间距可调式钢筋网焊机焊接回路的设计

王希靖，杜金涛，金 华，张昌青

(兰州理工大学，甘肃 兰州 730050)

间距可调式钢筋网焊机焊接回路的设计

王希靖，杜金涛，金 华，张昌青

(兰州理工大学，甘肃 兰州 730050)

针对目前同种钢筋网焊机只能焊接网格间距固定钢筋网架的局限性，设计出一套焊接气缸和下电极可以左右移动的焊接机构。该机构通过移动焊接气缸与电极的方式来调节改变钢筋网架的网格间距，根据钢筋网焊机网格间距可调的特点对焊接变压器与导电铜排进行合理的设计布局。综合考虑焊接回路中电阻和感抗等因素对回路进行优化设计，然后用测量大网格钢筋网焊机焊接回路参数的方法对比计算出所要设计的间距可调式网焊机焊接回路阻抗的大小，根据回路中阻抗的大小选择合适的焊接变压器，从而使所设计的焊接电路能够满足网焊机网格间距可调的要求。

网焊机；间距可调；阻抗；焊接电路

0 前言

钢筋焊接网架是将等径或者不等径的钢筋以一定间距垂直排列，全部交叉点用电阻点焊连接在一起的钢筋制品。在矿山开采、桥梁、隧道等工程建设中常采用钢筋网架作为支撑结构，这就对钢筋网架的焊接质量有了更高的要求。钢筋网焊机焊接网架能够大幅度提高产品的质量，在提高抗裂能力和生产效率等方面都具有优点[1]。钢筋网焊机目前普遍是同一种规格的钢筋网焊机焊接网格间距固定的网架，而在工厂中实际生产的钢筋网架网格间距是多样化的，如果要焊接生产网格间距繁多的网架就需要多种钢筋网焊机。针对上述问题，设计出在一定间距范围内能通过移动焊接气缸与电极的方式来调节网格间距的焊机机构，实现用一种钢筋网焊机来焊接网格间距可变的网架，既能提高网架焊接的自动化水平，又能保证网架间距的多样化。

1 间距可调网焊机焊接机构的设计

1.1 焊接机构的组成

网格间距可调式网焊机主要是通过移动焊接气缸和电极位置的方式来实现网格间距的变化。如图1所示，焊接机构主要由焊接主梁上梁和焊接主梁下梁组合而成[2]。在该焊接机构中，八个焊接气缸安装在主梁上梁下平板，对应的下电极安装在主梁下梁上平板上。

图1 间距可调式网焊机焊接机构

1.2 间距可调式设计

焊接主梁上相邻两个气缸间距为300 mm，每个气缸可以在0～100 mm内左右移动。网架焊接中纵筋的根数为2～8根，例如采用该机构焊接由5根纵筋组成的最常用的大网格非等径钢筋网架，该钢筋网架是由φ 6.5 mm和φ 12 mm钢筋制成的2 150 mm×4 800 mm规格的网架，如图2所示。焊接网架的方法是保持第1个、第6个气缸不动，第3个气缸向左移动100mm，第4个气缸向右移动100 mm，第8个气缸向左移动100 mm，从而使第1、第3、第4、第6、第8气缸间距均为500 mm，即可实现大网格非等径钢筋网架的焊接。若要焊接8根纵筋的网架，则网格间距在200～300 mm可调；若要焊接两根纵筋的网架，则网格间距最大可以达到2300 mm。

图2 大网格非等径钢筋网架

该机构采用单个焊接气缸控制单个焊点焊接，即采用变压器的数量取决于焊点数量[3]，可以对粗细钢筋的焊接设置最佳点焊规范，也更容易控制焊接参数。

2 间距可调网焊机焊接回路的设计

2.1 焊接回路的组成

焊接回路主要由阻焊变压器的二次绕组、次级连接件、电极和电极间的焊件等组成。其中回路由电阻和感抗组成。钢筋网焊机焊接回路的电阻主要是阻焊变压器的电阻(包括一次、二次绕组)、构件间的接触电阻、回路中导电铜排的电阻以及焊件电阻等，感抗是阻焊变压器的漏抗以及焊接回路的感抗。

2.2 焊接回路的设计布局

间距可调式网焊机的设计主要是电阻点焊过程中焊接电路的设计布局。根据网格间距可调的特点，焊接变压器、导电铜排的位置布局如图3所示。焊接变压器放置在主梁上梁的上平板上，变压器的一极通过一导电铜排连接至下电极，另一极用各自的导电铜排连接至焊接气缸，连接在焊接气缸上的铜排有一定的弯曲度，以便焊接气缸下压时导电铜排有伸展量。考虑到焊接回路中感抗的影响，将焊接回路分为两部分来减小回路中的感抗。

图3 焊接回路中变压器及铜排的布局

2.3 焊接回路的计算

焊接回路中阻焊变压器电阻RT根据已制造过的类似结构和容量的阻焊变压器统计数据估算，一般为10～30 μ Ω。焊件电阻Rb为几十至几百微欧，回路中导电铜排的电阻为R，此焊接回路的总电阻Rw＝RT+R+Rb。

在一定的频率时，焊接回路的感抗Xs与回路所包容的面积成正比，两者关系如图4所示[4-6]。

根据已制造类似结构和容量的阻焊变压器估算，阻焊变压器的漏抗XT＝10～50 μ Ω，焊接回路的感抗Xw＝XT+Xs。

2.3.1 大网格焊机焊接回路

为了更准确地获得焊接回路阻抗值，用测量大网格钢筋网焊机焊接回路的方法来计算间距可调式网焊机的焊接回路阻抗。大网格钢筋网焊机焊接回路如图5所示，焊接电压为U0，焊件上的电压降为U2，导电铜排电阻为R1，其上面的电压降为U1。显然焊接电压是焊件上的电压降与导电铜排上的电压降之和。

图4 感抗与回路所包容的面积的关系

图5 大网格焊机焊接回路

在大网格焊机的焊接回路中，经测量得到焊接变压器一次电流为590 A，大网格焊机焊接回路中变压器的二次空载电压为13.4 V。由变压器的理论可知

式中 U10为焊接变压器一次电压380 V；I10为焊接变压器一次电流；U20为焊接变压器二次电压；I20为焊接变压器二次电流。从而得到二次电流I20＝16730A。

试验中对焊接电压U0和焊件之间的电压降U2分别测量了五组数据，用求平均值的方法计算焊接电压与焊件上的电压降，测量数据如表1、表2所示。

表1 焊接电压U0测量值

表2 焊件电压U2测量值

由大网格焊机焊接回路可得到

2.3.2 间距可调式网焊机焊接回路

间距可调式焊接回路如图6所示，该回路中导电铜排的截面积、电阻率与大网格焊机导电铜排相同，两者的导电铜排在长度上有所不同。

图6 间距可调式焊机焊接回路

大网格焊机中导电铜排总长度L2＝1 500 mm，设计的间距可调式网焊机焊接回路中最长的导电铜排L1＝3400mm。根据公式R＝ρ(L／S)可以得到间距可调式网焊机导电铜排的电阻R2＝(L1／L2)×1.4×10-4Ω＝3.2×10-4Ω。从而得到所设计的焊接回路总电阻Rw＝RT+R2+Rb＝3.75×10-4Ω。

2.3.3 焊接变压器

阻焊变压器是电阻焊机供电装置的核心，它是一个输出低电压、大电流的特殊变压器。在间距可调式焊机焊接回路中，所选的变压器只要能满足包容面积最大的回路要求，则其余焊点对应的回路也就能够满足。该焊接回路中焊接二次电流I20＝16 730 A，回路阻抗的最大值Zw＝8.8×10-4Ω，从而可以得到焊接变压器二次输出电压U＝I20×Zw＝16730A×8.8×10-4Ω＝14.7 V，则选择的焊接变压器要求二次输出电压为14.7 V。

3 结论

(1)通过移动焊接气缸与电极的方式来调节钢筋网架的网格间距，网格间距在200～2 300 mm内可调。

(2)对大网格焊机焊接回路中参数进行测量，从而对比计算出了间距可调式焊机焊接回路中的电阻和感抗。

(3)根据焊接回路中阻抗最大的回路得到了所需焊接变压器的二次输出电压为13.7 V。

[1]关 萍.钢筋焊接网的技术特点及应用[J].大连大学学报，2004，25(8)：46-47.

[2]张昌青，张英宝，马跃洲，等.钢筋网架电焊机的设计及应用[J].兰州理工大学学报，2007，33(01)：25-28.

[3]封政华，华函源 钢筋网自动焊接成型设备的设计与制造[J].电焊机，2000，30(4)：20-23.

[4]薛伟鸣，袁传浩.电阻焊理论与实践[M].北京：机械工业出版社，1992.

[5]冯吉才.压焊方法及设备[M].北京：机械工业出版社，2005.

[6]赵熹华.压力焊[M].北京：机械工业出版社，1980.

Design of welding circuit in spacing adjustable steel mesh welding machine

WANG Xi-jing，DU Jin-tao，JIN Hua，ZHANG Chang-qing
(Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

In view of the limitations that current steel mesh welding machine can only weld fixed steel grid spacing，this paper designed a set of welding mechanism that welding cylinder and electrodes can move around.The way by moving the welding cylinder and electrode to adjust the grid spacing，according to the characteristics of the grid spacing adjustable design the layout of the welding transformer and the conductive copper reasonably.Consider the factors such as resistance and inductance to optimize the design of the welding circuit，then use measuring welding circuit parameters of big grid steel mesh welder calculate the impedance of spacing adjustable steel mesh welder，according to the impedance to choose the appropriate size transformer，thereby made to the welding circuit design can meet the spacing adjustable requirements.

net welder；adjustable spacing；impedance；welding circuit

TG409

A

1001-2303(2012)03-0047-04

2011-09-09

王希靖(1965—)，男，甘肃榆中人，教授，主要从事焊接设备及其自动化、焊接新技术对焊接质量控制方面的工作。