摘 要

焊接自动化装备的技术水平在许多方面都影响到我国重大核心装备的生产制造，航空航天、核电能源、航海军事等一系列领域的重大核心装备能否实现自产，是能否保障国家安全、加快经济发展、实现中华民族伟大复兴中国梦的重要前提。

本文针对小型自动环形焊缝焊接设备的需求，设计出一套自动环行焊缝焊接设备系统，该焊接设备有焊接枪机构、焊接支架机构、工件夹持机构、传动机构以及基于PLC的焊接自动控制系统。本文从多种焊接工艺中选取MAG焊接工艺，选取合适的焊接辅助设备，能实现焊接的正常进行。该控制系统以PLC为控制核心，搭配功能正常的程序梯形图实现焊接的自动进行。总体来看，该焊接系统能稳定高效地完成自动环缝焊接的任务，搭配自动控制系统，提高了劳动生产率，改善了焊接环境，保证了焊接质量。

关键词：环缝焊接；MAG焊接；自动控制；PLC；

Abstract

The technical level of welding automation equipment in many aspects affect the production of major core equipment, aerospace, nuclear power, naval military and a series of areas of major core equipment can achieve self-production, is the protection of national security, speed up Economic development and realize the great prerequisite for the great rejuvenation of the Chinese nation.

In this paper, a set of automatic ring weld welding equipment system is designed for the demand of small automatic ring welding equipment. The welding system has welding gun mechanism, welding bracket mechanism, workpiece clamping mechanism, transmission mechanism and PLC-based welding automatic control system. In this paper, from a variety of welding process selected MAG welding process, select the appropriate welding auxiliary equipment, to achieve the normal welding. The control system to PLC as the control core, with the normal function of the program ladder to achieve the automatic welding. Overall, the welding system can be stable and efficient to complete the task of automatic girth welding, with automatic control system to improve labor productivity, improve the welding environment, to ensure the quality of welding.

Key words：Girth welding; MAG welding; automatic control; PLC

目 录

第1章 绪论 5

1.1 设计背景 5

1.1.1 环缝焊接的发展与应用 5

1.1.2 焊接自动化的发展 6

1.2 国内外研究现状对比 8

1.2.1 焊接自动化在国外研究现状 8

1.2.2 焊接自动化在国内研究现状 9

1.3 研究目的及意义 10

1.4 设计研究内容 10

1.5 本章小结 11

第2章 环缝焊接自动化设备方案设计 12

2.1 环缝焊接设备基本工作原理 12

2.2 各机构方案设计 12

第3章 环缝焊接自动化设备硬件设计 14

3.1 电动机的选型 14

3.2 减速齿轮组的方案设计 15

3.2.1 第一组减速齿轮设计 16

3.2.2第二组减速齿轮设计 21

3.3 轴的方案设计 26

3.3.1 I轴的设计计算 26

3.3.2 II轴的设计计算 30

3.4 工装夹持机构方案设计 33

3.5 焊接机构的方案设计 35

3.5.1焊接工艺的选择 35

3.5.2 焊接机构的设计 36

3.6 气缸的选型 37

3.7 本章小结 38

第4章 控制部分综合设计 40

4.1 PLC的基本组成 40

4.2 PLC的常用系列产品简介 41

4.3 PLC系统软件设计 42

4.2 本章小结 44

第5章 结论与展望 45

参考文献 46

致谢 48

第1章 绪论

1.1 设计背景

1.1.1 环缝焊接的发展与应用

环缝焊接是金属结构件，特别是压力容器装备制造时经常需要面对的焊接需求，相比于纵缝焊接，环缝焊接对焊接技术和焊接设备的要求更高，应用在压力容器上的环缝焊接需要焊缝外观质量检验和焊缝内部探伤。检验焊缝内部质量的方法一般有超声波探伤以及X射线探伤，X射线探伤由于其安全性、经济性，一般应用在重要性较高的关键部件中，超声波探伤推广性更好，灵敏度高、成本低、使用场合灵活、检测周期短，因此在工业装备生产中对环形焊缝的质检一般应用超声波探伤的检测方法。环缝焊接的手段在中国装备制造自动化的进程中使用的频率和领域越来越广，自动化生产相比人工焊接具有更方便的品质控制、经济适用性更广、生产效率更高，因此环缝焊接的设备已逐步取代旧工厂全手工环缝焊接的生产模式，环缝焊接设备的研发和推广势在必行，符合国家装备制造业的发展方向。

而近几年来，发展十分迅速，实质性成果迭出的信息技术行业、自动控制技术、计算机技术都为自动化焊接的研发改善提供了坚实的技术基础，逐步改变传统的人工焊接现状。不论是高端精密焊接，还是低端批量普通焊接，自动化焊接设备都极大地改善工作环境、保证焊接精度和质量、提高劳动生产率，总而言之，自动化和柔性制造在环缝焊接领域的应用已经成为中国装备制造业中势不可挡的前景。

图1-1 武汉某型号热燃锅炉成品 图1-2 某型号锅炉半成品焊缝展示