摘 要

焊接作为现代制造业中一种非常重要的加工方法,在工业生产中起着越来越重要的作用。而且在现代科学技术的飞速发展和其他因素的推动之下,焊接制造工艺正经历从手工焊接到自动焊接的过渡过程。将焊接过程采用自动化、数字化、智能化控制具有诸多优势，比如可以大幅度提高焊接生产效率、改善焊接生产的环境及安全条件、稳定和保证焊接质量。所以自动化焊接是当前焊接领域的发展方向,也是焊接技术发展的必然趋势。本文主要在对常用的埋弧焊设备进行组合后，结合PLC技术，从而实现对法兰的自动焊接过程，大幅度地提高了焊接效率及焊接质量，重点介绍了所要实现任务对应的程序部分，所得结果对于实际生产具有一定的指导意义。

关键词：PLC；自动焊接；法兰

Abstract

Welding is a very important traditional manufacturing process, plays a very important role in industrial production. And the transition due to the rapid development of modern science and technology and promote the welding manufacturing process is undergoing a number of factors from manual to automatic welding welding. The welding process automation, digital, intelligent control can greatly improve welding productivity, improve health and safety conditions of production welding, stability and ensure the welding quality. So automated welding is the development direction of the current field of welding, but also the inevitable trend of development of welding technology..In this paper, commonly used in the submerged arc welding equipment improvements, combined with PLC technology, enabling the flange automatic welding process, greatly improve the welding efficiency and weld quality, focusing on the task to be achieved by a corresponding part of the program, the results have certain guiding significance for the actual production.

Key Words：PLC；automatic welding；flange

目 录

第一章 绪论 4

1.1国内外焊接自动化的发展现状 4

1.2焊接自动化的发展趋势 4

第二章 环形焊缝及其焊接 5

2.1环形焊缝 5

2.2环形焊缝的焊接 5

2.3埋弧焊焊接工艺参数的影响 7

2. 4本章小结 8

第三章 环形焊缝自动焊接的设备分析 8

3.1 埋弧焊电源 8

3.2埋弧焊操作机 9

3.3焊接机头 10

3.4变位机 11

3.5 本章小结 12

第四章 PLC控制系统的设计 13

4.1 PLC概念 13

4.2 PLC特点 13

4.3 PLC的组成及基本原理 14

4.4 确定控制要求和控制方式 15

4.5系统硬件设计 16

4.6系统软件设计 19

4.7 本章小结 31

第五章 总结与展望 32

5.1总结 32

第一章 绪论

1.1国内外焊接自动化的发展现状

从上世纪末开始，由于科学技术的快速进步，以及各种控制方式的飞速发展，许多自动化机器开始应用于现代工业生产，同时也为工业生产带来了诸多好处，比如提高了工业生产的效率，保证和稳定了产品的质量，改善了工厂操作工人的生产制造的环境，也为工厂生产成本的降低提供了不错的方式。总而言之，自动化设施的使用是现代工业生产中的必定的发展趋势，也即将为现代工业生产的完善与提高提供很好的契机。而在焊接技术中采用自动化的方式，也必然是大势所趋。当在焊接技术中采用自动化的方式后，可能会有以下的优点，比如，大幅度的缩减焊接生产的不必要的辅助时间（可以由机器自动完成），保证焊接产品的质量，产品的不合格率会降低很多，以及可以改善工人的操作环境等。

而在许多发达的工业化国家，像美国日本等，工业中自动化的应用已经相当普及，相应的技术发展也已经十分发达，但在我国，由于自动化技术的发展比较缓慢，目前应用还不够普及，但正在逐步的发展之中。在我国，焊接自动化行业仍然属于比较新兴的行业之一，起步于上世纪末，随着各种计算机技术的成熟与发展，目前也已经有了相当不错的发展，但总而言之，还算是出于一个刚刚起步的阶段。我国焊接行业中，仍然以传统生产中的手工电弧焊为主，焊接自动化的应用比率大约为百分之三十多，而与之对应，许多国外的比率高达百分之八十，因此，可以毫不夸张地说，我国的焊接自动化行业的未来发展真的是拥有着无比巨大的潜力，前景相当广阔。

1.2焊接自动化的发展趋势

由于我国焊接自动化领域存在的诸多问题，因此迫切的需要对产业进行改进与升级，可谓是势在必行，刻不容缓。具体来说，需要从以下几点进行改进与升级：首先，提高焊接效率，正所谓时间就是金钱，效率就是时间。所以，在焊接生产过程中提高焊接生产效率是焊接生产过程中一个至关重要的环节，也是首要考虑的一个核心部分。众所周知，焊接作为工业制造生产中的一个主要方式，大约占了焊接工业生产过程中总工时的百分之十到百分之三十，焊接成本大约占了总制造成本的百分之二十到百分之三十。也就意味着，焊接自动化水平的提高，是企业缩减成本的一个重要手段，也可以提高生产效率，以及实现企业的健康发展与运行。其次，保证产品质量。手工焊接时，常常由于各种各样的主观或客观原因，导致焊接质量的不合格，比如未焊透未融合裂纹等焊接问题。但是，将焊接与自动化技术巧妙结合之后，实现焊接的自动化时，这些问题就荡然无存了。因为，自动化焊接生产的时候，机器不会像人工操作的时候，起弧稳弧出现一些不稳定的问题，行进中也不会出现抖动而使得电弧电压出现波动等问题，这些原因使得自动化焊接的优势十分明显。显而易见，自动化焊接的方式具有手动操作时完全不可能具备的很多优点。除此之外，降低成本也是一个工厂愿意实现自动化的重要原因。实现自动化后，可以大量的减少工人的成本，以及效率的大幅度升高也让工厂单位时间的产出有了质的提高。当然，不得不说的是，对于工厂工人的操作条件的提高，也成为许多与焊接相关的企业逐渐采取焊接自动化的一个重要因素。因为，焊接作业应当属于对身体有一定损害的工种之一，焊接行业的工人常常由于处在生产一线那种高辐射高弧光高噪音的恶劣的操作条件之下，而产生一系列的身体问题，电光眼尘肺等等疾病常常赫然在列。也正是由于这些原因，国家对于焊接行业的要求也高于其他行业，而且对工厂对于工人身体的防护要求也十分严格，这也成为了目前工厂中的一个主要成本支出，而如果采用自动化焊接方式之后，这些问题可以得到有效地解决。因为，焊接自动化可以让工人尽可能的远离了焊接操作的一线，也就避免了上述各种职业疾病的出现，而且，不得不提，与此同时让焊接工人的劳动强度大大的下降，而操作环境有所改善。

第二章 环形焊缝及其焊接

2.1环形焊缝

在本次毕业设计的课题当中，主要的工作任务和目标是要实现对法兰与钢管结构的连接，而焊接部位的焊缝从本质上来说，就属于环形的焊缝。环形焊缝具有一般的常见焊缝不一样的性质。比如，环形焊缝的焊接要保证焊缝的全部融合和完整连接，否则在实际使用中可能出现一系列的焊接后续问题。因而在实际生产过程中，也常常要使用一些特定的方式进行操作。环形焊缝的定义大概如下，环形焊缝是指常见于筒体.法兰等结构中，开始和终止外置相互连接，形成的一个完整的圆形的焊缝。在实际生产中，根据焊缝的所在位置，通常分为以下几类，分为管板类 (见图2-1)、筒体类 (见图2-2 ) 。

图 2-1管板类 图2-2筒体类

2.2环形焊缝的焊接

对于环形焊缝的焊接，常见的焊接方法主要有以下方法，其中包括: 氩弧焊、手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊以及埋弧焊。

氩弧焊，是指通过使用惰性气体氩气或者氩气为主而加入少量其他气体作为保护气体实现焊接的方法，又通常被称为惰性气体钨极氩弧焊。该种焊接方式可以实现自动化，也比较适合实现自动化。但由于存在以下的一些缺陷，因而在本次毕业设计中不予采用。主要存在的缺陷如下：（1）该种焊接方法使用时的电流密度很大，还容易产生很强的可见光，包括紫外线红外线强可见光等，而这些强的可见光容易对工厂的一线操作工人产生比较大的身体损伤，特别是对眼睛的伤害。（2）同时因为使用氩弧焊焊接方式焊接时的热影响区比一般焊接方法大，而导致生产的工件常常会造成硬度降低、变形较大等诸多缺点。（3）除此之外，对于一些熔点很低和非常容易蒸发的金属，要进行焊接过程十分困难。

手工电弧焊是指通过焊接工人控制焊条的运行，自己手动调节焊接的规范参数来进行焊接过程的方式。该种焊接方法常常使用各种各样的方法保护焊接熔池，以避免焊接过程中高温的熔池与空气的接触，也就会避免一些因为与空气接触而产生的焊接问题。使用的焊条不仅仅作为电极，也作为焊缝的填充金属。也就是说，焊条的化学成分对于最终形成的焊缝金属的力学性能和综合性能有着举足轻重的影响。对于不同的工件材料.不同的工件厚度.不同的焊接方法，要通过一定的方式计算最后的焊缝的化学组成，看是否符合最后的要求。焊条主要由焊芯和药皮组成，一般分为碱性和酸性两大类。不同的焊条适用不同的环境。要根据具体情况进行选用。由于存在以下的一些缺陷，因而在本次毕业设计中不予采用。主要存在的缺陷如下：手工电弧焊焊接方法使用的焊条一般长度有限，也就意外着每次使用完后要进行换焊条的工作，这样一来，就会大量的浪费不必要的工作时间，也就让焊接的生产效率不知不觉中大幅度的降低了。而且使用完的焊条基本上就失去了原有的作用，常常就被丢弃了，这也会导致焊接现场的脏乱，而如果要采取特定的方式和人员进行处理的话，又会增加生产的成本。

二氧化碳气体焊是一种十分常见的焊接方法，主要是以二氧化碳作为保护气体，使用焊丝作为填充金属而进行焊接的方法，属于熔化极活性气体保护焊的一种。该种焊接也适合实现自动化的改造，可是存在以下的问题：(1)由于二氧化碳是活性气体，氧化性较强，因此要采用一些具有脱氧能力的元素对熔池金属进行脱氧。(2)二氧化碳气体保护焊最严重的一个问题就是飞溅率高，噪声比较大，因此焊接生产现场的环境比较恶劣，对一线焊接生产工人的身体损害也比较大。

埋弧焊是利用电弧为热源，用焊丝作为电极，从而来融化工件而进行焊接的一种常见的方法，因为电弧是在焊剂的下面进行燃烧，外面看不见强烈的弧光，所以称为埋弧焊。以下是埋弧焊焊缝形成过程示意图。

1—焊剂 2—焊丝(电极) 3—电弧 4—熔池 5—熔渣 6—焊缝 7—母材 8—渣壳

图2-3 埋弧焊焊缝形成过程示意图

埋弧焊具有诸多的优点，比如说，由于焊接时的电流通常比较大，也就使得埋弧焊可以适用于焊接厚板的情况。除此之外，埋弧焊在各种焊接方法中还是一种十分高效的焊接方法。特别适合焊接较长的厚板的直线焊缝。由于上述的诸多优点，埋弧焊也成为了现代工业生产中的一个重要的焊接方法，适用面十分广阔。在起重铁路工程冶金海洋等诸多领域都有这十分广泛的应用，可以说是现代焊接中使用量最高的方式之一。

上述主要就是对几种常见的焊接方法的具体的比较分析，经过比较分析后，我认为埋弧焊的焊接方法更加适合于本次毕业设计中对于钢管法兰的焊接。

2.3埋弧焊焊接工艺参数的影响

一般而言，焊接工艺参数对于焊缝成形的过程具有很大的影响，因此控制好焊接过程中的各种焊接工艺参数是控制焊接效果的主要手段。焊接生产过程中的常见的工艺参数主要包括电流、电压、焊接速度等。 

所谓焊缝截面形状，主要包括深度h、焊缝宽度b和余高e；角接焊缝的焊脚K、喉深H、凹凸度C和下陷等见图3－1，