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摘要：随着信息化技术发展和普及，数字化已经成为制造行业信息化生产的基础，焊接作为制造业最基本的加工手段，在焊接工艺发展中有着重要的地位。对数字化技术在焊接工艺中的应用发展做出了展望，希望能够促进焊接工艺自动化与智能化，为我国制造行业发展打下坚实的技术基础。
关键词：数字化技术；焊接工艺；发展前景
引言
随着现代化信息技术发展，数字化技术被应用于各行各业当中，焊接技术是材料加工的重要技术手段，是制造行业中不可或缺的一部分。数字化焊接技术主要依托于计算机与网络技术，通过对数字信息进行处理来实现焊接全过程数字化控制，从而达到自动化焊接目标。基于计算机与互联网技术，焊接工艺参数可以建立专家数据库，并具备许多优点，例如焊接设备制造模块化、工艺参数专家化、过程控制数字化、生产过程智能化以及技术管理网络化等。总之，数字化焊接技术不仅可以提高产品质量和使用寿命，还能够减少材料损耗、降低生产成本，从而提升装备制造业整体水平，为我国制造行业发展奠定技术基础。
1总体设计
1.1功能划分与实现
氢氧微火焰自动锡焊系统主要由四大模块组成，分别是氢氧微火焰发生模块、送丝模块、焊针和送丝针头进给控制模块、焊点定位模块。四大模块可以实现单独控制，并由上位机示教器进行焊接参数设置，之后和外部安全设施部分、供电部分、外部支撑部分组合，构成整个氢氧微火焰自动锡焊系统，其架构如图1所示。
1.1.1氢氧微火焰发生模块
氢氧微火焰发生模块由气体发生器、防回火安全装置、火焰针头等组成，。气体发生器，通过电离去离子水生成稳定的氢氧混合气体；防回火安全装置是氢氧微火焰发生器的主动防御装置，在气体管路中安装防回火装置能阻止氢氧焰火返回气体管路，保证系统中气体的燃烧安全；焊接火焰针头（焊针），位于氢氧焰管路末端，根据不同焊接对象对焊接工艺的要求，可选择不同孔径的火焰针头，确保焊接质量和焊接效率。用户通过调节气体发生器上的流量旋钮控制气压大小，生成稳定合适的氢氧微火焰焊接热源。
1.2.2送丝模块
送丝模块的主要作用是将锡丝按照工艺要求的速度和长度、准确地输送到焊接目标点。该模块主要由示教器、运动控制器、R轴步进驱动器及电机、送丝轮传动机构组成。该模块选用示教器为上位机，示教器可对用户及送丝工艺进行选择设置并将设置参数传至运动控制器。运动控制器将接收到的参数转化成数字信号并传递向R轴步进驱动器及电机，电机运行控制送丝模块运作，将锡丝送至指定位置。
1.2.3焊针、送丝针头进给控制模块
焊针、送丝针头进给控制模块由示教器、运动控制器、电磁阀、气缸、限位传感器等组成。运动控制器对焊针和送丝针头进行运动控制，以特定的位置、时间、焊接顺序对焊点进行锡焊。在示教器中输入预热、加热、送丝时间等参数；运动控制器在收到上位机参数后控制电磁阀进行气缸进气方式，促使火焰针头和送丝针头运行，完成对单个焊点的焊接工作，火焰针头和送丝针头所在轴搭载的限位传感器对其有限位和归原作用。
1.2.4焊点定位模块
焊点定位模块，主要实现PCB焊点焊接位置的精确定位。该模块是由相机和XYZ笛卡尔直角坐标运动控制[6]平台组成。工件上的焊点位置可由CAD图形自动生成，或是示教标定，工件安装在工作台上后，相机自动完成工件识别和定位，在执行焊接动作的时候，运动控制器负责把运动分为笛卡尔坐标系的X、Y、Z三个方向上的运动信号，三轴将接收到的电信号解码转换为电动机的驱动信号并放大信号，之后传至各轴的电机，使其运行。在运动同时，电机将位置信息信号反馈至运动控制器，以实现内部循环控制，从而达到PCB运动平台、送丝及二维可调位置夹具的精确定位。
2焊接过程数字化
焊接过程数字化是指在实施焊接过程中，建立数字化焊接生产线，自动化焊接设备可以调用数据库参数进行焊接。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆近年来，国外相关研究单位取得了显著成绩，例如美国焊接研究所制订了焊接信息网技术（WeldingInformationNet-work，WIN），旨在整合焊接数字化信息资源；再例如由Costa和Norrish共同研发的焊接缺陷预测系统，利用数据库资源对焊接工艺进行分析，可以预测焊接缺陷，有效地减少了焊接缺陷。国内在数字化焊接过程方面研究起步较晚，主要研究方向集中在工艺评定数据库、工艺设定数据库以及焊接材料数据库等方面。国内一些优秀高校，如清华大学、哈尔滨工业大学等与企业进行了深入合作，研发出了弧焊工艺数据库及专家系统，并且在企业生产中取得了较好的应用效果。
3焊接检验数字化
随着焊接自动化发展，焊接检测也逐渐向自动化方向发展，自动化检测、机器人检测以及在线检测技术被应用到实际生产工作当中。数字化技术应用于焊接检验具有量程大、精度高、反应快等优点，尤其在汽车车身焊接过程中，采用自动化焊接技术，不仅能够提高产品合格率，而且可以起到节约成本的目的。匹配PLC输出类型，在系统改造过程中，必须保证外围设备和PLC输出类型相匹配，否则系统难以正常运行。PLC输出类型较多，按照输出端负载可分为直流型和交流型；根据电流大小可分为大电流型和小电流型；根据输出点动作以及不同频率分类，可分为继电器、晶体管和晶闸管三种。无论哪一种方式，必须能够保障系统安全和稳定。必要的保护措施，在机床设备运作中，应该在继电器和接触点安装互锁保护装置。在PLC梯形图中，机床本身可以进行反转控制，但是主电路中的交流接触器触点会因为短时间通过电流过大或使用时间过长出现熔焊现象，导致短路或引发更加严重的事故。所以，加上硬件互锁相当于给设备上了双重保险。最后，还要对机床重要防护部分进行硬件处理，可以在PLC输出端设置急停按钮或者紧急限位开关，保证设备正常安全运行。
4焊接材料数字化
焊接工艺数字化是数字化焊接技术中重要组成部分，主要包括母材、焊接方法、焊接材料、坡口形状和工艺条件等焊接参数数据库。从20世纪80年代以来，欧美发达国家学者已经开始对焊接专家数据库进行深入研究，其中美国焊接所最早研发出了焊材选用数据库，欧美各国焊接材料数据库研发情况。
5焊接情况分析
5.1层间温度控制
焊接过程中，每焊完一道焊缝再进行下一道焊缝焊接之前，使用红外线测温仪进行层间温度的测量，层间温度低于焊接工艺规程要求的值方可进行下一道焊缝的焊接。为减少在焊接过程中焊缝的高温停留时间，加快焊缝冷却速度，防止出现δ相和475℃脆化，避免晶间腐蚀裂纹的发生倾向，可使用蘸有纯净水的干净的白布贴敷在管道坡口两侧来加快焊缝及两侧母材的降温速度，从而提高生产率，细化晶粒组织，提高焊缝的综合性能。
5.2焊接过程中的注意事项
各项工艺参数必须严格控制在焊接工艺规程规定范围之内。采用直线运条，不作横向摆动，大口径焊口采用双人对称焊，层间焊接接头要错开15~20mm，收弧一定要填满。每道焊缝厚度不要超过焊条直径.
5.1焊后检测
焊后对焊缝进行100%外观检查，外观检查合格后进行相应的无损检测。
结语
在现代化生产过程中，PLC凭借自身诸多技术优势，被广泛用于机床电气控制工作之中，该技术不仅能够及时解决机床应用中出现的各种问题，还可以有效降低改造成本，给企业带来更多经济效益。总而言之，PLC技术在机床电气中加以应用是顺应科技时代发展趋势的，希望通过本文研究，能够提升相关技术人员对PLC技术研究的热情，为企业和社会创造更多效益。
参考文献：
［1］CamilloJ.ComputrolKeepsPCBSolderingSimple，Suc?cessful［J］.Assembly，2015，58（2）：25-26
［2］闫鑫鑫.氢氧微火焰自动锡焊机的设计和PCB插件焊接工艺研究［D］.深圳：深圳大学，2017.
［3］陈强，王一雄.PCB焊点焊接缺陷原因分析［J］.印刷电路信息，2014（3）：67-70.
［4］袁晓波，雷毅.一种新型氢氧焰回火防止器设计及有限元分析［J］.石油化工设备，2006，35（2）：37-39.
［5］康存锋，杨建武，费仁元，等.开放式PC型运动控制器的研究［J］.中国机械工程，2004，15（9）：800-802.
［6］李传明，崔更申，尹鹏，等. 基于 STM32F4 的电机控制系统设计 ［J］ . 计算机测量与控制，201523（10）：3370-3376.
［7］Wang F. Study and Application of the Socket Communi?cation Based on Multithreading in Linux［J］. Comput?er Engineering & Applications，2004，40（16）：106-109.
论文作者:常天亮,陈庆生
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第22期
论文发表时间:2019/5/24
标签：模块论文; 针头论文; 火焰论文; 控制器论文; 焊接工艺论文; 数据库论文; 参数论文; 《建筑细部》2018年第22期论文;