通用智能型氩弧焊送丝系统的研发应用

姚思立

摘要：从提高钨极氩弧焊质量、效率、满足现有设备升级改造等角度出发，设计一套使用可编程控制器和伺服系统的自动送丝装置，实现钨极氩弧焊的自动送丝技术。该技术已经进行了现场应用，焊接了不锈钢刀柄、厨具、门把手等等材料，焊接效果良好，大大提高了焊接效率。

关键词：氩弧焊送丝;焊丝回抽;自动对位;送丝虚位补偿

在中国五金刀剪之都的阳江市，每年生产全球70%的刀剪产品，其中有近半的产品是使用钨极氩弧焊工艺，因为需要焊接的半成品是需要经过冲压、成型等工艺，产品因温度、质地、压力的不同，导致变形和回弹量无法达到一致，产品的焊接线无法保持绝对水平，因此在大量的实际生产焊接中，自动焊接机使用恒定送料速度的送丝机，无法保证每次的送丝量而导致焊接失败，所以只能靠人工焊接补填焊丝以达到质量要求，大大降低了自动焊对普及面和产业升级。如能开发出具有自动稳定的送丝功能的送丝机，并且能使用简单的通讯或接口与现有的设备、系统对接，实现低成本和高质量、简单实用和稳定的有机结合，对于整个五金刀剪乃至不锈钢氩弧焊的自动化进程都将具有重要意义。

基于此，本着低成本、易实用、通用性强、智能化的原则，以现有的普通送丝结构为基础，对氩弧焊自动送丝系统展开攻关，经过大量的实操验证和完善，使用效果明显。

一、传统送丝方法的缺点

（一）手工送丝：送丝是焊接过程中非常重要的一个操作环节，手工氩弧焊焊接的送丝方法多采用焊工手指捻动焊丝来完成送丝过程，焊工操作送丝时非常不方便，因此，手工送丝准确性差、一致性差、送丝不稳定，从而导致了焊接生产效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊丝长度有限，长时间焊接时需要频繁拿取焊丝，焊接效率较低，且每段焊丝焊接完成时都会留存一小段焊丝无法使用，造成浪费。

（二）普通开关加电机送丝机：市面上的自动送丝机送丝驱动部分一般是由可调预紧力压杆、主动轮、从动轮组成。这类自动送丝机具有滞后送丝和提前抽丝功能，通过脚踏开关控制送丝和抽丝，也可以使用焊枪高频开关实现同步控制，送丝速度较慢0-6mm/min，送丝速度重复性误差较大，在±8%左右。

二、自动送丝系统机械结构的设计

（一）结构设计思路：第一是要保证能实现1.0-3.0直径焊线的稳定送出;第二是送丝速度能够根据系统或信号实现过程可控;第三是能满足控制系统进行焊线检测的要求。

（二）自动送丝机的结构设计。为满足上述要求，一是使用市面上常见的双滚轮CO2送丝头，将原有的普通直流电机改为伺服电机直驱，或者中间加高精度的行星减速器，以满足更大直径焊线的稳定输送。二是加装伺服驱动器、可编程控制器和工业触摸屏，操作面板上设置旋钮，实现简单的手动精密速度调整，并在触摸屏上实时显示送丝速度。三是在氩弧焊焊枪上加装送丝头固定支架，可以自由调整角度，满足不同电流和间距时填丝喂料的角度要求。四是在焊枪送丝头的入口处加装一个编码器，以实现送丝量的闭环检测，弥补长护丝套引起的焊线弯曲、实际送丝量变少的缺陷。

三、控制系统的功能设计

（一）接受按钮或经485通讯由外部系统控制的停丝、送丝切换功能。有的工件不需要送丝，可以直接通过按钮或者开关切换，能在极短时间内（0.1秒）启动或者停止停丝，而不需要重新去接线。直接焊接，这样省成

本，省时间。

（二）点动送丝、回抽功能：此功能适合刚装线的手动调整，装好线盘后，直接长按点动，把焊线推出;同时也需要反向回抽，调试时焊丝出来得太多，可以直接回抽，而无须剪断，省时省料。

（三）手动操作焊接时连续送丝和脉冲送丝的功能。脉冲时间和脉冲间歇时间可调范围为0.01-99秒，匹配伺服电机的带负载启动时间10毫秒，实现高速脉冲送丝，轻松配合焊接出“鱼鳞”焊路。

（四）带检测的同步送丝功能：送丝与焊接机起弧同时开始，区别于原有送丝机的高级功能是可接入焊接机的起弧成功信号，顺利起弧后，焊机给出接通信号，送丝机马上开始送丝。

（五）异步定长送丝：在焊接某些缝隙过大的工件时，可以选择提前送丝的功能。先送出稳定数量的焊丝，定位精确后再发出起弧命令给焊接机工作。

（六）焊接过程中送丝量的控制：这是智能型氩弧焊送丝系统最核心、最重要的功能。此功能分为几种不同的模式，第一种是恒速稳定送丝，设定送丝速度后，接到送丝命令后马上按照设定的速度稳定送丝;第二种是可编程的速度进给，可以按照设定的程序，在一定的时间或者经由RS232、485接受位置控制系统给出的控制信号，自由改变当前的送丝速度和进给量;第三种是基于模拟量控制的实时送丝速度变化，具备模拟量输入功能，接收其他控制系统给出的电压或者电流信号，通过控制器转换，迅速改变当前的送丝速度和方向。

（七）断丝设置的功能：可以设置断丝先停止送丝，然后焊机继续熔丝设置的时间后熄弧。也就是溶丝时间设定。可根据焊丝粗细不同设定自动回抽速度和长度。此焊丝回抽反粘丝功能，可轻易解决送丝机焊丝粘工件问题，或者焊丝头熔球问题。

（八）送丝量检测功能：该功能是为了弥补送丝管直径大于焊丝，导致送丝管越长，焊丝在内部弯曲变形，最终送丝量少于程序预设量时，程序能自动学习偏差量，在下一次时能自动补偿偏差量。

（九）焊丝裁切功能：为减少重复多次送丝后的累积误差，或者因焊接质量引起的起球、拉丝等现象，以及方便编程长度送丝时的精度调整，控制强力剪刀裁剪焊丝。

（十）虚位补充功能：由于送丝架离送丝头普遍有1.5-3米距离，送丝护管大于焊丝，在送料过程中，焊丝会发生弯折，导致驱动端送絲量和出口端长度误差，在反向回抽时也会导致回抽量不准确，产生回程误差，因此系统在每次方向调整时，采用编码器在出口端进行实时检测反馈，计算实际输出量到系统进行反向间隙计算。

四、使用效果对比

经过实际装机测试，比原来的普通电机开关控制送丝效果好，在长焊缝时送丝速度稳定，送丝量准确，但是焊丝驱动电机原先采用86步进电机，在点焊及短线需要快速送线时，响应速度不够及时，后来改为伺服电机后，送丝量精准度高，特别是回抽焊丝时，能准确定位，确保每次的量均能保持一致，应用在刀柄自动焊接机上，能显著提升焊接质量和速度。