焊接自动化技术及应用5第五章--焊接专机课件.ppt

1、5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类一、按控制形式分一、按控制形式分: :三种1.开环控制型 该类专机一般采用开环控制，即采用控制系统预先设置参数，由执行元件按控制程序顺序执行。1返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图图5-1 机械手自动翻转焊接专机机械手自动翻转焊接专机特点及应用：特点及应用：结构简单，技术要求和成本相对较低，所以得到了广泛的使用。由于在焊接过程中，焊接参数的波动不能进行闭环的反馈控制，焊接机头或焊接工件的运动只能按照预先的规定路径或轨迹进行，不能够随着工件焊缝的变化而变化，因此，在使用过程中，应保证工件的一致性和焊缝的配合精度，才能达到提高焊接效率和产品

2、焊接质量的可靠性。5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类一、按控制形式分一、按控制形式分: :三种2.自适应控制型 特点：该类专机是一种自动化程度较高的焊接设备，配备传感器和电子检测线路，对焊缝的轨迹自动导向和跟踪，有的还可对焊接参数如焊接电流、焊接电压、焊接速度等实现闭环控制，整个焊接过程按预先设置的程序和工艺参数自动完成。2返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-2挂车横梁自动焊接专机 该焊接专机采用了弧长跟踪器和焊枪摆动器。由于工件表面的凹凸不平，需要焊枪随着工件表面的高低不平进行上下运动，以保持焊枪与工件表面的距离一致，从而保证电弧的稳定性。同时可以自动实现多层焊接

3、。若焊接两层，当焊接完一周后，跟踪器检测到表面高度增加，则可以自动将焊枪提高。5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类一、按控制形式分一、按控制形式分: :三种3.智能化型 原理：该类专机利用各类高级传感元件，并借助计算机软件系统、数据库、专家系统而具有识别、判断、实时检测、运算、自动编程、焊接参数调用等，操作人员只需在人机界面上输入材料的牌号、板厚、坡口形式、焊丝牌号和直径、焊剂或保护气体种类等，焊接工艺参数自动生成或调用相应参数，即可完成全自动焊接。 特点及应用：成本非常高，实际影响焊接质量的因素很多，所以很难真正完成智能化焊接，在实际生产中很少用到。3返回返回下一页下一页上一页上一页

4、结束结束首页首页5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分，六类二、按行走轨迹分，六类1.点焊专机4返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-3 点焊专机，MAG，碳钢5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分，六类二、按行走轨迹分，六类2. 直线专机5返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-4 直线专机，TIG焊，不锈钢5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分二、按行走轨迹分3. 曲线专机6返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-5曲线专机之环缝专机，双工位， MAG焊，碳钢5.1 自动焊接专机的

5、分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分二、按行走轨迹分4.表面堆焊专机7返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图图5-6 表面堆焊（内、外）专机，表面堆焊（内、外）专机， CMT工艺，镍基工艺，镍基5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分二、按行走轨迹分5. 曲面专机8返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-7曲面专机之球面堆焊专机， CMT工艺，镍基5.1 自动焊接专机的分类自动焊接专机的分类二、按行走轨迹分二、按行走轨迹分6. 多用途专机9返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-8 多用途专机， ETR工艺，镍基5.1 自动焊接专机

6、的分类自动焊接专机的分类三、其他分类方法三、其他分类方法1.根据专机上使用的焊接工艺方法归类，常见的有：TIG焊专机、CO2焊专机、MIG/MAG焊专机、双丝焊专机、埋弧焊专机、电阻焊专机、等离子焊专机等多种类型；2.根据焊接材料的材质归类，常见的有：碳钢专机、不锈钢专机、铝焊专机等；3.根据焊枪数量归类，常见的有：单枪专机、双枪多枪专机；4.根据焊枪的移动方式归类，常见的有：焊枪固定式、焊枪移动式、协调移动式；5.根据工件坡口形式归类，常见的有：对接焊专机、角焊专机、表面堆焊专机等；6.根据焊接工位数量归类，常见的有：单工位专机、双工位专机、多工位专机等。10返回返回下一页下一页上一页上一页

7、结束结束首页首页5.2 自动焊接专机的构成自动焊接专机的构成一、焊接系统一、焊接系统 焊接系统包括焊接电源及焊枪，主要有氩弧焊机、CO2焊机、MIG/MAG焊机、等离子焊机、埋弧焊机等。当然，也有电阻焊，火焰焊、激光焊、电子束焊等焊接形式，由于篇幅有限，我们在此只叙述前面最常用的几种焊接电源。11返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.2 自动焊接专机的构成自动焊接专机的构成二、机械系统二、机械系统 机械系统主要由床身机构、工装夹具及工件辅助支撑机构、焊枪微调机构、焊接工件或者焊枪移动机构等组成。12返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-9 管板自动焊接专机设计原则

8、是机构最简单、控制最简单、工人装卸工件最方便为主。5.2 自动焊接专机的构成自动焊接专机的构成二、机械系统二、机械系统1.床身机构 床身主要对设备起支撑作用，可以用铸造件或者焊接件构成。 由于铸造件生产周期长，成本高，所以基本上采用型材和钢板焊接后，经退火、精加工而成，可以快速制造和成本低，得到大量使用。2.工装夹具及辅助支撑机构 工装夹具及辅助支撑机构可以根据工件的加工面或定位孔，固定工件的相对位置，可以采用手动、气动、电动、液压控制夹具运动，实现装夹和定位工件。3.焊枪微调机构 要焊枪对准焊缝，需要对焊枪的XYZ向进行三维调节，是焊枪的指向对准焊缝，同时根据焊接工艺要求，还需实现各方向的旋

9、转功能。4.焊接工件或焊枪的移动机构 要完成直线、圆周或曲线焊缝的焊接，需要焊枪与工件的焊缝的轨迹的相对运动才能完成焊接要求。可以选择焊枪移动，也可选择工件运动。13返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.2 自动焊接专机的构成自动焊接专机的构成二、机械系统二、机械系统14返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-9 管板自动焊接专机1.床身机构床身主要对设备起支撑作用，可以用铸造件或者焊接件构成。由于铸造件生产周期长，成本高，所以现在基本上采用型材和钢板焊接后，经退火、精加工而成，可以快速制造和成本低，得到大量使用。2.工装夹具及辅助支撑机构工装夹具及辅助支撑机构可以

10、根据工件的加工面或定位孔，固定工件的相对位置，可以采用手动、气动、电动、液压控制夹具运动，实现装夹和定位工件。3.焊枪微调机构要焊枪对准焊缝，需要对焊枪的XYZ向进行三维调节，是焊枪的指向对准焊缝，同时根据焊接工艺要求，还需实现各方向的旋转功能。4.焊接工件或焊枪的移动机构要完成直线、圆周或曲线焊缝的焊接，需要焊枪与工件的焊缝的轨迹的相对运动才能完成焊接要求。可以选择焊枪移动，也可选择工件运动。这个需要根据工件的形状和尺寸来决定设计思路。其设计原则是机构最简单、控制最简单、工人装卸工件最方便为主。如图，环缝焊机是工件运动，焊枪不动。直缝焊机是工件不动，焊枪直线运动。5.2 自动焊接专机的构成自

11、动焊接专机的构成三、电气系统三、电气系统 电气控制系统主要控制夹具的装夹和定位，焊机的启动和停止，焊枪或工件的运动，输送装置的进出等等。 电气控制系统一般有继电器、PLC、单片机、数控系统、计算机等控制形式。 在焊接生产现场，由于焊接飞溅多，水电气线路复杂，电磁干扰大，所以最常使用的有继电器、PLC、数控系统。而PLC由于兼顾了继电器的功能，又可以实现编程控制。随着技术的发展和新产品的出现，现在的PLC还能实现更加复杂的功能，如部分数控功能，如圆弧插补等。所以PLC控制技术在自动焊接专机里得到了最广泛的应用。15返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.3 5.3 典型自动焊专机实例

12、典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架1.1.分类分类 图5-10固定式小十字操作架专机图5-11 固定带回转式十字操作架专机图5-12 移动带回转式十字操作架专机16返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架1.分类：十字操作架主要有固定式、固定带回转式、移动带回转式等多种方式。17返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页整个专机的工作均由操作架完成。能完成左右、上下、前后方向直线移动调节。固定式小十字操作架专机5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架

13、1.分类18返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页整个专机的工作均由操作架完成。能完成左右、上下、前后方向直线移动调节，还能完成以立柱为轴心的周围360水平旋转动作。固定带回转式十字操作架专机5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架1.分类19返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页整个专机的工作均由操作架完成。能完成左右、上下、前后方向直线移动调节，还能完成以立柱为轴心的360水平旋转动作和水平地面上整体移动的动作。移动带回转式十字操作架专机5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架2.固定带回转

14、式十字操作架（以某公司ETR-S系统操作架FCB3000-4000解析）（1）系统功能简述 全称Endless Torch Rotation System ，是一套大型的十字操作架全自动化焊接专机系统。用于在产品表面进行特种性能材料的堆焊操作。适用于平面、球面、环形、矩形、斜形孔等多类型形状的工件表面堆焊；主要应用于石油、天然气、化工、海工等行业重要零部件的焊接。该系统具有非常高的智能化和自动化性能。20返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架2.固定带回转式十字操作架（以某公司ETR-S系统操作架FCB3

15、000-4000解析）（ 2）系统组成21返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-13 ETR-S全自动堆焊系统组成示意图A.系统控制柜；B.控制器；CD.焊接电源；E. 十字操作架（立柱横梁）；F.小十字操作架；G.ETR-S无极送丝系统；H.专用焊枪；I.工件（or + 变位机）5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架2.固定带回转式十字操作架（以某公司ETR-S系统操作架FCB3000-4000解析）（3）十字操作架的用途1）作为手工或自动化焊接专机局部运行机构，完成部分动作；2）作为自动化焊接专机系统工作站，完成所有动作。22返回返

16、回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例一、十字操作架一、十字操作架2.固定带回转式十字操作架（以某公司ETR-S系统操作架FCB3000-4000解析）（4）十字操作架的技术规范 23返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机1.分类 （1）按接头形式分24返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图图5-15 角接式管板自动角接式管板自动专机专机图5-16 嵌入式管板自动专机图5-17 对接式管板自动专机25返回返回下一页下一页上一

17、页上一页结束结束首页首页图图5-15 角接式管板自动专机角接式管板自动专机图5-16 嵌入式管板自动专机图5-17 对接式管板自动专机图5-18 TIG管板自动专机5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机1.分类（2）按工艺形式分：常见有TIG管板专机、MIG/MAG管板专机26返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-18 TIG管板自动专机图5-19 MIG/MAG管板自动专机5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FTW35-118管-板自

18、动焊专机为例解析）27返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-20 管-板自动焊专机应用的焊接位置5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FTW35-118管-板自动焊专机为例解析）（1）专机系统简述 主要由焊接电源、遥控器、专机控制盒、专机焊接头等几大部分组成。28返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-21 FTW35-118管-板全自动焊专机系统组成图5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FT

19、W35-118管-板自动焊专机为例解析）（1）专机系统简述1）专机焊接机头 29返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页 图5-22专机焊接机头(1)锁紧轮(2) FCU-FTW 控制盒接口(3)水平调节装置(4)定位销(5)垂直调整装置(6)旋转调节装置(7)芯轴 5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FTW35-118管-板自动焊专机为例解析）（1）专机系统简述1）专机焊接机头 30返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页 图5-22专机焊接机头(1)锁紧轮(2) FCU-FTW 控制盒接

20、口(3)水平调节装置(4)定位销(5)垂直调整装置(6)旋转调节装置(7)芯轴 主要功能：实现固定和手动万向调节焊枪，用于固定芯轴和多方向调节作用，可实现转速0.01-6rpm 转/分钟。 5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FTW35-118管-板自动焊专机为例解析）（1）专机系统简述2）FCU-FTW控制盒31返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-23 FCU-FTW控制盒主要功能： 总开关2步/4步切换开关焊接过程开始/结束按钮焊缝重叠开关按钮焊枪启动延迟时间设定焊枪收弧驻留时间设定焊

21、缝重叠时间设定 图5-24 控制盒面板5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例二、管二、管- -板自动焊专机板自动焊专机2.管-板自动焊专机（以某品牌FTW35-118管-板自动焊专机为例解析）（1）专机系统简述3）FRC-40遥控器 32返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页主要功能：焊接过程开始/结束焊枪转速设定反转按钮预送丝按钮图5-25 FRC-40遥控器图5-26 FRC-40遥控器控制面板5.3 5.3 典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机1.分类按管子形状和接头形式，常见的有：直管对接自动焊专机、直管与弯管对接自动焊

22、、专机、弯管对接自动焊专机、相贯线自动机等；按焊接工艺，常见的有：TIG自动焊接专机、MIG/MAG自动焊接专机、等离子自动焊接专机、埋弧焊自动焊专机等；按焊枪运动方式，常见的有：焊枪自传式、工件自传式、协同式；按焊头可视性，常见的有：封闭式和开放式两种；按焊枪数量，常见的有：单枪、双枪、多枪多丝等形式；按工作场地，常见的有：野外作业管管自动焊专机、室内预制管管自动焊专机。33返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 1.1.分类分类图5-27 MIG/MAG管管自动焊接专机（直管对接，双枪，碳钢。）图5-28 TIG管管自动焊接专机（直管对接

23、，单枪，铜。）图5-29 等离子管管自动焊接专机图5-30 管管自动埋弧焊专机返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 1.1.分类分类返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-31 太阳能集热管自动焊接专机（直管对接，TIG自动送丝工艺，不锈钢。车间预制管焊流水线。）直管对接，TIG自动送丝工艺，不锈钢。车间预制管焊流水线。图5-32石油管道自动焊接专机（直管对接，碳钢，双丝焊工艺，双头四丝。野外作业管焊工作站。）图5-33封闭式管管自动焊接专机（直管对接，TIG工艺，不锈钢。焊枪自传式，固定或流动安装场合管焊。）5.3 5.3

24、典型自动焊专机实例典型自动焊专机实例三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （1）专机组成36返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页5 焊枪 6弧长跟踪系统1工件 2变位机 3简易滚轮架 7焊接电源（MIG） 4液压电动升降台平台 11控制系统 10辅助导轨 8电动十字滑架 9精密十字操作架 1.工件;2.变位机；3.简易滚轮架；4.液压升降平台；5.焊枪； 6.弧长跟踪系统； 7.焊接电源；8.电动十字滑作架；9.精密十字操作架；10.辅助导轨；11.控制系统三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管

25、自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能变位机：装夹和转动管道，完成焊缝轨迹调整变换。通过倾斜和回转动作将工件置于便于焊接位置的工艺设备，滚轮架作为从动部分对筒体转动。37返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能液压电动升降平台：支撑和升降调节滚轮架，和滚轮架配合使用，完成管道高度调整。弧长跟踪系统：由弧长跟踪器和视频监控系统两部分组成。用于MIG或TIG焊接时通过检测电弧电压，自动调节焊枪高度，或带动焊枪作直线往复摆动以控制焊缝宽

26、度和焊接质量。并通过焊接视频监视系统是通过摄像头观察焊缝及其周围区域38返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页a) 弧长跟踪器 b) 视频监控系统 图5-36弧长跟踪系统三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 焊枪： 与支承架同枪为一体,并自带伺服电机马达从而保证送丝更稳定。在高负荷工作环境下具有暂载率高，寿命长，易损件消耗少，配件更换方便等特点。 39返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-37专用MIG/MAG推拉丝焊枪三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动

27、焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 焊接电源：采用CMT冷金属过渡焊机，获得更高焊接稳定性和提高焊接质量。 40返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-38 CMT冷金属过渡焊机三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 电动十字滑架：由两件互成十字相连的滑板组成，可选手动或电动十字滑架，电动十字滑架的调整移动由步进电机带动丝杠旋转，再由螺母带动滑板移动，在外层十字滑架的移动块上固定支承板、焊枪座、焊枪和三维送丝支架等零部件。十字滑架用以调节焊枪水平和垂直位置焊枪和

28、弧长跟踪系统夹持和调节姿态41返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 精密十字操作架：主要由轨道、行走底盘、回转部件、立柱、横梁、伺服驱动电机、链式履带移动导轨等组成。 42返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-39 精密十字操作架三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 辅助导轨：增加精密十字操作架活动范围。根据待焊管道长度定制。 控制系统：由集中终控器和焊

29、接控制器两部分组成。集中终控器：该终控器采用PLC集中控制方式，通过设定相应的编程和操作界面对熔池观测控制系统进行协调通讯。焊接控制器： 控制系统主要包含两个部分，焊接工艺参数控制和焊接过程控制, 所有焊接参数通过HMI焊接系统控制器编程控制，焊接过程由内部程序控制。 43返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （2）组成部分功能 辅助导轨：增加精密十字操作架活动范围。根据待焊管道长度定制。 控制系统：由集中终控器和焊接控制器两部分组成。集中终控器：该终控器采用PLC集中控制方式

30、，通过设定相应的编程和操作界面对熔池观测控制系统进行协调通讯。焊接控制器： 控制系统主要包含两个部分，焊接工艺参数控制和焊接过程控制, 所有焊接参数通过HMI焊接系统控制器编程控制，焊接过程由内部程序控制。 44返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（以某公司品牌FCW系列管-管专机解析） （3）操作步骤 上料 PLC调节运行轨迹 试运行 焊接 下料 安装新工件 循环生产45返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页三、管三、管- -管自动焊专机管自动焊专机 2. 管-管自动焊专机（4）专机使用范围 材质：碳钢、不锈钢、铝、高温合金等 壁厚: 0.812mm 直径:3001500mm 长度:L1500mm 工件重量：1.0吨 工件形状：直管与直管、直管与弯头。 46返回返回下一页下一页上一页上一页结束结束首页首页图5-40 短管直管对接图5-41 短管直管与弯头对接