全位置自动电弧焊管机的原理要点

全位置自动电弧焊管机是按焊嘴与管接头的相对旋转运动来划分的，即专指被焊管在焊接过程中始终固定不动，只是焊嘴围绕被焊管做旋转运动（图9-39）完成管接头焊缝的自动焊接。

图9-9中，全位置焊管机焊嘴的基本伺服动作有三个。

1.焊嘴围绕管子的旋转动作R。

这是完成管子对接焊缝焊接的主要伺服动作，焊嘴的旋转速度就是焊接速度，因此焊嘴R伺服动作速度必须可无级调速。驱动一般采用无级变速的电动机，而电动机的调速系统则根据使用电动机类型的不同，使用不同的无级调速系统。

由于管子全位置焊接过程中，焊嘴相对于管子位置的变化，可使焊接熔池处于不同空间状态。也就是可出现平焊、向下立焊、左向仰焊、向上立焊等空间状态。除了平焊位置外，其余的焊接位置不容易保证良好的焊缝焊接质量。那么全位置电弧焊管工艺如何保证整个焊缝优良的焊接质量？

现代全位置电弧焊管机采取的主要技术措施有：

1）对使用TIG焊嘴的全位置电弧焊管机，采用非熔化极脉冲电弧控制法。

2）将被焊管接头分成若干区段（例如图9-9中，将管接头分成了8段），对每个区段的焊接参数，主要是焊接电流、电弧电压、焊接速度及电源脉冲波形参数都进行区段焊接参数的优化组合控制。先进的管子全位置焊机最多可将管接头分成128段。

要进行区段焊接参数的优化组合控制，就有区段边界的划分、识别与衔接问题。即在焊接过程中，必须使焊机的区段位置控制计算机知道：现在正焊接的是第几段、该段的尾端“到”否、是否发下一段的始端开启信号。

当然不可能人为地在管子上画出区段边界线，那么焊机是如何知道现在正焊接的是第几段和是否到了区段边界线？

解决这个问题的技术方案就是采用全位置电弧焊管机的管子区段边界划分与识别系统。该系统的核心问题之一是焊嘴的R向伺服电动机的控制，即对焊嘴的R向伺服电动机进行无级调速的同时，还要在当前焊接速度下，对焊嘴位移进行控制。

焊嘴位移是驱动电动机通过机械传动链转动一定圈数的结果，所以只要能对电动机转动圈数进行定量的精确计数，并事先对转动圈数进行预置，那么就控制了一个区段内的焊嘴位移，并同时确定了区段边界线。因此全位置电弧焊管机的驱动电动机必须配备脉冲计数器与编码器（图9-10），而控制计算机必须有区段位移数字控制软件。

图9-9 全位置焊管机焊嘴伺服动作示意图

图9-10 全位置电弧焊管机的R向位移系统

2.焊嘴横向摆动动作x

焊嘴之所以必须横向摆动，是基于以下几点理由。

1）焊嘴横向摆动可得到较宽的合适焊缝，例如管接头盖面焊缝（图9-11）的焊接。

2）焊嘴必须横向摆动才能得到较宽焊缝（图9-12）。

3）只有焊嘴横向摆动且在焊趾处停留一定的时间，才能保证焊趾处的焊接质量。

图9-11 管接头的盖面焊缝(www.xing528.com)

图9-12 厚壁管采用焊嘴摆动的焊缝

焊嘴横向摆动且在焊趾处停留一定的时间，可形成如图9-13所示的各种运动轨迹。考虑到除焊嘴横向摆动速度外，还要将焊接速度、焊嘴在焊趾处停留一定的时间以及不同形状的坡口焊接工艺考虑进来，就会形成图中所示各运动轨迹的形状。

图9-13 焊嘴横向摆动轨迹

焊管机的焊嘴摆动机电系统是焊管机机构设计中技术含量集中的部位，也往往是不同生产厂家、不同型号产品的专利。

对焊管机焊嘴摆动机电系统的常规要求如下。

1）摆动机电系统要灵活、轻巧、刚度好、工作稳定可靠、拆卸方便。

2）焊嘴摆幅要有自动和手动选择功能。

3）焊嘴摆幅设定与自适应选择功能。

4）焊嘴摆动在焊缝两侧（焊趾）停留时间调节。

5）焊嘴摆速调节功能。

6）焊嘴（电弧）运动轨迹选择功能。

7）焊接方向选择功能。

8）与摆动机电系统相配合的焊接速度调节功能。

9）设定摆幅工作方式下，始摆方向选择功能。

10）设定摆幅工作方式下，电弧纠偏调节功能。

3.焊嘴垂直方向动作z

焊嘴垂直方向的动作z有两层含义：一是焊接启动前，对TIG焊嘴要做钨电极尖端与焊件间距离的调节；二是在焊接过程中对电弧弧长的自动调节，也就是控制弧长。

如果使用熔化极焊嘴，焊嘴垂直方向的动作z则是指引弧过程与焊接过程的电弧弧长的自动调节。

对于使用TIG焊嘴的现代全位置自动焊管机来说，限于机构的占位较大，大部分的国内外机型基本上均不使用非熔化极的电弧弧长自动调节系统。电弧弧长的调节基本上就靠焊前手工一次调节的精度和焊机的机械精度来保证，这是由于对三种主要类型的全位置自动焊管机来说，其机械精度都可保证焊接过程的电弧弧长精度。

只有对使用熔化极焊嘴（MIG、MAG和SAW）的全位置自动焊管机，才采用电弧弧长自动调节系统。