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摘要：工業(yè)刀片是各類剪切機(jī)不可缺少的主要工作部件和磨損件，其毛坯由低碳鋼刀身(原用切削加工成形)和工具鋼刀頭兩部分熱鍛合而成。過(guò)去由于燃油爐高溫加熱過(guò)程材料表面氧化嚴(yán)重，易引起刀頭與刀體間鍛合不良。后改用MAG焊接方法預(yù)先將主、副刀體和刀頭材料沿結(jié)合縫焊合，形成氣密連接后再進(jìn)行熱鍛，是一種學(xué)習(xí)國(guó)外的優(yōu)質(zhì)低耗先進(jìn)工藝方法。其中比較關(guān)鍵的一部分是焊接設(shè)備和焊接工藝的選擇。

1.概述

工業(yè)刀片是各類剪切機(jī)不可缺少的主要工作部件和磨損件，其毛坯由低碳鋼刀身(原用切削加工成形)和工具鋼刀頭兩部分熱鍛合而成。過(guò)去由于燃油爐高溫加熱過(guò)程材料表面氧化嚴(yán)重，易引起刀頭與刀體間鍛合不良。后改用MAG焊接方法預(yù)先將主、副刀體和刀頭材料沿結(jié)合縫焊合，形成氣密連接后再進(jìn)行熱鍛，是一種學(xué)習(xí)國(guó)外的優(yōu)質(zhì)低耗先進(jìn)工藝方法。其中比較關(guān)鍵的一部分是焊接設(shè)備和焊接工藝的選擇。

2.焊接方法和工藝

新工藝刀坯采用全組合式拼裝，主、副刀體(低碳鋼)和刀頭(工具鋼)呈倒“品”字型拼合，在其外表面形成3條縱焊縫(分布于上、左、右3面)，兩橫端面各有T形短焊縫，見(jiàn)圖1(刀體采用兩塊低碳鋼板拼制可以節(jié)約大量鋼材和加工工時(shí))。毛坯長(zhǎng)度大約1～1.5m，寬度0.2 ～0.3m，總厚度約50～60mm。

焊接要求將分布在5個(gè)表面上的7條拼縫沿外表面焊合(而不要求將內(nèi)結(jié)合面焊合)，是為了完成預(yù)連接并形成對(duì)于內(nèi)部T形結(jié)合面的氣密，防止由高溫氧化引起熱鍛合不良。因此，各條焊縫必須相互連續(xù)，不能出現(xiàn)接頭裂縫或不熔合。

用戶設(shè)計(jì)先用半自動(dòng)MAG方法手工完成橫斷面4條短焊縫的焊接，焊接工作量大的3條縱焊縫則采用3頭自動(dòng)MAG專用焊機(jī)一次焊成，后者是本文主要描述的問(wèn)題。

焊接接頭不開(kāi)坡口(主刀體往往帶圓角)，單道焊縫，不擺動(dòng)焊槍。選用固定式龍門架安裝3套槍架及送絲機(jī)構(gòu)、焊絲盤，配合輥道式傳送臺(tái)架和上、下工件裝置，形成專用焊接工位。傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用調(diào)速控制，要求焊接線速度在0.3～0.8m/min范圍可調(diào)且穩(wěn)定。

選用φ1.2mm的鍍銅實(shí)心低碳鋼焊絲以獲取較大熔深。規(guī)范選擇主要考慮以獲取較大的熔深和適當(dāng)截面的金屬堆積為目標(biāo)。根據(jù)《焊接手冊(cè)》，可考慮的焊接電流范圍是220～250 A，因此選用額定電流350～400A的MAG焊機(jī)是合適的。保護(hù)氣體用CO2或混合氣(Ar+CO2) ，由試焊決定。

3.MAG自動(dòng)焊專機(jī)

(1)焊機(jī)選用要求配合MAG自動(dòng)焊的焊機(jī)，要引弧快速可靠，收弧自動(dòng)除小球，輸出電壓穩(wěn)定，送絲穩(wěn)定，可靠性好，能連續(xù)工作，控制重復(fù)性好和焊接飛濺小。在現(xiàn)有的抽頭式、晶閘管、IGBT逆變式三類焊機(jī)中，只有后者最能全面滿足上述要求。

結(jié)合系統(tǒng)需求和本單位研發(fā)制造能力，我們選擇NZC—400IGBT分體式MAG/CO2焊機(jī)作為專用配套焊機(jī)(見(jiàn)圖2)。該機(jī)具有多折線形平外特性、獨(dú)特的電子電抗器和慢送絲引弧、衰減式除小球收弧控制功能，具有極佳的動(dòng)特性，特別適合在噴射過(guò)渡狀態(tài)下運(yùn)用。另外，采用場(chǎng)效應(yīng)管高頻斬波式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，對(duì)送絲電動(dòng)機(jī)提供較硬的特性和快速響應(yīng)能力，使得送絲平穩(wěn)有力。IGBT逆變器主回路采用經(jīng)過(guò)大批量生產(chǎn)考驗(yàn)的設(shè)計(jì)與用料方案，能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，可靠性很好。

(2)焊槍和焊接機(jī)構(gòu) 由氣冷式MAG焊槍和三軸自由度槍架、送絲機(jī)構(gòu)、25kg標(biāo)準(zhǔn)絲盤及托架組成MAG焊機(jī)頭。三套機(jī)頭按照左、右、上三條焊縫位置相應(yīng)地固定在龍門式機(jī)架上，分別通過(guò)電纜、控制電纜、氣管連接各自對(duì)應(yīng)的NZC—400IGBT焊機(jī)。焊絲干伸長(zhǎng)、行走角、工作角、對(duì)準(zhǔn)焊縫等均可以靈活調(diào)整，采用手工一次調(diào)整方式。三頭MAG自動(dòng)焊專機(jī)如圖3所示。

(3)傳動(dòng)和控制機(jī)構(gòu) 待焊工件隨水平傳動(dòng)輥道做等速縱向移動(dòng)，經(jīng)過(guò)MAG焊接機(jī)架時(shí)進(jìn)行焊接，再進(jìn)入待檢工位。如有不合格焊縫，需經(jīng)人工半自動(dòng)MAG補(bǔ)焊，返修至合格。傳動(dòng)采用3相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，配用變頻器進(jìn)行調(diào)速，可正向/反向傳動(dòng)。

采用一套PLC控制系統(tǒng)對(duì)3臺(tái)NZC—400IGBT焊機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行聯(lián)合控制?？刂品绞接信浜衔恢脗鞲衅鞯娜詣?dòng)連續(xù)方式和手控-半自動(dòng)工作方式，后者供設(shè)備調(diào)試或小批量生產(chǎn)時(shí)用。

控制系統(tǒng)能夠集群控制，也能各別控制焊機(jī)的動(dòng)作，以進(jìn)行焊接或測(cè)試，能夠識(shí)別焊機(jī)動(dòng)作故障；但受投資限制，不能提供明了的人-機(jī)對(duì)話。焊接電弧電壓、焊接電流(送絲速度)可分別由各臺(tái)NZC—400IGBT逆變焊機(jī)設(shè)置和調(diào)節(jié)。

4.焊接工藝試驗(yàn)

(1)3個(gè)焊接位置中，有一個(gè)平焊位置、兩個(gè)橫焊位置，采用的規(guī)范參數(shù)按后者統(tǒng)一。按照焊縫熔合好、飛濺小(對(duì)連續(xù)自動(dòng)焊接有利)這兩個(gè)最基本的目標(biāo)，對(duì)焊接電流、電弧電壓、焊接線速度、分段焊接方法、活性氣體成分等多種因素進(jìn)行了大量對(duì)比試驗(yàn)，最后獲得了較合適的焊接工藝參數(shù)和滿意的焊接質(zhì)量。其中值得一提的有防止焊縫開(kāi)裂和減低焊接飛濺量?jī)?項(xiàng)。

(2)由于縱向焊縫較長(zhǎng)，輸入總熱量較大，工件受熱不均勻?qū)е录羟凶冃?，殘留?yīng)力較大。通常的解決方法有降低焊接熱輸入、工件預(yù)熱、分段焊接等幾種。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和試驗(yàn)表明，還是以分段焊接較好，能夠消除焊縫開(kāi)裂現(xiàn)象。

(3)所選焊接規(guī)范屬于臨界范圍，在CO2氣氛中易發(fā)生非軸向混合過(guò)渡，飛濺多且顆粒較大，容易引起噴嘴堵塞，且焊縫外觀較差。為此，我們將氣體由CO2改成富氬混合氣(含85%Ar，CO2余量)后，熔滴過(guò)渡趨向噴射過(guò)渡型，飛濺量明顯降低，焊槍噴嘴被堵塞的機(jī)率大大下降，焊縫成形情況較好。

5.結(jié)語(yǔ)

本套設(shè)備交付用戶使用已近5年，滿足了刀坯新工藝生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的需求，取得了良好的效果。經(jīng)長(zhǎng)期使用考驗(yàn)，除了在電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間受阻(由于導(dǎo)電嘴堵絲引起)的超載狀態(tài)下送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)單元偶有故障(已作改進(jìn))外，3臺(tái)IGBT逆變NZC—400焊機(jī)總體表現(xiàn)上佳，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，該型焊機(jī)和3頭MAG自動(dòng)焊專機(jī)確實(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用要求。

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逆變多頭MAG刀坯自動(dòng)焊專機(jī)

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