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技術論壇

回顧等離子堆焊機的進化史(下篇)

[ 來源:http://www.805402.live/   作者:閥門堆焊機廠家  修改時間:2020/5/23 15:59:32  瀏覽次數:2249]
 

回顧等離子堆焊機的進化史(下篇)

在上世紀,武漢由于是國家級研究中心,所以有雄厚的科研基礎和人才儲備。加上改革開放和鄧小平南巡的春風鼓舞,武漢成為了市場經濟條件下,新一代的等離子技術的領跑者。

進入九十年代,我國的一些科研機構的科研人員,直面舊體制的變化,克服科研經費不足的局面,他們自籌資金創辦民營科技型企業。如我國熱噴涂技術專家高榮發先生,從清華大學畢業后,承擔國家重點科研課題,是我國第一代等離子弧堆焊設備的核心研發人員,研制的等離子噴焊機曾獲機械部科技進步獎一等獎。一九九二年,他帶領幾位研究生,創辦了黃陂熱噴涂廠(現今為武漢高力熱噴涂工程有限責任公司),對原有的等離子堆焊機進行不斷改進,不斷創新,推出一系列新型等離子堆焊機,達到了國際先進水平。我們作為新一代等離子堆焊技術的青年傳承人,將始終秉承敢為人先、追求卓越的武漢精神,與時俱進,研發新一代的等離子堆焊機。

集成電控系統

等離子堆焊機的集成電控系統,是整臺機器的大腦,控制著各個部件的相互協調運行。集成電控系統始終緊跟時代前沿電氣控制技術,大致經歷了四個階段。

繼電器控制階段(上世紀六、七十年代):控制元件采用繼電器結構,實現對電源起弧、;,氣體的通斷,送粉量電機的調速,工藝自動循環及保護等控制。繼電器由于體積大、功耗大、響應慢等缺點,使得這一時期的等離子堆焊機電控系統可靠性、穩定性、精確性都很差。

順序控制階段(上世紀八十年代末期至九十年代):控制元件采用順序控制器,它是繼電器和半導體元件綜合應用的控制裝置,具有程序改變容易、實用性強的特點。雖然只是順序控制,但大大簡化了硬件系統,提高了系統的可靠性,有利促進了等離子堆焊機的在全國的推廣使用。

PLC控制階段:進入二十一世紀后,控制技術有了飛速的發展,由于PLC(可編程控制器)的普及應用,武漢高力熱噴涂工程有限責任公司研發出基于PLC陣列的等離子堆焊電控系統。充分挖掘了PLC的技術優勢,運用開關量實現工藝動作快速啟停,利用A/D、D/A模塊實現等離子堆焊電源的模擬量控制,采用脈沖輸出控制焊槍的精準,運用數據存儲功能實時采集和保存堆焊工藝參數,利用信號監控功能實現故障的自我診斷,采用數字通訊與觸摸屏人機界面相互溝通,實現了具有智能化的直接物理量設定及顯示、工藝參數的自動計算及儲存等控制功能,形成了智慧型的控制系統。

通過人性化的操作界面,真正將等離子堆焊技術融入到控制系統中,使等離子堆焊機的可靠性、穩定性、精確性和可操作性得以極大提升,實現了等離子堆焊機在各行業各領域的普及應用。

數字控制階段:隨著粉末等離子堆焊工藝應用范圍的擴大,以PLC為核心的控制系統在某些特殊應用上已不能滿足定制化需求。這一時期,武漢高力熱噴涂工程有限責任公司又相繼研發出采用工控機結構的IPC控制系統和基于ARM處理器的嵌入式PLC數控系統。IPC控制系統即在數控加工中心的底層軟件基礎上,進行二次開發,通過數控堆焊軟件,在實現CNC(數控)控制上優越性十分突出,能夠很方便的通過繪制堆焊圖形,實現復雜工件的堆焊。

嵌入式PLC數控系統,是一種高度集成的數字化控制系統,利用ARM處理器的高性能,通過研發相應的控制軟件實現對堆焊過程的全控制,相比于工控機,系統更加簡單,因而成本也相對低一些。數字化控制系統,為粉末等離子堆焊工藝應用范圍的擴大和水平的提升創造了條件。

焊槍運動控制系統

焊槍的運動控制系統,即控制焊槍三維運動的機械及電氣裝置,是整臺機器的手臂,控制著焊槍的運動軌跡,完成堆焊任務。

在上世紀六、七十年代,由于堆焊工件主要是圓環形狀的,焊槍的三維移動通過齒輪齒條傳動實現,驅動方式為手輪調節。后來驅動方式逐步升級為直流伺服電機,先進的采用可控硅調速,落后的采用調壓器調速。在這一時期焊槍的擺動機構采用的是偏心輪式或凸輪式機械構造,通過直流電機調速和選定適宜的機械變速比來滿足焊槍和工件的相對運動速度要求。

進入九十年代,隨著機械制造能力的增強,焊槍三維運動普遍采用了精度更高、傳動效率更高的絲杠傳動方式,驅動電機也逐步升級為交流調速電機,利用變頻或調壓方式調速,控制十分便捷。

本世紀初,通過引入PLC控制,焊槍運動機構驅動電機也升級為步進電機,傳動方式進一步變為精密滾珠絲杠傳動。步進電機采用先進的脈沖控制技術,實現了數字化調速及焊槍位置的精準控制。同時,具有劃時代意義的數碼擺動器也應運而生,通過控制系統的電子速比精確匹配工件運轉參數,能夠實現精細的堆焊作業。大約十年前,國產交流伺服的大量普及應用,先進的驅動系統也開始使用了交流伺服電機,由于采用了實時取樣反饋的閉環控制模式,位置控制也更加精準。

供氣系統

在等離子堆焊時,供氣系統要向焊槍供給離子氣和送粉氣,在某些情況下,還要供給保護氣。自等離子堆焊機問世以來,供氣系統整體構架基本沒有發生化:瓶裝氬氣通過減壓器降低至合適的氣壓,經過電磁閥再到流量計,依靠連接管路,最終輸送到焊槍。早期由于材料限制,供氣系統普遍采用硬質銅管和橡膠管連接,氣體流量控制一般用的是浮子流量計。

后來隨著高分子塑料材料的廣泛應用,氣路系統也開始使用PU管和高壓氣管,不僅耐高壓、抗氧化性能優越,而且安裝維護簡便。伴隨控制技術革新,先進的等離子堆焊機開始采用數字化伺服閥和流量計,通過先進的數字化技術確保了更加精細和穩定的氣體流量輸出,滿足了高精尖產品的堆焊需求。

堆焊變位機

堆焊變位機(又稱轉臺、變位器、翻轉臺)是等離子弧焊重要的輔助設備,適用于工件的堆焊變位保證堆焊面的水平,以得到理想的加工位置和運行速度。

在早期,堆焊變位機主要用于閥門密封面堆焊,人們一般稱呼為轉胎。轉胎采用三相交流電機控制,變速箱機械減速傳動齒輪使其旋轉,翻轉變位則主要是手動控制,利用機械限位開關控制堆焊一圈自動停止。

九十年代后期,變頻交流電機開始應用于堆焊變位機,在保持旋轉扭矩的同時又能實現無極調速。位置控制方面,采用光電傳感器替代了機械開關,動作更加靈敏可靠。

二十世紀初,逐步發展出采用脈沖控制的步進電機驅動和行星減速機傳動的堆焊變位機,它可以很方便精準的按堆焊部位的角度,分區域設定工藝參數和焊道搭接位置,保證堆焊品質。最新一代的堆焊變位機,采用全閉環交流伺服電機驅動和RV精密減速機傳動,控制精度已經達到驚人的0.03度,為進一步提高等離子堆焊機的智能化水平鋪平了道路。


總結

縱觀等離子堆焊機這50多年來的發展歷史,在等離子堆焊技術、設備的研發和應用上,總的來說,是緊跟世界先進技術發展潮流的,雖然走了一些彎路,但是總的情況還是進步的、成功的,相比較其他機械制造行業,沒有低迷和低谷階段。

“十四五”期間及今后更長一段時期,我國的工業發展將在很大程度上依賴于科學技術的進步,尤其是材料工業和重大裝備制造業。作為新一代青年的我們,在致敬科學前輩的同時,更要吸取他們勇于創新艱苦奮斗的拼搏精神,繼續譜寫等離子堆焊機發展的新篇章。


 
 
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