掉落在不合格品料盒内。

2.4 检测系统：自动焊接机检测系统由光纤触头、放大器、接近开关、压力检测开关组成。其中光纤触头和光纤放大器组合使用，用于检测非靠近工件。当放大器内部发射检测信号至光纤触头，检测信号经过工件反射后传送至放大器；接近开关一般用于转盘系统到位检测使用，当转盘系统转动一圈接近开关感应到时转盘停止转动；压力检测开关用于空气压力和水压检测，当压力低于设定压力或高于设定压力时，开关断开，传送信号至自动控制系统。

2.5 控制系统：控制系统由PLC、步进电机控制器、电磁阀、开关电源组成。PLC是自动焊接机设备的核心系统，检测系统检测到信号后通过PLC中X输入触点输送至PLC控制板中，按照PLC里面的控制程序一步一步计算，然后通过Y输出触点输出信号至电磁阀等输出回路。当PLC中Y0输出脉冲信号至步进电机控制器时，步进电机控制器放大信号至转盘系统的步进电机。当PLC中Y触点输出信号给电磁阀，则电磁阀动作，气体传输至各控制气缸。

2.6 人机界面：人际界面是人员与设备信息交流的装置。里面可以设置X输入、时间设定、数量设定、手动操作步骤、自动操作步骤、状态显示、异常报警显示。通过人机界面里的X输入设置可以减少传统设备机械开关，小巧方便；时间设定是设定焊接时间、各动作等待时间，可以调节焊接件牢固程度和调整设备生产节拍；数量设定可以输入需要生产数量，到此数量后设备报警不动作；手动操作步骤可以分解设备每一步动作，生产人员结合需要选择一个操作步骤即可；自动操作步骤将手动操作步骤连在一起，一个按键即可实现全部动作自动执行；状态显示为各感应器到位复位、各动作执行是否到位的显示，可以通过安装红色黄色绿色三色灯，当设备正常时绿色灯亮、黄色时设备在等待、红色时设备报警异常。异常报警显示是在触摸屏里显示设备报警状态，把各个动作延时、压力异常、焊接异常的情况显示在人机界面中。

三、焊接机改造前优缺点

3.1手工焊接设备结构简单，常见的只包含焊接部分，价格比较便宜，投资成本较低，适合普通企业购买使用。手工焊接机可生产产品种类较多，无需定置夹具，可人工操作，工艺手法比较灵活，柔性化程度较高。

3.2手工焊接机只能单人单机生产，对操作人员的操作手法有较高要求，操作工往往需要培训才能上岗。当生产扩大规模后，单人单机的生产模式需要企业配备大量生产工，会增加企业工资管理成本，导致企业利润下降。

四、焊接机改造后的优缺点

4.1自动焊接机可实现一人多机，降低人工成本。由于自动焊接机操作过程全自动，则焊接生产过程无需操作人员干预，操作人员只需要负责上下料即可。如果出现设备故障，则设备三色灯红色灯会亮、人工界面触摸屏会显示故障内容，能够及时提醒维修人员排除故障。一个操作人员可以同时操作三台以上设备。

4.2自动焊接机投资产出效益明显。自动焊接机改造过程中使用的PLC、人机界面、转盘、步进电机等材料为市场中通用物件，采购成本较低。通过改造一台，就可以减少一个人工，如果按照人员工资年薪五千计算，四年时间即可收回投资成本。

4.3自动焊接机结构比较复杂，对操作维修人员要求较高。由于自动焊接机内部增加了PLC可编程逻辑控制系统，要求维修人员具备程序读取修改能力。该设备检测系统含有光纤放大器和接近开关，要求维修人员会检查更换这些开关，对维修人员的技能要求较高。

五、总结：传统手工焊接机结构简单，单人单机生产，焊接机台增多后人员需求也增加，造成企业成本增加，效率降低。通过自动化改造，增加上料系统、转盘系统、下料系统、检测系统、控制系统、人机界面，达到设备全自动生产，可以实现一人多机生产，使企业生产效率提升很多。改造过程中新增加了PLC可编程逻辑控制器、步进马达驱动器等自动化控制元器件，对维修人员的程序監控修改水平提出了新的要求。随着人工成本越来越高、企业管理成本增加，企业的利润降低，管理风险加大，传统手工焊接机自动化改造将成为趋势，必将引起更多企业的重视。

作者简介：

张稳石 （1988年），男，广东梅州人，汉族，现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向： 从事设备工程师工作。endprint