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回顾等离子堆焊机的进化史(下篇)

[ 来源:http://www.glrpt.com/   作者:阀门堆焊机厂家  修改时间:2020/5/23 15:59:32  浏览次数:2361]
 

回顾等离子堆焊机的进化史(下篇)

在上世纪,武汉由于是国家级研究中心,所以有雄厚的科研基础和人才储备。加上改革开放和邓小平南巡的春风鼓舞,武汉成为了市场经济条件下,新一代的等离子技术的领跑者。

进入九十年代,我国的一些科研机构的科研人员,直面旧体制的变化,克服科研经费不足的局面,他们自筹资金创办民营科技型企业。如我国热喷涂技术专家高荣发先生,从清华大学毕业后,承担国家重点科研课题,是我国第一代等离子弧堆焊设备的核心研发人员,研制的等离子喷焊机曾获机械部科技进步奖一等奖。一九九二年,他带领几位研究生,创办了黄陂热喷涂厂(现今为武汉高力热喷涂工程有限责任公司),对原有的等离子堆焊机进行不断改进,不断创新,推出一系列新型等离子堆焊机,达到了国际先进水平。我们作为新一代等离子堆焊技术的青年传承人,将始终秉承敢为人先、追求卓越的武汉精神,与时俱进,研发新一代的等离子堆焊机。

集成电控系统

等离子堆焊机的集成电控系统,是整台机器的大脑,控制着各个部件的相互协调运行。集成电控系统始终紧跟时代前沿电气控制技术,大致经历了四个阶段。

继电器控制阶段(上世纪六、七十年代):控制元件采用继电器结构,实现对电源起弧、停弧,气体的通断,送粉量电机的调速,工艺自动循环及保护等控制。继电器由于体积大、功耗大、响应慢等缺点,使得这一时期的等离子堆焊机电控系统可靠性、稳定性、精确性都很差。

顺序控制阶段(上世纪八十年代末期至九十年代):控制元件采用顺序控制器,它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置,具有程序改变容易、实用性强的特点。虽然只是顺序控制,但大大简化了硬件系统,提高了系统的可靠性,有利促进了等离子堆焊机的在全国的推广使用。

PLC控制阶段:进入二十一世纪后,控制技术有了飞速的发展,由于PLC(可编程控制器)的普及应用,武汉高力热喷涂工程有限责任公司研发出基于PLC阵列的等离子堆焊电控系统。充分挖掘了PLC的技术优势,运用开关量实现工艺动作快速启停,利用A/D、D/A模块实现等离子堆焊电源的模拟量控制,采用脉冲输出控制焊枪的精准,运用数据存储功能实时采集和保存堆焊工艺参数,利用信号监控功能实现故障的自我诊断,采用数字通讯与触摸屏人机界面相互沟通,实现了具有智能化的直接物理量设定及显示、工艺参数的自动计算及储存等控制功能,形成了智慧型的控制系统。

通过人性化的操作界面,真正将等离子堆焊技术融入到控制系统中,使等离子堆焊机的可靠性、稳定性、精确性和可操作性得以极大提升,实现了等离子堆焊机在各行业各领域的普及应用。

数字控制阶段:随着粉末等离子堆焊工艺应用范围的扩大,以PLC为核心的控制系统在某些特殊应用上已不能满足定制化需求。这一时期,武汉高力热喷涂工程有限责任公司又相继研发出采用工控机结构的IPC控制系统和基于ARM处理器的嵌入式PLC数控系统。IPC控制系统即在数控加工中心的底层软件基础上,进行二次开发,通过数控堆焊软件,在实现CNC(数控)控制上优越性十分突出,能够很方便的通过绘制堆焊图形,实现复杂工件的堆焊。

嵌入式PLC数控系统,是一种高度集成的数字化控制系统,利用ARM处理器的高性能,通过研发相应的控制软件实现对堆焊过程的全控制,相比于工控机,系统更加简单,因而成本也相对低一些。数字化控制系统,为粉末等离子堆焊工艺应用范围的扩大和水平的提升创造了条件。

焊枪运动控制系统

焊枪的运动控制系统,即控制焊枪三维运动的机械及电气装置,是整台机器的手臂,控制着焊枪的运动轨迹,完成堆焊任务。

在上世纪六、七十年代,由于堆焊工件主要是圆环形状的,焊枪的三维移动通过齿轮齿条传动实现,驱动方式为手轮调节。后来驱动方式逐步升级为直流伺服电机,先进的采用可控硅调速,落后的采用调压器调速。在这一时期焊枪的摆动机构采用的是偏心轮式或凸轮式机械构造,通过直流电机调速和选定适宜的机械变速比来满足焊枪和工件的相对运动速度要求。

进入九十年代,随着机械制造能力的增强,焊枪三维运动普遍采用了精度更高、传动效率更高的丝杠传动方式,驱动电机也逐步升级为交流调速电机,利用变频或调压方式调速,控制十分便捷。

本世纪初,通过引入PLC控制,焊枪运动机构驱动电机也升级为步进电机,传动方式进一步变为精密滚珠丝杠传动。步进电机采用先进的脉冲控制技术,实现了数字化调速及焊枪位置的精准控制。同时,具有划时代意义的数码摆动器也应运而生,通过控制系统的电子速比精确匹配工件运转参数,能够实现精细的堆焊作业。大约十年前,国产交流伺服的大量普及应用,先进的驱动系统也开始使用了交流伺服电机,由于采用了实时取样反馈的闭环控制模式,位置控制也更加精准。

供气系统

在等离子堆焊时,供气系统要向焊枪供给离子气和送粉气,在某些情况下,还要供给保护气。自等离子堆焊机问世以来,供气系统整体构架基本没有发生化:瓶装氩气通过减压器降低至合适的气压,经过电磁阀再到流量计,依靠连接管路,最终输送到焊枪。早期由于材料限制,供气系统普遍采用硬质铜管和橡胶管连接,气体流量控制一般用的是浮子流量计。

后来随着高分子塑料材料的广泛应用,气路系统也开始使用PU管和高压气管,不仅耐高压、抗氧化性能优越,而且安装维护简便。伴随控制技术革新,先进的等离子堆焊机开始采用数字化伺服阀和流量计,通过先进的数字化技术确保了更加精细和稳定的气体流量输出,满足了高精尖产品的堆焊需求。

堆焊变位机

堆焊变位机(又称转台、变位器、翻转台)是等离子弧焊重要的辅助设备,适用于工件的堆焊变位保证堆焊面的水平,以得到理想的加工位置和运行速度。

在早期,堆焊变位机主要用于阀门密封面堆焊,人们一般称呼为转胎。转胎采用三相交流电机控制,变速箱机械减速传动齿轮使其旋转,翻转变位则主要是手动控制,利用机械限位开关控制堆焊一圈自动停止。

九十年代后期,变频交流电机开始应用于堆焊变位机,在保持旋转扭矩的同时又能实现无极调速。位置控制方面,采用光电传感器替代了机械开关,动作更加灵敏可靠。

二十世纪初,逐步发展出采用脉冲控制的步进电机驱动和行星减速机传动的堆焊变位机,它可以很方便精准的按堆焊部位的角度,分区域设定工艺参数和焊道搭接位置,保证堆焊品质。最新一代的堆焊变位机,采用全闭环交流伺服电机驱动和RV精密减速机传动,控制精度已经达到惊人的0.03度,为进一步提高等离子堆焊机的智能化水平铺平了道路。


总结

纵观等离子堆焊机这50多年来的发展历史,在等离子堆焊技术、设备的研发和应用上,总的来说,是紧跟世界先进技术发展潮流的,虽然走了一些弯路,但是总的情况还是进步的、成功的,相比较其他机械制造行业,没有低迷和低谷阶段。

“十四五”期间及今后更长一段时期,我国的工业发展将在很大程度上依赖于科学技术的进步,尤其是材料工业和重大装备制造业。作为新一代青年的我们,在致敬科学前辈的同时,更要吸取他们勇于创新艰苦奋斗的拼搏精神,继续谱写等离子堆焊机发展的新篇章。


 
 
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