摘要：传统的燃气自动焊接机的焊接广泛采用手工电焊方式，其生产效率低下、劳动强度大、质量也很难保证。本文设计了一种基于流量控制的燃气自动焊接机，它采用PLC控制器来控制直接式质量流量的测量方法，进一步来控制可燃气体流量，同时对装置的机械结构进行了优化设计，提高了焊接产品的质量和生产率，适应了企业扩大生产规模的需求，从客观上改善工人的工作环境，对企业的发展、技术进步及创造良好的经济效益和社会效益都具有十分重要的意义。
关键词：燃气自动焊接机；流量控制；PLC控制器；设计
1 引言
燃气自动焊接机，主要适用于热交换的连续焊接工况，工件被放到传送带上后，首先是往铜管中充入氮气防止在焊接过程中铜管的内部发生氧化现象，然后工件会先后进入预热区、焊接区、保温区，用燃烧的混合气体（天然气和氧气）将U型铜管弯头上的焊环熔化，是U型铜管弯头与发夹管融为一体，最后经过压缩空气冷却后完成最终的焊接工作，燃气自动焊接机在家用空调热交换器的生产线中广泛使用。
目前，家用空调换热器芯体与U型铜弯头之间的焊接仍广泛采用手工电焊方式，生产效率低下，工人的工作环境恶劣、劳动强度大，且需要专门焊接人员从事。对于大规模批量生产，尤其是自动流水线生产使用起来不方便，质量很难保证。
2 基于流量控制的燃气自动焊接机系统的设计
本文设计了一套基于流量控制的自动燃气焊接装置，它根据自动焊接的要求优化机械传动系统、电气控制系统的设计与制作，实现焊接工件通过履带式传动，焊炬前后、上下、倾斜角度可以调节，可燃气流量通过触摸屏的设定自动调节。
如图1所示，基于流量控制的燃气自动焊接机系统包括PLC控制器、触摸屏、模拟量扩展模块、质量流量计、混合气体、指示灯单元、开关单元、串口通讯模块、变频器。其中：PLC控制器的输入端与模拟量扩展模块、触摸屏、指示灯单元、开关单元、串口通讯模块电连接，串口通讯模块输出端与变频器电连接，模拟量扩展模块的输入端与质量流量计电连接，质量流量计的输入端与混合气体连接。本基于流量控制的燃气自动焊接机系统中，PLC 控制器读取质量流量计采集到的混合气体的信息，进而实现了直接式质量流量测量方法控制燃烧的混合气体（天然气、氧气、氮气、压缩空气的混合）的流量，替代手动玻璃转子流量计调节，并通过串口通讯模块与变频器进行控制，实时测量并做出反馈。同时，PLC 控制器控制开关单元的接口获取并存储数据以及控制变频器和指示灯单元动作。
本基于流量控制的燃气自动焊接机系统中的模拟量扩展模块，用于将采集到的模拟信号经处理后集中送至PLC控制器综合整理。本文中的模拟量扩展模块为EM235模块，EM235模块有4路模拟量输入和4路模拟量输出，可完成质量流量计对混合气体数据的采集，以及输出4路模拟量控制变频器的运行。触摸屏用于进行参数设置以及设备监控和模拟调试功能；开关单元，用于动作控制、功能切换，由用户自定义，其功能等同于按钮单元，只是通过开关的不同档位进行切换；指示灯单元，用于状态指示，由用户自定义，如指示灯亮代表系统运行中，指示灯闪烁代表系统运行错误；按钮、开关和指示灯可以是多个。
3 燃气自动焊接机机械系统的设计
燃气自动焊接机主要由床身、输送传动机构、升降传动机构、焊炬装置、管路系统、电控箱等组成。
1、床身：用于安装输送传动机构、升降传动机构、焊炬装置、燃气控制箱及管路系统、电控箱等部件。
2、输送传动装置：由电机、减速机、链轮、链条、不锈钢平顶链所组成，该机构的作用是平稳、连续输送工件。
3、升降传动机构：由减速电机、齿轮箱、扇齿轮、丝杠付等组成，该机构的作用是根据工件的高度来调整焊咀的高度，使焊咀高度与工件高度相适应。
4、焊炬装置：可以实现焊咀的高度微调、两排焊咀水平距离的调整、焊咀倾斜角度的调整，使焊咀与工件相对位置更加精确。
4 本文的特点与创新之处
（1）本文设计的焊炬装置，上下、前后、角度用手轮调节，有刻度显示，保证焊炬调节过程保持一致，也可以根据需要使用伺服电机调节。其稳定性高、成本低、维护简单，不需要进行过多的培训即可上岗。
（2）本文设计的人机交互系统，把PLC控制器、触摸屏、模拟量扩展模块、质量流量计、混合气体、指示灯单元、开关单元、串口通讯模块、变频器结合起来，实现远程对可燃气体流量的自动调节，可以极大提高焊接效果，降低漏焊率。
（3）随着工业生产的发展，质量流量测量技术发展的重点是质量流量直接式测量方法，这种方法不引入其他因素带来的测量误差，提高了测量准确度，可以实现对各种介质在复杂环境条件下的高准确度、高可靠的测量。
（4）使用直接式质量流量测量方法控制燃烧的混合气体（天然气、氧气、氮气、压缩空气的混合）的流量，替代手动玻璃转子流量计调节，并可扩展用计算机远程控制，实时测量并做出反馈。
（5）用触摸屏实现人机交互。
5 结语
目前，国内大多使用人工焊接或使用玻璃转子流量计控制的焊接机，调节多依赖操作工人的经验。传统的人工焊接已经满足不了现代产品制造的质量与性能要求，自动化焊接是现代化焊接的趋势。本文设计的基于流量控制的自动燃气焊接装置，它根据自动焊接的要求优化机械传动系统、电气控制系统的设计与制作，实现焊接工件通过履带式传动，焊炬前后、上下、倾斜角度可以调节，可燃气流量通过触摸屏的设定自动调节。本研究开发专用的自动焊接机代替现有的普通人工焊接，提高了焊接产品的质量和生产率，适应企业扩大生产规模的需求，从客观上改善工人的工作环境，这对于企业的发展、技术进步及创造良好的经济效益和社会效益都具有十分重要的意义。
6 参考文献
[1] 邓辰. 基于PLC及质量流量计的新型燃气自动焊接机控制系统设计[J]. 机电信息，2015，（09）：152-153.
[2] 魏东. 履带式翅片燃气自动焊接机的研制[J]. 机械设计与制造，2007，（04）：110-112.
[3] 肖贤锋，曾润平，张奎. 履带式燃气自动焊接设备及工艺改进[J]. 电焊机，2006，（12）：66-67.
[4] 刘强. PLC在自动燃气焊接机中的应用[J]. 机床电器，1996（1）：27-28.
[5] 赵智忠，王双林. PLC在燃气自动焊接机中的应用[J]. 机电一体化，2002（6）：41-43.
论文作者:王蔷
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第06期
论文发表时间:2019/8/13
标签：燃气论文; 质量论文; 流量计论文; 焊接机论文; 模块论文; 工件论文; 气体论文; 《科学与技术》2019年第06期论文;