直流闪光对接辙叉焊机的研制与应用

2012-06-19徐伟人上海铁路局科研所

上海铁道增刊 2012年2期

徐伟人上海铁路局科研所

直流闪光对接辙叉焊机是采用闪光接触焊工艺生产锻焊辙叉的专用设备，主要由主机、直流焊接电源、电气控制系统、焊接管理系统、液压系统、冷却系统等部分组成。它集机械、液压、电子、传感、自动控制、计算机等技术于一体，采用精密的机械、液压部件和先进的电气元器件，既能进行连续闪光焊，又能进行脉动闪光焊。焊接过程按预先设定的程序自动进行，焊接速度快，焊接质量好、稳定。它能够焊接最大截面积为14 000 mm2的普通碳钢或特种耐磨钢工件。

1 焊机的组成

焊机方框原理图见图1。

图1 焊机方框原理图

1.1 主机

直流闪光对接辙叉焊机的主机采用侧向开口的C形结构，便于上料、下料和调整工件，有较宽、较厚的工作台面。焊机的夹紧装置由4个油缸与杠杆滑块机构及万向节组成，夹紧力大，调整方便。4个夹紧油缸分别可控，便于夹紧或调整工件。顶锻油缸上下对称分布，顶锻连杆受拉力，强度高。焊机两端装有运送焊接工件的液压抬升辊轮机构，保护下钳口和下电极不受损坏。可通过斜型块调整工作台面和上电极的高度，以保证工件的对正和焊接时电极的接触可靠。采用双V型八棱柱作为动架直线运动的导轨，并配有机械卸荷装置以减少焊接时动架前进和后退时的阻力。

1.2 直流焊接电源

为了保护三相交流电源的负荷平衡，焊机焊接电源设计成两组三相次级整流的直流电源，每组由三个单相变压器组成，三个变压器的初级线圈连接成中心点打开的Y形接法，并采用三对反向并联的可控硅与三个打开的中点成Δ形联接，通过可控硅对焊接变压器初级输入的三相380 V 50 Hz的交流电源进行调压，三个变压器次级与六组大功率整流二极管组成全波整流电路，整流得到低电压大电流的直流焊接电源，经汇流排汇合，送至焊机的正负电极上对被焊辙叉的头部和底部馈电。每组电源的三个变压器中有两个同时工作，而且其初级串联，次级经整流后并联，另外全波整流器中也是两个整流管同时工作，所以大大降低二次回路的阻抗，从而提高焊接电源的电流输出能力和工作效率，最大次级焊接电流达到10 000 A。

1.3 电气控制系统

辙叉焊机的电气控制系统比较复杂，应用了AB公司的SLC5/03可编程控制器、Bosch阀卡等控制器材。可编程序控制器由开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入板、模拟量输出板、CPU板和电源等模板构成，稳定可靠，可扩展性好。在手动操作时，各部位之间实现连锁控制，有效地避免敌对动作的发生，例如电极下压时滚轮不能抬升。设置了安全键，要求操作者在执行工件压紧动作时必须双手同时操作按键，以此来避免压手等安全事故的发生。在可编程序控制器的程序控制下，可实现焊机的钳口的夹紧或张开、电极的夹紧或张开、机架的前进或后退等动作。焊接时按设定工艺参数自动进行，并采集电压、电流、位移、压力等焊接数据进行反馈控制。

1.4 焊接管理系统

焊接管理系统监控和记录焊接进程，判别焊接结果。工控机通过与可编程控制器RS-232串行口进行通讯，获得焊接过程中各传感器得到的实时数据。焊接数据和焊接的时间以数字和图形的形式不断地在显示屏上显示，并存盘形成焊接数据文件供存档查看。焊接结束后，能查看每次焊接的电流、电压、压力和位移的曲线。每次焊接结束时，根据闪光速度、平均电流值、顶锻量、顶锻力、焊接末期有否断火、顶锻过程中工件与钳口之间是否打滑，自动分析判断焊接质量（见图 2）。

图2 焊接管理界面

1.5 液压系统

液压系统为焊机机械部分提供动力，由电动机、双联泵、油箱、智能温度控制仪、油位指示器、高压过滤器、回油过滤器、蓄能器和电磁阀集成块等部分组成。由电磁阀来控制油压，实现零负载启动和工作间歇时卸荷，为手动操作提供的低油压为5 MPa左右，为自动焊接提供的高油压最高可达22 MPa左右，根据焊接不同截面积的辙叉调节高油压。为了提高焊接时的顶锻速度，提高焊接质量，配置了蓄能器。为了使液压油保持在正常的工作温度范围之内，安装了油温加热器和油水冷却器。

1.6 冷却系统

冷却系统为焊机提供循环的冷却水，防止电极、整流二极管、焊接变压器等部件过热损坏，也为液压系统冷却器提供冷却水，以降低过高的油温。它由空冷式制冷系统、组合式控制箱、系统循环泵、水箱等部分组成。设置有水压开关，只有在冷却系统正常工作时，自动焊接程序才能启动，可以有效保护焊机各发热部件。冷却系统应用的制冷剂为氟利昂22，制冷效率为每小时 5×104 kcal。

2 焊机的性能指标

3 应用情况

直流闪光对接辙叉焊机2005年通过了铁道部的技术验收，填补了国内空白，成果达到国际先进水平。先后在齐齐哈尔工务机械厂、湖南迅通道岔厂投入使用，可焊接了50 kg/m、60 kg/m标准钢轨和50 kg/m锻焊辙叉、60 kg/m锻焊辙叉。焊接接头送铁道部产品质量监督检验中心检验，通过了落锤、疲劳、静弯等各项试验。生产的微合金钢轨钢或贝氏体钢锻焊辙叉，具有整体性好、使用寿命长、可与线路钢轨直接焊接、造价适中等优点（现场应用情况见图3）。