第39卷 第4期有金属加工Vo l 39 No 42010年8月
NO NFERRO US META
LS PROCESS ING A ug us t 2010
任继平
(洛阳有金属加工设计研究院，河南洛阳471039)
摘 要：在铝加工行业的精整机组中，常常遇到厚铝板在机组中穿带，厚铝板一般硬度较大，头部板形不好，靠手工穿带很困难，因此，我们开发了半自动专用焊接机焊接。本文就是讲述半自动专用焊接机的组成、原理、焊接试验及实际应用。 关键词：焊接机；穿带；对接焊；搭接焊；铝板带
中图分类号:TG431 文献标识码:A 文章编号:1671-6795(2010)04-0023-04
收稿日期:2010-02-01作者简介：任继平，男，工程师。
在铝板带的精整加工中，根据铝板带的厚度和宽度，在机组中穿带分为手工穿带、人工用胶带纸粘结铝板穿带、缝合机缝合铝板穿带及焊接机焊接铝板穿带等。随着工业自动化程度的逐步提高，手工穿带逐步不用，但在铜带拉弯矫中仍在使用，因为该机组长度很短。人工用胶带纸粘结铝板穿带适用于厚度小于等于0 5mm 的板，此方法常用于长度较短的的机组，如厚薄剪机组，油清洗铝带箔机组等。缝合机缝合穿带使用较多，但它常用于厚度为2 5mm 以下的长机组的穿带，如铝板带拉弯矫直机组的穿带。大于等于2 5mm 的铝板带缝合后其总厚度大于5mm ，在穿带时掉铝粉、铝渣等，易造成辊子表面污染，不宜清扫，并且缝合头部时常冲击它所经过的辊子表面，造成辊面受伤。当铝板厚度大于等于2 5mm 后就应当选用焊接机。如铝板带的水清洗机组、铝板带的真空镀膜机组等机组长度较长，来料板宽大，如板宽2100mm 、1920mm 等，来料板厚较大，如最厚达4mm，板的头部板形差，采用焊接机焊接穿带是最理想的选择。
1 焊接方法的选择
铝及铝合金板带专用焊接机分为全自动焊接机和半自动焊接机。目前全自动焊接机在发达国家比较成熟。国内生产的基本为半自动焊接机。铝及铝合金板带焊接常用方法有：钨极惰性气体保护电弧焊，简称T I G 焊；熔化极惰性气体保护电弧焊，简称
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M I G 焊；变极性等离子弧焊；搅拌摩擦焊；电阻焊；钎焊；扩散焊；超声波焊等。我们在这些焊接
方法中选择了T I G 焊，因为T I G 焊工艺上比较容易实现在专用焊接机上。T I G 焊的优点有：在焊接时无需使用焊条或熔剂和焊剂，焊接后无需清除残余熔剂或焊渣。因为氩气可良好地保护电弧、熔池及母材热影响区而不受氧化，氩气本身不与铝发生物理化学反应。钨极电弧稳定，即使在焊接电流小于10A 的情况下，电弧仍可保持稳定，国外的焊接电流在5A 时，电弧仍可保持稳定，特别适合于铝合金薄板焊接。交流氩弧焊时具有对母材表面氧化膜的阴极清理作用，有利于焊接表面易氧化的铝及铝合金板带。这些优点其它的焊接方法不是都有。T I G 焊包括采用直流电源焊接、交流电源焊接、脉冲交流电源焊接和变极性方波脉冲交流电源焊接等。我们选择了直流T I G 焊接、交流TI G 焊接及变极性方波脉冲交流电源焊接于一体的多功能焊接电源。其后者由于电流波形呈矩形，半坡转换可瞬间完成，过零点时电流增长迅速，再引弧较容易，稳弧性能明显提高；阴极清理作用，去除工件表面氧化膜，减少钨极受热优于TI G 焊的其它方法。
2 铝板带精整机组对焊接的工艺要求
为克服缝合机缝合铝板带后其总厚度基本是单层的两倍，铝板带精整机组要求在专用焊接机上使铝带的一卷头部和另一卷尾部以对焊方式为主。当被焊接的铝带头部和尾部厚度相差很多，这时可以实施搭接焊，但总厚度相当于单层厚度。2.1 接头设计
在铝板带精整机组中，如铝板带的水清洗机组,
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其来料材质是铝及铝合金，包括1系、3系、5系、8系，带厚范围是0 5~4 0mm，带宽为1000~2100mm。
对焊接头设计要分两种，带厚范围在1~4 0mm 之间，铝带的头部和尾部的间隙要留0 5~2mm，带厚范围在0 3~1mm之间，带的头部和尾部之间间隙为零。搭接焊时带的头部和尾部的上下层之间不留间隙。
文学技巧2.2 焊接速度及质量
为减少铝板带清洗机组在穿带即焊接的辅助时间，焊接机应具有连续焊接和间断焊接两种功能。当铝板带宽小于1200mm时推荐采用连续焊接，当铝板带宽在1200~2100mm时推荐采用间断焊接。焊接速度为300~600mm/m i n，空行程速度为2000mm/m i n。
进口开关焊缝处的抗拉拉力分两种情况考虑，当铝板带采用连续焊接时，焊缝处抗拉拉力不小于母材抗拉拉力的70%~90%；当铝板带采用间断焊接时，焊缝处总的抗拉拉力不小于母材抗拉拉力的40%~60%。我们对焊缝处的抗拉拉力要求不高，原因是此焊缝在穿带时基本按小张力或无张力考虑，且在穿带结束时焊缝被拉至卷取机前的横剪处切掉，做废料处理。
2.3 铝板带精整机组对焊接机的动作要求
对焊接机的对中要求
要求焊接机在焊的前部、后部分别由夹板夹着铝带头、铝带尾，具有机组中心线手动对中功能。 对焊接机的预留焊缝要求
要求焊接机在焊的前部、后部的夹板夹着铝带头、铝带尾精确行走至焊中心线旁某位置，使铝带头、铝带尾之间留出预定间隙。
对焊接机的搭接要求
要求焊接机在焊前部的夹板夹着铝带头向上摆起一定角度，再向前行走至铝带尾部上方，然后摆下铝带头部，压在铝带尾部上。
3 半自动专用焊接机的组成及原理
3.1 半自动专用焊接机组成
组成：焊接电源(波形控制多焊接功能的交直流脉冲T I G焊机，图5中未示出)、氩气装置(图5中未示出)
、焊接机头、焊接卡具、焊行走控制装置、操作箱、气动系统(图5中未示出)。焊接机头上包括焊行走机构、焊垂直移动直线导轨、焊移动气缸、焊微调装置、焊钨极和氩气罩。焊接卡具包括入口导板装置、机架、入口侧夹板定位缸、入口夹板纵向移动直线导轨、入口夹板气缸和入口夹板摆动气缸、入口夹板横移直线导轨、入口侧夹板、入口夹板横移丝杠装置、铜衬块、铜衬块移动缸、出口侧夹板、出口夹板横移丝杠装置、出口夹板横移直线导轨、出口夹板纵向移动直线导轨、出口侧夹板定位缸、出口支撑辊。焊接机见图5所示。
3.2 原理
焊接卡具的动作控制均在操作箱上。焊接卡具的初始位置是入口侧夹板、出口侧夹板、铜衬块为打开或升起状态。出口侧放一块已剪边的铝板，剪边侧顶住铜衬块，出口侧夹板落下压住铝板。入口侧同样也压住一块铝板。然后铜衬块落下，入口侧和出口侧的铝板间距为铜衬块的宽度，由入口侧夹板定位缸、出口侧夹板定位缸尾部的螺母准确调整好气缸行程，其值为铜衬块宽度的一半减去两侧铝板预留间隙的一半。入口侧和出口侧的铝板分别由夹板夹着向焊中心移动，到位停止，两铝板的间隙恰好就是预留值，此时两块铝板正好落在铜衬块顶面上。根据铝板厚度在焊接电源上设置好焊接方式、起始电流、焊接电流、收弧电流、脉冲电流、脉冲频率、脉冲宽度等参数。在焊行走控制装置上设置好焊起始位置、焊工作行程、焊焊接速度(由电机拖动的齿轮齿条机构确定)等参数。将焊头部即钨极落至工作位置(在操作箱上操作，钨极准确工作位置由焊移动气缸后的螺母调整，注意若
焊接的两块铝板厚度不同，可通过焊微调装置使焊沿着与其工作方向垂直的方向少量移向较厚铝板)。钨极旁的压轮压住待焊接焊缝。打开氩气瓶，开始起弧焊接，焊接按设定好的速度匀速前进，走到工作行程立刻停止，并同时灭弧、停氩气。焊自动抬起，并空行程返回起始位置。入口侧夹板、出口侧夹板升起，运走焊接件，铜衬块也升起，本次焊接结束。
4 焊接试验
本试验是采用图5设备，按照上述3 2的原理，选择了不同铝及铝合金板带材、不同厚度的板材作的试验。主要是观察0 5~1mm的板材试验,1mm以上的铝板带试验国内有许多厂家已作过，基本没问题。还要观察两种厚度差较大的铝板带试验，保证在铝板带精整机组中遇到薄带与薄带、薄带与厚带等所有情况能够顺利穿带。受当时试验材料的限制，先做了部分试验，见下面图片:
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图1采用纯铝板焊接，两种焊接板材厚2 15mm，对接焊，焊接电流为120A，电流值稍大，但焊接质量和
焊接速度达到要求。
图2采用3系列的3004板材，两种焊接板材厚1 45mm，对接焊，焊接电流为80A，电流值稍大，焊接质量和焊接速度达到要求。
图3采用1系列的1060板材，两种焊接板材厚1 0mm，对接焊，焊接电流为77A，电流值稍大，焊接质
量和焊接速度达到要求。
图4采用5系铝合金的5052板材，两种焊接板材厚0 8mm，搭接焊，焊接电流为70A，焊接质量和焊接速度达到要求。
后续试验内容及结果见表1。
表1 后续试验内容及结果
焊接方式铝板带材厚度(单位:mm )焊接电流单位(A )
试验结果备注对接焊 1.141.1470合格两板均是纯铝对接焊 1.140.860合格两板均是纯铝对接焊 3.11.14170合格两板均是纯铝对接焊 3.10.85150合格两板均是纯铝对接焊 2.52.5230合格两板均是纯铝间断焊 2.50.8200合格0.8mm 厚材质为5052
对接焊 3.00.8170合格两板均是纯铝搭接焊0.460.4650合格两板均是纯铝搭接焊
3.0
0.5
200
合格
两板均是纯铝
由以上试验结果表明：本试验是成功的，说明我们选择的焊接方法是正确的，开发的专用焊接机是合
格的。本实验数据基本涵盖了铝板带水清洗机组的来料范围，符合该机组的穿带要求。厚0 46mm 以下的板材由于没有材料而未作试验。
5 半自动专用焊接机的应用
在上述3 2半自动专用焊接机原理中，谈到放入已剪过边的两块铝板，并且已剪边的铝板侧分别顶住铜衬块，而剪边和铝板顶铜衬块的动作要在铝板带精整机组中实现。
5.1 半自动专用焊接机在水清洗机组中的应用在铝板带的水清洗机组中，其单体顺序为开卷
机、夹送剪切装置、圆盘剪(图5中未示出)、半自动专用焊接机(以下简称焊接机)，夹送辊装置 出口张
力辊装置、卷取机。已清洗过的铝带尾部首先在夹送剪
切装置中剪切一次，得到一个齐边，然后由夹送辊装置和卷取机正转，把铝带尾部拉至铜衬块的右侧停止，再由夹送辊装置和卷取机反转把铝带尾部反推到铜衬块右侧面顶住，将焊接机出口侧夹板压住铝带尾部。另一待清洗的铝带卷头部也在夹送剪切装置中剪切一次，得到一个齐边，由开卷机、夹送剪切装置将铝带卷头部送至铜衬块左侧面并顶住。若铝带卷头部不与铝带尾部对齐，由开卷机及卷筒粗略调整铝带卷头部位置，焊接机的入口夹板横移丝杠装置微调其位置，使铝带卷头部的一侧边部对准铝带尾部的一侧边部，这样便于焊接时引弧，压下焊接机的入口侧夹板夹住铝带卷头部，以后的操作与3 2的原理完全相同。
JS19835.2 焊接机存在的问题
焊接机在焊接薄料铝板过程中，薄料对接焊缝时不易准确定位，有待改进。
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6 结束语
我们的铝板带水清洗机组投入使用已3年多了，实践证明半自动专用焊接机的开发完全满足了铝板带水清洗机组的生产工艺要求。它在铝板带精整机
组中，尤其对较厚、较宽的铝板带穿带是一种最佳的、
无可代替的选择，是厚板、宽板穿带的发展方向。
参考文献
[1]周万盛、姚君山.铝及铝合金的焊接.北京：机械工业出版社,
2006.
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App licati on of Se m i automaticW el di ng Machi ne
i n A l u m i ni u m Fi nishi ng Li ne
REN Jipi n g
(Luoyong Eng ineer i ng &R esea rch Instit ute For N onferrousM etal P rocessi ng ,Luoyong ,H enan ,471039,Ch i na)
Abstract :It is hard to thread f o r thick a lu m i n um strip in t he fin ish ing line because o f poo r str i p end qua lit y .Here w e in troduce a k ind o f sem iau t om atic w e l d ing m ach ine t o so lve th is p rob l e m.Th is paper d iscusses t he p rincip le ,m akeup ,experm i e nt and app lica tion o f the specia l we ld ing mach ine .
Keyw ords :we ld ing m ach ine ;thread ing ;bu tt we ld ;lap we ld ing ;a lu m inu m str i p
(上接第9页)
Abstract :In t h is pape r ,the reason t ha t p iston -dr iven Babb it easy to she ll is ana l y zed .It po ints out the me thod to m i p rove t he qua lit y of renewab l e Babb it and ana lyzes common qua lit y de f ects f or the cast a lloy o f Pap ,propos i n g t he p reven tive measu re for B abb it she lling .
行学一族
Keyw ords :B abb i-t or i e n t ed sur f ace ;Renewab l e Techno l o gy ;P racti c e
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