焊接變位機

焊接變位機是用來拖動待焊工件，使其待焊焊縫運動至理想位置進行施焊作業的設備。一般說來，生產焊接操作機、滾輪架、焊接系統及其他焊接設備的廠家，大都生產焊接變位機；生產焊接機器人的廠家，大都生產機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導產品的企業，非常少見。德國Severt公司，美國Aroson公司等，算是比較典型的生產焊接變位機的企業。德國的CLOOS、奧地利igm、日本松下機器人公司等，都生產伺服控制與機器人配套的焊接變位機。以下僅就變位機型式、第一主參數等做些介紹。

基本介紹

• 中文名：焊接變位機
• 外文名：positioner

發展現狀

在我國，焊接變位機也已悄然成為製造業的一種不可缺少的設備，在焊接領域把它劃為焊接輔機。近幾年來，這一產品在我國工程機械行業，有了較大的發展，獲得了廣泛的套用。就型式系列和品種規格而言，已問世的，約有十餘個系列，百餘品種規格，正在形成一個小行業

在人們的眼裡，可能認為焊接變位機是一個無足輕重的產品。然而，在國際上，包括各種功能的產品在內，有百餘系列。在技術上有普通型的；有無隙傳動伺服控制型的；產品的額定負荷範圍，達到0.1kN～18000 kN。可以說，焊接變位機是一個品種多，技術水平不低，小、中、大發展齊全的產品。

一般說來，生產焊接操作機、滾輪架、焊接系統及其他焊接設備的廠家，大都生產焊接變位機；生產焊接機器人的廠家，大都生產機器人配套的焊接變位機。但是，以焊接變位機為主導產品的企業，非常少見。德國Severt公司，美國Aroson公司等，算是比較典型的生產焊接變位機的企業。德國的CLOOS、奧地利igm、日本松下機器人公司等，都生產伺服控制與機器人配套的焊接變位機。以下僅就變位機型式、第一主參數等做些介紹。

德國Severt

該公司主要生產8種類型的產品，其中7種是焊接變位機。每種型式的焊接變位機，按其功能講，均包括基本型、調速型、CNC程控型和機器人配套型等4種產品。

⑴S10型，包括S10.1、2、3、4型等4個產品系列。即：①L型雙迴轉式、L型雙迴轉升降式；② L型雙迴轉-傾翻式、L型雙迴轉-傾翻升降式；③2×L型雙迴轉式、2×L型雙迴轉升降式；④2×L型雙迴轉-傾翻式、2×L型雙迴轉-傾翻升降式。

⑵S20型，包括S20.1、2型2個產品系列。即：①單座單迴轉式、單座單迴轉升降式；②C型雙迴轉式。

⑶S30型，包括S30.1、2型2個產品系列。即：①立式單迴轉；②立式單迴轉雙工位。

⑷S40型，包括S40.1、2、3、4、5、6、7等7個產品系列。即：①雙座單迴轉分體式；②雙座首尾單迴轉式；③H型雙座雙迴轉式；④雙座首尾單迴轉尾架移動式；⑤雙座首尾傾翻尾架移動式；⑥雙座3軸單迴轉式；⑦單座滾圈單迴轉式、雙座滾圈單迴轉尾架移動式。

⑸S50型：包括S50.1、2、3、4、5、6、7型，7個多軸（自由度）產品系列。即：①立式3軸單迴轉雙工位式；②立式單迴轉雙工位2×傾翻--迴轉式（5軸）；③立式單迴轉多工位2×L型雙迴轉式（5軸）；④立式單迴轉雙工位2× L型雙迴轉傾翻式（7軸）；⑤立式單迴轉雙工位2×雙座單迴轉式（3軸）；⑥立式單迴轉雙工位2×C型雙迴轉式（5軸）；⑦立式單迴轉雙工位2×臥式單座單迴轉（3軸）。

⑹S60型：包括S60.1、2型2個產品系列。即：①傾翻--迴轉式（0°～90°）；②傾翻--迴轉式（±90°）。

⑺S70型：包括S70.1、2、3型3個產品系列。即：①立式多工位式4軸（4自由度）單迴轉；②立式多工位2×傾翻--迴轉式（6自由度）；③立式4工位立式4軸單迴轉。

以上共33個產品型式，每種型式都包括上述四種功能的產品，相當於132個產品系列。額定負荷為100dN～10kdN。

美國Aroson

美國Aroson公司生產的焊接設備有焊接變位機、操作機、滾輪架等，可稱世界之最。這個公司生產的焊接變位機，主要類型為傾翻—迴轉式、傾翻—迴轉升降式、雙座雙迴轉式，雙座單迴轉式和雙座單迴轉升降式。其承載能力範圍為11 kg～1810噸。

⑴手動雙回式。C 系列，型號C1000、2000、4000。承載能力25磅～4000磅。

⑵小型傾翻-迴轉式。LD系列，型號LD 60N、150N、300N，承載能力分別為132磅、330磅、660磅。

⑶傾翻-迴轉式，傾翻角度135°。D、HD系列，承載能力314磅～7萬磅

⑷傾翻-迴轉（換銷）定位升降式，傾翻角度135°。AB系列（30～ AB1200），承載能力4300磅～12萬磅。

⑸傾翻-迴轉（齒輪齒條）無級升降式，GE系列，傾翻角度135°，型號（GE25～GE3500，承載能力2500磅～35萬磅。

⑹傾翻-迴轉式，傾翻角度90°，G系列，G400～G4-MEGA型，承載能力4000磅～400萬磅。

⑺雙座雙迴轉式，DCG系列，最大產品承載能力為500噸。

⑻單迴轉式HTS 系列，HTS5、9、12、20、32、40、50、60、90、160、240，承載能力為500磅～24萬磅。

⑼單迴轉（齒輪齒條）升降式，HTS- GE系列，HTS5 GE、HTS 240GE，承載能力為500磅～24萬磅。

德國CLOOS

德國CLOOS公司是國際上生產焊接設備的大型公司之一。生產焊接機器人、焊機等產品。也生產作為焊接機器人外部軸的焊接變位機。在我國，除可見到與焊接機器人系統配套進口的L型雙迴轉式、傾翻-迴轉式和單迴轉式變位機外，還生產臥式單坐單迴轉WPV、立式單迴轉RR502以及各種多軸焊接機器人配套的變位機，如立式多工位2×臥式單迴轉R-WPV 2型（3軸）、立式多工位2×C型雙迴轉式R- WPV2-CD（5自由度）、立式多工位2×傾翻-迴轉GR-WPK 2（5軸）、立式多工位2×傾翻-迴轉×單回移動轉式GR-WPK 2-CD（9軸）等。這些產品的主參數，最大允許承載能力（max. admissible load capacity）用N表示。

日本松下

日本松下公司也是機器人製造公司。這個公司生產的機器人外部設備—焊接變位機有12個系列。他們把傳動裝置、機座、夾具體等作成了標準模組，集合而成這些產品系列。按軸數和結構型式分類。1軸變位機3個系列，即：立式單迴轉、臥式單座單迴轉、雙座單迴轉式；2軸變位機有5個系列，即：C、L、H、準L型雙迴轉式及2×臥式單座單迴轉式；3軸變位機有3個系列，即：立式多工位2×立式單迴轉、臥式多工位2×雙座單迴轉式、2×臥式單座單迴轉式；5軸變位機有1個系列，立式多工位2×L型雙迴轉式。最大有效負荷（Max. payload）200kg、500kg、1000kg。

定義

在我國,焊接變位機是一個年輕的產品。由於製造業之間發展水平的差異，很多企業的焊接工位，還沒有裝備焊接變位機；同時，相關的研究也比較薄弱。迄今為止，沒有專門著作去研究它的定義和分類。對它的稱呼也就不可能規範化了。同一種設備，不同的企業和不同的人可能有不同的稱呼。如：轉胎、轉台、翻轉架、變位器、變位機等。需要賦予它一個定義。它改變了可能需要立焊、仰焊等難以保證焊接質量的施焊操作。從而，保證了焊接質量，提高了焊接生產率和生產過程的安全性。

主自由度

可以肯定的講，如果一台變位機拖動焊件，僅做直線運動，哪怕是三維的，也不可能改變焊縫的姿態，滿足施焊要求。也就是說，變位運動是迴轉運動，稱此迴轉運動為變位機的主自由度。還可以做這樣一個假設：在X、Y、Z直角坐標系下，設有一空間直線焊縫，繞Z軸可在360°範圍內迴轉，且這個Z軸連同這一焊縫又可繞X（或Y）軸在≥180°範圍內迴轉，那么，經此變位的焊縫，便可變到船角焊位置進行施焊作業。換言之，一個焊口由兩個面的共線MN和夾角α組成，在上述兩個迴轉範圍內，經恰當的迴轉，便可使其共線 MN 與水平面平行，且這兩個面與水平面的夾角相等，各為α/2，即變為船角焊位置。這個假設是說，任何複雜焊件，只要裝在主自由度為一個全迴轉和一個半迴轉的焊接變位機上，即可實現船焊要求。我們稱這種雙迴轉式焊接變位機為全功能變位機。

變位自由度

涉及到用戶對設備裝備的理念，以及考慮用於手把焊和自動焊的不同用途，選擇和設計焊接變位機時，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運動自由度，如上述美國、德國這種產品很多。

另外，某些焊件，由於焊縫分布簡單，用一個迴轉自由度就可以解決焊件中大部分和重要焊縫的船焊要求，其餘少量非重要焊縫，雖然，不能實施船角焊，但可以實施平角焊。這樣，為簡化設備造價，工藝上便考慮採用單自由度或功能退化的焊接變位機，即單迴轉式變位機。根據使用要求，同樣也可以增加輔助自由度。例如，升降式和尾架移動式等等。

還有一些工位變位機，為適用於焊接工位的工藝要求，這種焊接變位機的某些自由度，與施焊無關。還有從工位設計和穩定性考慮，兩台或多台焊接變位機合併設計，這樣就出現了多種工位變換和組合式多自由度焊接變位機產品。

用途

主要用途： 焊接變位機是一種通用、高效的以實現環縫焊接為主的焊接設備。可配用氬弧焊機(填絲或不填絲)、熔化極氣體保護焊機 (C02/MAG/MIG焊機)、等離子焊機等焊機電源並可與其它機組成自動焊接系統。該產品主要由旋轉機頭、變位機構以及控制器組成。旋轉機頭轉速可調，具有獨立調速電路，撥碼開關直接預置焊縫長度。傾斜角度可根據需要調節。焊槍可氣動升降。

技術要求

1、迴轉驅動

（1）迴轉驅動應實現無級調速，並可逆轉。

（2）在迴轉速度範圍內，承受最大載荷時轉速波動不超過5%。

2、傾斜驅動

（1）傾斜驅動應平穩，在最大負荷下不抖動，整機不得傾覆。最大負荷Q超過25kg的，應具有動力驅動功能。

（2）應設有限位裝置，控制傾斜角度，並有角度指示標誌。

（3）傾斜機構要具有自鎖功能，在最大負荷下不滑動，安全可靠。

3、其他

（1）變位機控制部分應設有供自動焊用的聯動接口。

（2）變位機應設有導電裝置，以免焊接電流通過軸承、齒輪等傳動部位。導電裝置的電阻不應超過1mΩ，其容量應滿足焊接額定電流的要求。

（3）電氣設備應符合GB/T 4064的有關規定。

（4）工作檯的結構應便於裝卡工件或安裝卡具，也可與用戶協商確定其結構形式。

（5）最大負荷與偏心距及重心距之間的關係，應在變位機使用說明書中說明。

類型

焊接變位機按結構形式可分為三類：

1、伸臂式焊接變位機

伸壁式焊接變位機結構特點與性能 迴轉工作檯安裝在伸臂一端，伸臂一般相對於某傾斜軸成角度迴轉，而此傾斜軸的位置多是固定的，但有的也可小於100°的範圍內上下傾斜。該機變位範圍大，作業適應性好，但整體穩定性差。其適用範圍為1t以下中小工件的翻轉變位。在手工焊中套用較多。多為電動機驅動，承載能力在0.5t以下，適用於小型罕見的翻轉變位。也有液壓驅動的，承載能力多，適用於結構尺寸不大，但自重較大的焊件。

2、座式焊接變位機

座式焊接變位機工作檯有一個整體翻轉的自由度。可以將工作翻轉到理想的焊接位置進行焊接。另外工作檯還有一個旋轉的自由度。該種變位機已經系列化生產，主要用於一些管，盤的焊接。工作檯邊同迴轉機構支承在兩邊的傾斜軸上，工作檯以焊速迴轉，傾斜邊通過扇形齒輪或液壓油缸，多在140°的範圍內恆速傾斜。該機穩定性好，一般不用固定在地地基上，搬移方便。其適用範圍為1至50t工件的翻轉變位，是目前套用最廣泛的結構形式，常與伸縮臂式焊接操作機配合使用。座式變位機座式變位機通過工作檯的迴轉或傾斜，使焊縫處於水平或船形位置的裝置。工作檯旋轉採用變頻無級調速，工作檯通過扇形齒輪或液壓油缸驅動傾斜。它可以實現與操作機或焊機聯控。控制系統可選裝三種配置：按鍵數字控制式、開關數字控制式和開關繼電器控制式。該產品套用於各種軸類、盤類、筒體等迴轉體工件的焊接。是目前套用最廣泛的結構形式。

座式變位機根據載重不同，可分為座式變位機和小型座式變位機

該機穩定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，適用於0.5~50t焊件的翻轉變位。是目前產量最大、規格最全、套用最廣的結構形式。常與伸縮臂式焊接操作機或弧焊機器人配合使用。

3、雙座式焊接變位機

雙座式焊接變位機是集翻轉和迴轉功能於一身的變位機械。翻轉和迴轉分別由兩根軸驅動，夾持工件的工作檯除能繞自身軸線迴轉外，還能繞另一根軸做傾斜或翻轉，它可以將焊件上各種位置的焊縫調整到水平的或“船型”的易焊位置施焊，適用於框架型，箱型，盤型和其他非長型工件的焊接。

工作檯座在“U”形架上，以所需的焊速迴轉，“U”形架座在兩側的機座上，多以恆速成或所需焊速繞水平軸線轉動。該機不僅整體穩定性好，而且如果設計得當，工件安放在工作檯上以後，傾斜運動的重心將通過或接近傾斜軸線，而使傾斜驅動力矩大大大減少，因此，重型變位機多採用這種結構。其適用範圍為50t以上重型大尺寸工件的翻轉變位，多與大型門式焊接操作機或伸縮臂式焊接操作機配合使用。

雙座式焊接變位機適用於50t以上大尺寸焊件的翻轉變位。在焊接作業中，常與大型門式焊接操作機或伸縮臂式焊接操作機配合使用。

機械

焊接變位機械是改變焊件、焊機或焊工位置來完成機械化、自動化焊接的各種機械裝置。

焊接變位機械可分為三大類：

（1）焊件變位機械：包括焊接變位機、 焊接滾輪架、焊接迴轉台和焊接翻轉機。

（2）焊機變位機械：包括焊接操作機和電渣焊立架。

（3）焊工變位機械：包括焊工升降機等。

焊接變位機（positioner）是將工件迴轉、傾斜，使工件上的焊縫置於有利施焊位置的焊件變位機械。它主要用於機架、機座、法蘭、封頭等非長形工件的翻轉變位和焊接，也可用於裝配、切割、檢驗等。

焊接變位機

焊接滾輪架（turning rolls） 是藉助主動滾輪與工件之間的摩擦力帶動筒形工件旋轉的焊件變位機械。它主要用於筒形工件的裝配與焊接，是鍋爐容器生產中的常用工藝裝備。

焊接迴轉台（welding turntable）是一種簡化的變位機，它將工件繞垂直軸迴轉或者固定某一角度傾斜迴轉，主要用於迴轉體工件的焊接、堆焊與切割。

焊接翻轉機（welding tilter）是將工件繞水平軸轉動或傾斜，使之處於有利裝焊位置的焊件變位機。它主要適用於樑柱、框架、橢圓容器等的焊接。

通孔變位機

焊接操作機（manipulator）的作用是將焊機機頭準確地送到並保持在待焊位置，或以選定的焊接速度沿規定的軌跡移動焊機機頭。焊接操作機與變位機、滾輪架等配合使用，可完成縱縫、環縫、螺旋縫的焊接，還可以用於自動堆焊、切割、探傷、打磨、噴漆等作業。

具備性能

（1）焊接變位機械和焊機變位機械要有較寬的調速範圍焊接運行速度，以及良好的結構剛度。

（2）對尺寸和形狀各異的焊件，要有一定的適用性。

（3）在傳動鏈中，應具有一級反行程自鎖傳動，以免動力源突然切斷時，焊件因重力作用而發生事故。

（4）與焊接機器人和精密焊接作業配合使用的焊件變位機械，視焊件大小和工藝方法的不同，其到位精度(點位控制)和運行軌跡精度(輪廓控制)應控制在0.1—2mm之間，最高精度應可達0.01mm。

（5）回程速度要快，但應避免產生衝擊和振動。

（6）有良好的接電、接水、接氣設施，以及導熱和通風性能。

（7）整個結構要有良好的密閉性．以免焊接飛濺物的損傷，對散落在其上的焊渣、藥皮等物．應易被清除。

（8）焊接變位機械要有聯動控制接口和相應的自保護功能集中控制和相互協調動作。

（9）工作檯面上應刻有安裝基線，裝各種定位工件和夾緊機構。

（10）兼作裝配用的焊件變位機械抗衝擊性能。並設有安裝槽孔，能方便地按其工作檯面要有較高的強度和抗衝擊性能。

（11）用於電子束焊、等離子弧焊、雷射焊和釺焊的焊件變位機械，應滿足導電、隔磁、絕緣等方面的特殊要求。

選型

①根據焊接結構件的結構特點選擇合適的焊接變位機。如：裝載機後車架、壓路機機架可用雙立柱單迴轉模式，裝載機的前車架可選L型雙迴轉式，裝載機鏟斗焊接變位機可設計成C型雙迴轉式，挖掘機車架、大臂等可用雙座式頭尾雙迴轉型式，對於一些小總成焊接件可選取現今市場上已系列化生產的座式通用變位機。

②根據手工焊接作業的情況，所選的焊接變位機能把被焊工件的任意一條焊縫轉到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保證焊接質量。

③選擇開敞性好，容易操作，結構緊湊占地面積小的焊接變位機，工人操作高度儘量低，安全可靠。工裝設計要考慮工件裝卡簡單方便。

④工程機械大型的焊接結構件變位機的焊接操作高度很高，工人可通過墊高的方式進行焊接。焊接登高梯的選取直接影響焊接變位機的使用，視高度情況可用小型固定式登高梯、三維或兩維機械電控自動移動式焊接升降台。

操作規程

1. 遵守焊工安全操作規程。

2. 安裝和拆卸工件時，檢查圓壓板是否已取出及壓板是否退回到位，以防工件損壞夾具。

3. 吊裝工件時，必須平穩水平，不能有大幅度擺動，防止工件碰撞夾具，以免損壞夾具。

4. 吊裝工件時，必須安裝穩妥後才能將吊索拿離工件。

5. 拆卸工件時，必須將工件先用吊索吊穩後才能將工件鬆開。

6. 工件落到夾具上時，要輕放，不得對夾具及變位機有過大的衝擊。

7. 工件安裝必須按要求定位，全部夾具的螺母、螺栓都要擰緊，壓板壓緊，安裝完成後需試轉檢查，確認裝穩後才能正式作業。

8. 轉動前應檢查工作迴轉範圍內有無其它物品避免發生碰撞。

9. 工件轉至作業位置後，須將電源開關關閉，切斷電源防止誤動作。

10. 工件安裝須注意工作中心，不得偏離重心位置。

11. 不得超重、超負荷運載。

12. 工件需要登高焊接時，須用登高踏板，且登高踏板須放置穩妥後，才能登高操作。

施焊工藝

1、不平度較大的鋼板，必須校平，對縱橫交叉的接縫，可適當增加中間校正過程或加壓鐵，鋼板不平度影響焊穿現象，因工件不平，使之脫離平台，散熱慢易焊穿；在上坡時，可能焊車速度減慢；以及熔池傾斜，都會使鋼板焊穿，因此鋼板必須校平。

2、鋼板在裝焊前，應儘量使其清潔，必須將油污、浮鐵、銹泥等清除乾淨，其中油污必須徹底清除，可用50%水玻璃加50%水來清洗。

3、鋼板並接前，用風動鋼絲輪將焊縫上表面邊緣50mm範圍內進行清潔，只需將浮銹清除乾淨，不必清除堅固的氧化皮。

4、將風動鋼絲輪清潔後的灰塵清除乾淨，用一般的壓縮空氣，必須注意不得由水、油。

5、將並接鋼板兩端面用批鏟批去一刀，必須注意不要將端面批斜，並保證間隙公差為0+0.5局部間隙允許達1mm，但不得超過整條焊縫長度的10%，這是使焊縫不焊穿的必要保證。

6、用上焊結427直流電源反接法進行點焊，電流應偏於下限，以減少熔深，間距可為150～200mm，並將點焊批平。

7、焊縫兩端必須裝引弧板於熄弧板，以免因電機在啟動及熄弧時焊接規範不穩定而影響焊接質量，引弧板與熄弧板的厚度要與工件厚度一致。

8、用φ1.6焊絲進行焊接，以增加電流密度，使焊機規範易於保證穩定。

9、焊藥在150～200℃溫度下焙烘1～2小時。

10、在試板上將規範調節正確。

11、調整指針的正確性，焊縫的焊偏是產生未焊透及氣孔的另以主要原因，必須絕對避免。

12、主焊縫必須做到當天裝配，當天焊接，主焊縫不過夜，並儘量安排於白天進行，因晚上較潮濕。

13、封底焊與主焊縫焊接相隔的時間不宜太長，超過一星期由一些影響，適當做些清潔工作，還是可以避免缺陷的。封底焊與主焊縫焊接時間較近，封底焊與主焊縫焊接時間較近，封底焊表面沒有嚴重浮銹不進行表面磨光對氣孔夜不覺得由突出影響(有氧化皮的)。

14、凡自動焊區域，應創造一定工作條件，不要給以任意走動，減少不必要的振動，保證焊縫區域的清潔程度與良好的環境。

15、焊接後對焊縫質量進行X光類檢查，118張偏透視結果合格率達95.76%。

焊接規範

正確的選擇規範是防止焊穿和避免未焊透現象的重要保證，規範不準也會引起氣孔的產生。

3mm撥自動焊的焊穿與未穿透之極限很接近，熔深n1<1.5mm時就會出現未焊透現象，當n1<2.0時極易焊穿，熔深的變化範圍<1mm。因此焊接規範就受到嚴格的限制。

對φ1.6的焊絲幾種規範，以電流為代表的有：主焊縫電流I1=160A、180A、200A；封底焊電流I2=220A、240A、260A、280A。對第一種規範由於主焊縫與封底焊熔深沒有交叉，實際上就不能保證正常焊透程度。第二種規範要產生焊穿現象。

由於3mm薄板自動焊採用的是小規範，其所要求的穩定性就必須很高，否則就會引起焊穿或未焊透現象，焊縫成型也會惡化，可能出現氣孔等缺陷。我們要求電流的波動範圍控制在±10A以內，電壓控制在±2V一內，這樣是能夠得到滿意的結果。

3mm薄板單絲埋弧自動焊的焊接規範：

焊縫類別	電流(A)	電壓(V)	焊接速度(m/h)	備 注
主焊縫	190	31	38	用φ1.6焊絲
封底焊	250	32	45

驅動系統

焊接變位機工作檯的迴轉運動，多採用直流電動機驅動，無級變速工作檯的傾斜運動有兩種驅動方式：一種是電動機經減速器減速後通過扇形齒輪帶動工作檯傾斜或通過螺旋副使工作檯傾斜； 另一種是採用液壓缸直接推動工作檯傾斜。這兩種驅動方式都有套用，在小型變位機上以電動機驅動為多。工作檯的傾斜速度多為恆定的，但對套用於空間曲線焊接及空間曲面堆焊的變位機，則是無級調速的。另外，在驅動系統的控制迴路中，應有行程保護、過載保護、斷電保護及工作檯傾斜角度指示等功能。

工作檯的迴轉運動應具有較寬的調速範圍，國產變位機的調速比一般為1:33左右；國外產品一般為1:40，有的甚至達1:200。工作檯迴轉時，速度應平穩均勻，在最大載荷下的速度波動不得超過5% 。另外，工作檯傾斜時，特別是向上傾斜時，運動應自如，即使在最大載荷下，也不應產生抖動。