基于PLC控制的自动高效环焊缝焊接系统

（云南建投机械制造安装工程有限公司，云南 昆明 651701）

0 前言

环缝焊接是指各种圆形、环形焊缝的焊接，在管道施工、容器、化工设备等生产安装中具有极其重要的地位[1]。

先进的焊接设备是高效高质焊接的重要保证[2]。目前常见的自动环缝焊机大多采用焊枪位置固定、工件回转运动的方式施焊，该方法虽然焊接过程稳定，焊缝质量高，可减轻工人的劳动强度，但存在焊接效率低下、在环形焊缝不连续时操作复杂无法施焊等问题。针对上述问题，将变位机进行适当改造，使其能同时装夹3把（甚至4把）焊枪，利用PLC可编程控制器控制变位机和多把焊枪协同作业，提高环形焊缝的焊接生产效率，并解决普通环缝焊机在环形焊缝不连续时无法施焊等问题。该焊接系统生产效率高，是普通自动环缝焊机的3倍以上，能适应各种环形焊缝焊接，自动化程度高、设备简单、操作简便、焊接质量稳定。

1 技术方案

（1）解决焊接生产效率低的问题。

常见的自动环缝焊机及变位机虽然过程自动化，但一把焊枪进行施焊的方式焊接效率低。本系统采用多把焊枪协同焊接的方式来提高焊接效率。在焊接单条环形焊缝时，其原理如图1所示，1、2、3号焊枪分别沿环形焊缝呈120°设置。在施焊时，PLC控制3把焊枪起弧，同时控制变位机带动焊件旋转，转过120°后PLC控制变位机停止工作，3把焊枪随之熄弧，此时，①、②、③段焊缝连接成一条完整的环焊缝。整个过程用时仅为普通环缝焊机的1/3，在批量化生产时其高效性尤为显著。

图1 多焊枪焊接单条环形焊缝的焊接原理

焊接多条环形焊缝的原理如图2所示，1、2、3号焊枪分别调整至3条环焊缝的起弧点位置，工件装夹在变位机上并调整至水平位置。施焊时，利用PLC同时控制3把焊枪和变位机，旋转一次即可完成整个工件上3条焊缝的焊接。

图2 多焊枪焊接多条环形焊缝的焊接原理

（2）解决不连续环形焊缝的问题。

普通自动环缝焊机的生产方式决定了其焊缝不连续操作时过程复杂且效率低的问题。本系统解决该问题的原理如图3所示，1、2、3号焊枪沿环形焊缝呈120°布置在焊接起弧点处，工件无需旋转一周，焊枪也无需二次起弧，只需变位机带动焊件旋转一定角度就能完成焊接。

图3 解决不连续环形焊缝的原理

（3）解决任意弧长、不连续环形焊缝的焊接难题。

在任意弧长、不连续环焊缝焊接时，工件的每条环焊缝弧长都不相等且不连续，普通环缝焊机难以适应，本系统利用PLC分别控制3把焊枪不同的通断时间和变位机工作时间来解决。原理如图4所示，1、2、3号焊枪分别布置于工件3条不等弧长焊缝的起弧点，针对不同弧长的焊缝提前给PLC编定程序。施焊时，变位机带动焊件旋转，待3把焊枪都分别完成焊接作业后，PLC发出信号控制焊枪及变位机停止工作，即一次焊完整个环形面上3条任意弧长的环形焊缝。

2 系统构成

焊接系统的构成包括旋转变位机、三维调节焊枪夹具、气保焊枪和PLC等，如图5所示。

图4 解决任意弧长、不连续环形焊缝的原理

PLC为主要控制系统，负责接受用户编程并传达各种控制指令[3]。例如，PLC计时控制每把焊枪的通断电时间以及变位机的工作时间。旋转变位机是主要的运动机构，可独立调速，负责带动工件做回转运动，并可变换工件空间焊接位置，增大适用范围[4]。气保焊枪是该系统焊接工作的执行者，能接受PLC发出的指令进行施焊。三维调节焊枪夹具则起到定位和调节焊枪位置的作用[5]。

3 工作过程

图5 系统构成

以任意弧长、不连续环形焊缝焊接为例阐述系统的工作过程。在焊接任意弧长、不连续环形焊缝时，首先设定好焊接电源的参数值以及旋转变位机的转动速度（即焊接速度），其次针对焊接工件不同弧长的焊缝对PLC进行编程，设定1号焊枪工作时间n1秒，2号焊枪工作时间n2秒，3号焊枪工作时间为 n3秒，假设 n1＜n2＜n3，则变位机的工作时间为最大值n3秒。上述程序调试工作完成后装夹工件，按照焊接方向调整焊枪位置，使焊枪焊丝对准焊缝起弧点，并保持一定的干伸长度，完成准备工作。施焊时，按下启动开关，给PLC一个输入信号，PLC运行用户编写的程序，发出输出信号给焊枪和变位机。3把焊枪开始起弧，同时变位机开始带动工件旋转施焊。待经过n1秒后1号焊枪焊接完成，PLC发出一个电信号控制1号焊枪熄弧，其他焊枪及变位机继续工作。同上，经过n2秒后，控制2号焊枪熄弧。直到n3秒后，PLC发出信号控制变位机及3号焊枪停止工作。至此，完成整个工件环焊缝的焊接。

4 结论

利用PLC的编程和计时控制功能，能够实现多把焊枪和旋转变位机间的协同作业，并且针对不同工件的焊缝形式，只需编写不同的PLC程序就能轻松适应各种焊缝的焊接，满足用户的不同需求。该系统焊接效率高，自动化、柔性化程度高，结构简单，操作方便。