过程控制工程设计—锅炉四管爆漏修复的自动焊接装置研究.ppt

1,锅炉四管爆漏修复的自动焊接装置研究,机电学院自动化研究所：许素安仰仪南楼310 电话：86914549,2,问题？,自动TIG焊机系统构成,研究目标,自动TIG焊机机械系统构成及设计,焊接工艺实验,结论与展望,自动TIG焊机控制系统设计,3,研究要求,焊接位置:垂直固定对接环缝焊管直径:3260mm焊管壁厚:24.5mm排管间隙:45mm焊缝质量:保证根部焊透,达到X射线 级片标准,外观质量符合规程要求。,4,研究目标,1.对系统硬件的了解、设计及选择；2.系统自动焊接控制系统设计、制作、调 试及安装；3.通过实验、理论分析等手段探索焊接工艺及参数的选取；4.现场应用试验。,5,焊接修复现状,图1 实际焊接修复条件图,管间距,6,国内外研究现状,国外:已进行了多年的研究，有成套产品，但是应用于窄小间隙的不多，且价格很高。国内:近几年也开展了不少研究，取得了一 定成果，但还没有真正的产品。西南交大 单片机控制哈工大 二级分布式计算机控制,7,系统构成,图2 自动TIG焊机系统构成总体框图,8,机械系统构成及设计,焊接机头 机头夹具其他部件,图3 机械系统构成总体框图,9,焊接机头,系统使用了专门设计的管管焊接机头。先通过 偏心齿轮传动，进行大减速比传动，再通过四级齿轮 传动，带动机头转动。由于使用了偏心齿轮，所以，尽管有1024：1的大减速比，机头的整体结构仍然很 小。机头的驱动使用微型永磁直流电机，使机头可绕 管子旋转进行焊接。焊接机头主要包括：焊接传动系统及旋转盘组合 件。,10,焊接机头传动系统,图4 焊接机头传动系统图,10,机头夹具,由于焊接过程中焊枪头与焊件的距离变化会引起弧压的变化，从而引起焊接参数的变化，这就会影响焊接质量。因此，机头夹具的设计就具有重要的意义。这里采用了整体设计加工的方法，可以使夹具很容易保证中心线的重合，从而保证焊接质量。,10,最优空间送丝曲线,图7 最优空间送丝曲线,10,控制箱,可编程控制器机头位置传感器驱动电路,10,自动TIG焊焊接时序图,氩气,10,自动TIG焊控制对象,在管-管对接全位置自动TIG 焊过程中，控制对象包括控制焊接机头旋转的电机、送丝电机、高频引弧器、晶体管脉冲电源、电磁气阀、水流开关等。系统需控制的焊接参数不仅有开关量，而且还有焊接电流、送丝速度及旋转速度等模拟量。整个系统的焊接过程复杂，整体上是开环控制。,10,焊接控制,在手动条件下，功能有送丝、退丝、正转、反转以及空转一周，可进行整个焊接设备和焊接环节的调试。空转（不开焊机和送丝机）时，可观察焊枪能否完成预定的运动。在自动焊条件下，可根据管子薄、厚及材料不同而选用不同的焊接方法。本控制箱设有焊一圈不送丝，焊一圈送丝，焊两圈第一圈送丝，第二圈不送丝，以及焊两圈都送丝等不同焊接方法。,10,PLC 的输入接口点估计,自动输入点：共需14个点 机头旋转：2 个；送丝及抽丝：2 个；焊接方式选择：4 个；焊接电源：1 个；记录脉冲数：1 个；“STOP”急停、“RUN”焊接开始各1个；电弧引燃及自动选择各1个。,焊一圈不送丝，焊一圈送丝，焊两圈第一圈送丝，第二圈不送丝焊两圈送丝,焊接方式,10,PLC 的输出接口点估计,输出点：共需8个输出点 开焊接电源：1 个；机头正转：1 个；机头反转：1 个；送丝：1 个；退丝：1 个；状态指示灯：3 个。,手动灯自动灯应急停灯,10,PLC选型,由PLC选择I/O接口要求：应留有一定的富裕I/O接口，一般30%左右。本系统选用日本欧姆龙(OMRON)公司生产的C_28P型可编程控制器。输入16点，输出12点。基本指令执行时间417.5s。,10,分层采入信号工作原理,图10 信号分层采入流程图,10,PLC控制系统I/O接口电路,图11 PLC控制系统I/O接口电路,10,系统软件设计,软件设计包括两个方面：一是手动控制程序设计 二是自动控制程序设计 在手动控制时，焊机可完成一系列调试操作，为自动 控制做好准备。而自动控制时，焊机可根据不同的焊接方式，选用不同的焊接方法，执行相应的焊接程序。,10,梯形图,10,软件设计须注意的问题,10,焊接规范参数,锅炉四管爆漏修复采用钨极氩弧焊(TIG焊)自动焊接，是非熔化极惰性气体保护焊，要保证焊缝质量，选择焊接规范参数十分重要。在焊接过程中，焊接电流、焊接速度、送丝速度以及氩气流量是影响焊接质量的关键因素，进行分析并提出选择依据，最后选择焊接规范参数并通过实验加以验证修改。最后给出焊接规范参数。,10,焊接工艺实验条件,我们在薄壁焊管试验曾采用两种焊接方式：一种是快速大电流焊接；一种是慢速小电流焊接。这两种焊接制度，在管材的材质、厚度及其它条件相同情况下，质量有一定的差异。为保证高质量的焊缝及其工艺需要，结合具体实验，选择了慢速