焊条偏心在线检测与自动控制装置的探究

栾倩倩

（天津市金桥焊材集团股份有限公司，天津300300）

1 概述

焊条偏心直接影响焊接质量，焊条偏心作为评价焊条质量的重要项目之一，主要是通过调整生产材料、工艺、设备三个方面，根据国家标准对不同规格焊条制定偏心度范围控制焊条偏心度。焊条规格种类繁多，而导致焊条偏心的因素复杂，焊条生产环境粉尘较多，机头设备出条速度较快，为1000 根/分左右，且摆动频率较快，只能通过微接触甚至无接触的方式测量焊条偏心度，因此检测和控制困难指数较高。

本文阐述了针对焊条偏心在线检测与自动控制装置的发展过程及现状，探究现有生产线焊条偏心质量控制的精细化和智能化水平，为减少焊条偏心率提高焊条质量节约成本做出努力。

2 生产工序及影响焊条偏心因素

焊条由焊芯和药皮组成，生产工艺流程图如图1 所示。

图1 焊条生产工艺流程图

焊条的生产较为复杂，包括：（1）焊芯生产：除锈、拉拔、较直、切丝。（2）药粉的配置和搅拌：利用药粉配置设备，按照药粉种类和比例进行配置，并搅拌均匀，之后加入水玻璃等，使用拌药锅设备搅拌均匀。（3）压涂：利用压涂设备将药粉均匀的压涂在焊芯上，焊条落入传送带。（4）磨头磨尾：利用磨头磨尾机对传送带上的焊条的两端进行磨头和磨尾，得到具有倒角端和夹持端焊条。（5）印字：利用印字机对传送带上的每根焊条印字。（6）烘干：利用烘干炉对焊条烘干。（7）包装：将合格的焊条成品包装。

焊条质量直接影响焊接质量，对其焊条检验工作必不可少，其中焊条偏心是焊条检测的重要项目之一。目前在压涂工序之后设会置偏心检测岗，以及包装之前会重复设置偏心检测岗，保证焊条偏心度符合国家标准。

3 焊条偏心及影响焊条偏心因素

焊条偏心指在压涂工序中，焊芯不在焊条的中心位置。焊条药皮沿焊芯直径方向偏心的程度称为焊条偏心度，如图2 所示，计算公式如（1）。对于不同直径的焊条，偏心度要求不同。具体要求如下。

国家标准GB/T 5117（5118）中规定[1，2]：Φ2.5 以下的焊条偏心度不大于7%为合格品。Φ3.2、Φ4.0 的焊条偏心度不大于5%为合格品，Φ5.0 的焊条偏心度不大于4%为合格品。

D- 焊条外直径；d- 焊芯直径；T1- 焊条截面药皮最大厚度+焊芯直径；T2- 焊条截面药皮最小厚度+焊芯直径；

图2 焊条偏心示意图

国内大部分焊条厂使用四十五度机机头压涂生产焊条，四十五度机是指推进螺旋刀的轴线力方向与送丝方向呈45 度角，推进螺旋刀轴线力可分为与送丝方向一致的力和垂直力，那么垂直力则会造成焊条偏心[3]。1984 年林午光着重分析并解决压涂机机头内部压力不均，送丝管受螺旋刀的推力而摆动造成偏心问题[4]。1997年任德亮针对螺旋压涂生产线焊条偏心问题从生产材料、工艺和设备的方面分析偏心原因，并设计出控制方法[5]。

生产材料方面，焊芯校直不良，如焊芯出现弯丝、扭丝等问题；药粉因受潮结块、干燥不充分、粉碎不充分等原因导致颗粒过大，或药粉中含有杂质。生产工艺方面，焊条配方设计合理性问题；配粉工艺问题，如要求药粉配置前全部过筛，回收药粉要过筛；水玻璃模数和浓度合理性问题；水玻璃与药粉搅拌问题，首先药粉必须搅拌均匀再加入水玻璃，即干拌充分的条件下进行湿拌，且搅拌时间合理，保证药粉密度、干湿度、粘度、塑性适宜，减少偏心同时，避免出条振动时药皮脱落。搅拌容器清洁度问题，搅拌前要保证拌药锅的清洁，避免上一锅的残留颗粒；出条后焊条偏心检测问题，必须实时抽检，必要时停车调整焊条偏心情况。

生产设备方面，模子碗在机头内的位置不正或不稳，当出现偏心情况，一般会通过工人调节机头顶针，进一步调节模子碗在机头内部的位置进而修正偏心问题；定径模安装不正；模子碗和模子壳尺寸匹配问题；送丝嘴内径尺寸问题；送丝嘴与模子碗距离设置问题；送丝管、送丝嘴、定径模配合问题，位置稳且在同一轴线上。检测焊条偏心度的偏心仪质量合格。

4 焊条偏心检测研究现状

焊条偏心一直都是生产厂家值得研究和解决的问题，很多学者对此做出努力，主要从以下三方面进行改进。

4.1 压涂设备中机头的设计。1998 年，林午光针对四十五度机和零度机的缺点，设计出WG-1 型（稳管-1 型）涂粉机机头[4]，分析和对比了国外普遍使用零度机和国内普遍使用的四十五度机两种压涂机头的工作状况，发现四十五度机会因机头内药粉压紧方向角度使定中管发生偏摆，且摆动频率很高，药芯会因此发生变形；还发现影响偏心的重要因素是送丝管的固定方式和药粉的压紧方向。而零度机制作成本较高，维修困难。WG-1 型涂粉机机头针对送丝管进行设计，解决了受斜向压紧力问题。1992 年，曹学义等人，研制新型零度螺旋压涂机使推到压涂方向和送丝一致，且受力均匀，减小了偏心度[3]。

4.2 针对偏心仪设计及改进。1999 年，黄南山等人对国内焊条厂使用的HPX- 1 型焊条偏心仪进行分析，并研究其测量原理，针对偏心仪的不足提出了改进方案[6]。2000 年，游华云等人介绍一种可以测量不同种类、规格焊条的WHP-2 型偏心仪，同时提出一种在线监测方案[7]。同年，王宏和卢淑琴设计出了一种可检测、可报警的焊条偏心仪，可实现动态在线监测，为焊条偏心的在线自动调整奠定基础[8]。

4.3 在线检测设备。1992 年，赵忠才等人介绍一种电焊条偏心自动检测粉模，实现焊条偏心的自动检测和调整[9]。2004 年，寇攀峰等人介绍一种焊条偏心自动检测机，可对偏心信号实时检测，对数据进行统计分析，实现报警并自动控制驱动分捡不合格焊条[10]。2015 年刘健等人发明一种焊条偏心自动检测系统，实现焊条偏心的自动监测功能[11]。2017 年，康丹丹等人打破原有的信号检测方法，介绍一种利用产品视觉技术完成焊条在线自动检测和控制方法[12]。2018 年，向小燕等人提供非接触式焊条偏心值检测装置，利用机器视觉检测技术代替人工测量，提高了检测效率[13]。

5 结论

通过调查研究，电感指针式测量法是焊条偏心检测较为普遍的方法，这样使得检测、调整设备不及时，且检测和设备调整精度较低，产生焊条残次品较多，用时较长，仍不能达到够实时有效检测和控制的目标。焊条（偏心）质量的控制和管理，依赖于从业人员技能水平与责任心，控制手段靠经验，人为干扰大，偏心校正有一定的滞后性，难以满足生产过程中焊条质量时时精细化控制要求，迫切需要更为先进的精细化、智能化技术进行有效监控和自动校正，以确保焊条偏心质量受控。