引言

目前,水下焊接技術(shù)已經(jīng)成為海洋工程、油氣管道、核電工程、船舶工程以及橋梁工程等諸多水下結(jié)構(gòu)維修的必備技術(shù)手段。水下濕法焊接因其具備裝置簡單、焊接成本低等優(yōu)點(diǎn),目前在不超過30m水深的環(huán)境下應(yīng)用最為廣泛。但是焊接操作者在水下環(huán)境中進(jìn)行濕法焊接時(shí),由于無法看清電弧和焊縫位置,既要進(jìn)行焊接方向的行走運(yùn)動(dòng),又要進(jìn)行焊條的送進(jìn)動(dòng)作,這對操作者技能提出了巨大挑戰(zhàn),且目前所用的水下焊條盡管添加了大量造氣劑和穩(wěn)弧劑,但引弧過程仍然比較困難,難以滿足要求。

鑒于此,本文設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)送進(jìn)焊條的水下濕法焊條半自動(dòng)焊接試驗(yàn)裝置,并基于PLC對該裝置的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了水下濕法焊條電弧焊過程的自動(dòng)送條和輔助回抽引弧過程。

1水下濕法半自動(dòng)焊條電弧焊試驗(yàn)裝置系統(tǒng)

該試驗(yàn)裝置系統(tǒng)(圖1）主要由焊接電源、微型油缸、液壓站(含泵機(jī)和電磁換向閥）、焊條送進(jìn)機(jī)構(gòu)(含聯(lián)軸器和夾頭）、水槽、工作臺(tái)、控制箱、油管、焊接電纜、信號(hào)線等組成。

該系統(tǒng)工作過程是利用液壓站為微型油缸供油,利用微型油缸活塞桿的移動(dòng)帶動(dòng)焊條做直線運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)焊接過程中焊條的自動(dòng)送進(jìn)和回抽。焊接電源、焊接工作臺(tái)、焊接工件、焊接電弧、水下焊條、焊條夾頭以及焊接電纜則組成了焊接回路。為了防止焊接過程中微型油缸帶電,聯(lián)軸器采用絕緣橡膠材料制成。

2液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。油箱的減摩液壓油經(jīng)過濾器后在泵機(jī)作用下,經(jīng)電磁換向閥通過A、B口供給微型油缸的兩個(gè)進(jìn)油口,分別對應(yīng)圖1的上進(jìn)油口和下進(jìn)油口,以此實(shí)現(xiàn)焊條的送進(jìn)與回抽功能。其中,A口與油缸之間串聯(lián)高精度的調(diào)速閥,以實(shí)現(xiàn)焊條送進(jìn)過程中送進(jìn)速度的調(diào)節(jié)。焊條回抽時(shí),調(diào)速閥調(diào)節(jié)不起作用,一方面方便更換焊條的快速回抽,另一方面在輔助回抽引弧時(shí)達(dá)到快速回抽引弧的目的。

3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

3.1泵機(jī)啟動(dòng)停止控制

泵機(jī)的主電路圖和控制電路如圖4所示。

泵機(jī)的啟動(dòng)、停止控制電路比較簡單。通過梯形圖程序,當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕sB2后,PLC輸出繼電器Y0導(dǎo)通后實(shí)現(xiàn)Y0的自鎖,這樣交流接觸器KM線圈得電,主電路中KM主觸點(diǎn)閉合,泵機(jī)啟動(dòng)。按下停止按鈕sB1后,通過梯形圖程序,輸入繼電器x0斷開,輸出繼電器Y0也斷開,主電路中交流接觸器KM主觸點(diǎn)斷開,實(shí)現(xiàn)停轉(zhuǎn)。繼續(xù)按下sB2后,動(dòng)作重復(fù)。注意主電路中泵機(jī)U、V、w三相不能接反。

3.2焊條送進(jìn)、回抽控制

焊條的送進(jìn)、回抽控制電路如圖5所示,結(jié)合圖2的液壓系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析。

與泵機(jī)的啟動(dòng)、停止控制電路類似,在焊條送進(jìn)、回抽控制電路中,利用電磁換向閥的左右兩個(gè)線圈KM1和KM2分別控制焊條的送進(jìn)和回抽。當(dāng)開關(guān)sB4閉合后,KM1線圈得電,同時(shí)常閉觸點(diǎn)KM1斷開,KM2線圈失電。形成互鎖后,保證圖2中的微型油缸活塞桿往右移動(dòng),即圖1中的活塞桿下移,焊條送進(jìn)。反之分析一樣,開關(guān)sB5閉合,則焊條回抽。通過梯形圖程序,在送進(jìn)程序和回抽程序中均串入輸入繼電器x2的常開觸點(diǎn),則可實(shí)現(xiàn)sB3的焊接暫停過程。

在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)焊條輔助回抽引弧功能稍微復(fù)雜。利用霍爾電流傳感器的輸出電壓信號(hào)接入三菱Fx3U系列PLC的AI模塊Fx3U-4AD后,由PLC處理該信號(hào),并和閾值相比較。如果焊條送進(jìn)時(shí)與焊接工件相接觸形成短路,則Fx3U-4AD接收到的電壓信號(hào)大于閾值,此時(shí)通過程序讓Y2斷開,Y3置閉合1s,輔助焊條回抽實(shí)現(xiàn)引弧過程,然后繼續(xù)恢復(fù)Y2的閉合,斷開Y3,繼續(xù)進(jìn)行焊接過程。如果Fx3U-4AD接收到的電壓信號(hào)小于閾值,則說明焊條尚未碰到焊接工件,繼續(xù)送進(jìn)焊條。以上程序可用圖6的軟件流程進(jìn)行說明。

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了水下濕法半自動(dòng)焊條電弧焊試驗(yàn)裝置系統(tǒng),設(shè)計(jì)了泵機(jī)啟動(dòng)停止控制和焊條送進(jìn)、回抽電氣控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程、程序,該系統(tǒng)經(jīng)過仿真和實(shí)際運(yùn)行,證明了其能達(dá)到預(yù)期效果。