1、文章編號：1002025x(2014)07-0052-04直線步進(jìn)式自動火焰釬焊專機(jī)的研制 孫學(xué)娟（天津中徳職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 300350）摘要： 目前， 我國空調(diào)制冷行業(yè)四通換向閥的自動火焰釬焊專機(jī)大多仿制國外同類產(chǎn)品， 研制的用于空調(diào)四通閥的直線步進(jìn)式自動火 焰釬焊專機(jī)， 填補(bǔ)了國內(nèi)該專機(jī)領(lǐng)域的空白。 本文就研制的專機(jī)工作原理、 技術(shù)要點、 應(yīng)用前景等進(jìn)行了綜合分析， 闡述了該設(shè)備極 大的潛在社會和經(jīng)濟(jì)效益， 極具推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞： 四通換向閥； 直線步進(jìn)； 自動火焰釬焊專機(jī)； 研制中圖分類號： tg439.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： bdoi:10.13846/12-1070/tg.2014

2、.07.0170前言空調(diào)制冷行業(yè)中， 四通換向閥的自動火焰釬焊 設(shè)備是一種非常重要并且應(yīng)用十分廣泛的焊接設(shè)備， 尤其是在冷、 熱空調(diào)四通換向閥主閥體與 e， s， c 管、 滑板與先導(dǎo)閥支架等零部件的焊接中更是如此。 我國自 20 世紀(jì) 80 年代以來， 從國外陸續(xù)引進(jìn)了各 種類型的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)式自動火焰釬焊設(shè)備， 促進(jìn)了空 調(diào)四通閥產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的提高。 我國的相關(guān) 科研單位也相繼開發(fā)、 研制出了用于空調(diào)四通換向 閥自動火焰釬焊的各類設(shè)備， 促進(jìn)了我國空調(diào)制冷 行業(yè)的發(fā)展 ， 同時為國家節(jié)約了大量外匯 。 但 是 ， 火焰釬焊四通換向閥的現(xiàn)有釬焊設(shè)備仍存在著工作 條件惡劣、 生產(chǎn)效率低下、

3、釬焊質(zhì)量不穩(wěn)定的弊端。 因此， 開發(fā)出性能滿足產(chǎn)品要求、 釬焊要求、 高效、 環(huán)保、 質(zhì)量穩(wěn)定的自動火焰釬焊設(shè)備， 走國產(chǎn)化道 路是必然的趨勢， 空調(diào)四通閥直線步進(jìn)式自動火焰 釬焊專機(jī)就是在這種背景下研制的。1火焰釬焊原理釬焊是利用液態(tài)釬料填滿被釬焊金屬結(jié)合面之 間的間隙而形成牢固接頭的焊接方法。 它是采用液 相線溫度比母材固相線溫度低的金屬材料作釬料 ，收稿日期： 2013-12-09將零件和釬料加熱到釬料熔化， 利用液態(tài)釬料潤濕 母材、 填充接頭間隙并與母材相互溶解和擴(kuò)散， 隨 后， 液態(tài)釬料結(jié)晶凝固， 從而實現(xiàn)零件的連接。釬焊時， 被釬焊金屬不熔化， 根據(jù)工件母材成 分， 選擇好與之匹配

4、的釬料及釬劑， 隨之確定了釬 焊溫度， 釬料是靠潤濕、 毛細(xì)作用在釬縫間流動的。 在液態(tài)釬料和固態(tài)釬焊母材金屬之間發(fā)生釬焊金屬 母材向液態(tài)釬料中溶解和釬料組分與釬焊金屬母材 相互擴(kuò)散 （釬料和釬焊金屬之間的物理化學(xué)反應(yīng)）， 達(dá)到良好的金屬間結(jié)合， 使釬焊接頭的力學(xué)性能指 標(biāo)達(dá)到相關(guān)要求。所謂氣體火焰釬焊是利用可燃?xì)怏w與氧氣混合 燃燒的火焰進(jìn)行加熱的一種釬焊方法。 火焰釬焊的 常 規(guī) 工 藝 如 下 ： 焊 前 清 理 檢 驗 安 裝 接 頭 檢 驗火焰調(diào)節(jié)加熱加入釬劑、 釬料保溫冷 卻焊后處理檢驗合格結(jié)束。2 直線步進(jìn)式自動火焰釬焊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計空調(diào)四通換向閥是空調(diào)產(chǎn)品中的重要部件， 四 通換向閥

5、在空調(diào)中的作用是更改管道內(nèi)制冷劑的流 動方向， 達(dá)到將蒸發(fā)器與冷凝器的功能調(diào)換的目的， 使空調(diào)既可以制冷又可以制熱。 制冷時， 制冷劑先 經(jīng)過冷凝器， 再到蒸發(fā)器； 制熱時， 制冷劑先經(jīng)過 蒸發(fā)器， 再到冷凝器。 四通換向閥的主體材質(zhì)為黃 銅， 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。直線步進(jìn)式自動火焰釬焊機(jī)是釬焊四通換向閥 主閥體與 e， s， c 管、 滑板與先導(dǎo)閥支架的自動釬 焊設(shè)備， 結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，具上， 夾具置于傳送鏈上，四通換向閥工件裝于夾傳送鏈上有 29 副同樣的夾具， 每副夾具上裝有 2 個工件。 傳送鏈兩側(cè)有 2排火焰加熱系統(tǒng)， 工件在 2 排火焰中穿過， 工件的 預(yù)熱、 釬焊、

6、冷卻一體化完成。 該工藝使用釬料環(huán)， 提前套入管子上并貼近主閥體。 將工件加熱到釬焊 溫度， 釬料環(huán)熔化完成 e， s， c 管與主閥體、 不銹鋼支架與主閥體的釬焊。滑板先導(dǎo)閥閥體dacdb主閥體esc圖 1 空調(diào)四通換向閥結(jié)構(gòu)示意圖109812345671.床身 2.漲緊裝置 3.預(yù)熱擺動裝置 4.配氣裝置 5.釬焊擺動裝置 6.冷卻裝置 7.驅(qū)動裝置 8.工裝夾具 9.水管 10.防護(hù)裝置圖 2 自動釬焊專機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖傳動裝置是由電機(jī) 、 減速器、 360旋轉(zhuǎn)分度機(jī) 構(gòu)組成， 該機(jī)構(gòu)驅(qū)動鏈輪、 鏈條、 夾具按等節(jié)距直 線步進(jìn)， 確保了節(jié)距精度高、 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、 可靠。火焰供氣系統(tǒng)采用二次減、

7、 穩(wěn)壓， 使加熱火焰 更穩(wěn)定。 焰炬設(shè)有電機(jī)驅(qū)動的擺動機(jī)構(gòu)， 擺幅、 擺 動頻率可調(diào)， 使釬焊接頭加熱溫度均勻。 獨立的氧、 燃?xì)饬髁坑嫞?量化地控制了火燃能力。 在丙烷系統(tǒng) 中加入氣體助釬劑發(fā)生裝置， 確保了釬縫加熱時不 氧化， 穩(wěn)定了工件的釬焊質(zhì)量。 釬焊、 冷卻區(qū)設(shè)有 引風(fēng)系統(tǒng)， 使釬焊時的有害氣體、 熱氣及時排出室 外， 凈化了工作環(huán)境。該釬焊機(jī)的設(shè)計， 克服了裝卸工件與釬焊工件 同處一室的弊端， 綠色環(huán)保， 使安裝、 拆卸零件工 位與釬焊、 冷卻工位嚴(yán)格地隔離開來， 釬焊過程中 釬劑揮發(fā)的有害氣體能及時排出。 釬焊定位工裝夾 具的設(shè)計為同時組裝 2 個工件， 釬焊時增加了一級 預(yù)熱，

8、 2 個工件同時預(yù)熱、 加熱、 釬焊、 冷卻， 生產(chǎn)效率成倍提高。 釬焊時， 工件直線步進(jìn)， 運行平穩(wěn)、 可靠， 焊炬擺幅、 擺動頻率可依生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)定， 工 件加熱均勻， 確保了釬焊質(zhì)量穩(wěn)定。3 釬焊專機(jī)設(shè)計技術(shù)要點（1） 釬焊夾具換向動作 釬焊夾具滿足各種規(guī) 格四通換向閥主閥體、 滑板與 e， s， c 管和先導(dǎo)閥 支架的釬焊及裝卸。 夾具在直線步進(jìn)過程中， 必須 進(jìn)行 2 次沿運動軸線方向垂直變、 復(fù)位的動作。 變、 復(fù)位裝置由固定撥輪、 夾具撥桿、 定位器構(gòu)成。 運 動的夾具在撥輪、 夾具撥桿、 定位器的協(xié)調(diào)動作下， 完成夾具90的換向。 換向90的準(zhǔn)確度 ， 直接影 響釬焊時的加熱和裝

9、、 卸工位的操作， 夾具撥桿與 夾具的安裝位置是關(guān)鍵。經(jīng)過認(rèn)真分析及大量試驗， 確定撥桿軸線與夾 具垂直中心線夾角 40最為理想， 保證了換向90的 可靠性。 如圖 3 所示。撥輪調(diào)節(jié)座撥桿 定位器撥輪（a） 結(jié)構(gòu)圖（b） 撥輪固定架局部剖視圖圖 3 釬焊夾具換向裝置（2） 直線步進(jìn)驅(qū)動裝置 直線步進(jìn)精度由旋轉(zhuǎn)分 度機(jī)構(gòu)、 離合器、 制動器協(xié)同動作來保證。 旋轉(zhuǎn)分度 機(jī) 構(gòu) 輸 出軸設(shè)有無觸點開關(guān) ， 當(dāng)分度機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動至 270時， 無觸點開關(guān)發(fā)出信號， plc 控制使離合器打 開， 制動器工作， 分度機(jī)構(gòu)停止轉(zhuǎn)動， 由于有離合 器、 制動器的配合， 確保了停轉(zhuǎn)時在間歇角 （90） 直線段內(nèi)。

10、分度機(jī)構(gòu)精度為15， 直線步進(jìn)精度在 01 mm 范圍內(nèi)， 從而滿足了四通閥的釬焊要求， 且 直線步進(jìn)速度連續(xù)可調(diào)， 顯著地提高了生產(chǎn)效率。（3） 焊炬運動機(jī)構(gòu) 整組焊炬由擺動機(jī)構(gòu)驅(qū)動， 以夾具中心軸為原點左右擺動。 此機(jī)構(gòu)由電機(jī)、 減 速器、 偏心搖臂、 焊炬滑臺組成， 擺幅及擺動頻率 可調(diào)整， 使工件加熱均勻， 提高了四通閥釬焊質(zhì)量。（4） 控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)采用 plc 和人機(jī) 界面作為主控元件， 程序設(shè)有手動和自動工作程序， 人機(jī)界面可設(shè)定釬焊工藝參數(shù)及故障顯示， 并設(shè)有 計算機(jī)異常和無釬料、 燃?xì)狻?氧氣、 水壓、 壓縮空 氣不足等各種異常情況自動報警顯示。（5） 釬焊火焰供氣系

11、統(tǒng) 該設(shè)置了燃?xì)狻?助燃 氣的二次減、 穩(wěn)壓， 并且還設(shè)置了燃?xì)狻?助燃?xì)鈿?體流量計， 直觀量化地調(diào)節(jié)、 控制了火燃能力， 改 變工藝參數(shù)更加簡化， 操作更方便， 加熱火焰供氣 更穩(wěn)定， 從而降低了操作難度， 提高了釬焊質(zhì)量。（6） 冷卻系統(tǒng)和排風(fēng)裝置 該設(shè)計將釬焊、 冷卻 區(qū)設(shè)計為封閉型， 使裝、 卸零件工位與釬焊、 冷卻工 位屏蔽開， 從根本上消除了旋轉(zhuǎn)步進(jìn)自動火焰釬焊設(shè) 備裝配、 釬焊一室設(shè)計的弊病。 設(shè)備設(shè)有引風(fēng)裝置， 釬焊時的熱氣及釬劑揮發(fā)出來的有害氣體及時排出室 外， 凈化了工作區(qū)環(huán)境， 改善了工作條件。 為了便于操作者觀察、 維修， 屏蔽室兩側(cè)各設(shè)置有四扇可翻起 的玻璃窗， 并

12、設(shè)有用于固定已翻起的玻璃窗的裝置。設(shè)計的四通換向閥自動火焰釬焊專機(jī)的主要技 術(shù)參數(shù)： 輸入電壓 ： 交流， 三 相 ， 380 v， 50 hz； 額定功率： 25 kw； 加熱工位： 4 組； 液化石油氣最高壓力： 01 mpa； 液化石油氣流量 ： 5 m3/h； 氧氣 最 大 壓 力 ： 05 mpa； 氧 氣 流 量 ： 12 m3/h； 生 產(chǎn) 節(jié) 拍： 360 件/h； 專機(jī)外形尺寸： 6 050 mm1 400 mm2 100 mm； 專機(jī)自身質(zhì)量： 2 000 kg。4 直線步進(jìn)式自動火焰釬焊機(jī)應(yīng)用前景直線步進(jìn)式空調(diào)四通閥自動火焰釬焊專機(jī)已制作 出樣機(jī)， 并在相關(guān)企業(yè)用于試生產(chǎn)

13、， 經(jīng)按相關(guān)國家標(biāo) 準(zhǔn)檢驗， 四通閥上的主要釬縫表面成形良好， 密閉性 好， 釬焊變形小， 焊后質(zhì)量、 尺寸精度均滿足要求。 目前， 我國有幾百家大大小小使用火焰釬焊工藝加工 零部件的廠商， 在各個行業(yè)中， 大部分仍采用操作或 使用旋轉(zhuǎn)步進(jìn)式多工位自動火焰釬焊機(jī)釬焊， 其生產(chǎn) 條件惡劣、 生產(chǎn)效率低。 在工業(yè)生產(chǎn)要求環(huán)保、 高端 技能型專門人才緊缺的背景下， 該直線步進(jìn)式自動火 焰釬焊機(jī)的研制， 在國內(nèi)外市場上顯示出極大的優(yōu)勢。 只需由工人熟練裝卸工件， 高難度的釬焊過程 由設(shè)備自動完成， 克服了人工不確定因素對焊接質(zhì) 量的影響， 從而穩(wěn)定提高了釬焊質(zhì)量。 因此， 該直 線步進(jìn)式空調(diào)四通閥自動

14、火焰釬焊機(jī)大大降低了操 作者的勞動強(qiáng)度， 容易實現(xiàn)釬焊過程的自動化， 隨 著熟練程度的提升及設(shè)備自動上下料機(jī)構(gòu)的完善 ， 生產(chǎn)效率會顯著提高， 而且工作環(huán)境的改善使該設(shè) 備更具有廣泛的應(yīng)用前景。5 結(jié)論（1） 結(jié)合我國國情開發(fā)研制的直線步進(jìn)式自動 火焰釬焊機(jī)， 不僅在設(shè)計和制造上采用了國內(nèi)外多 種先進(jìn)技術(shù)， 而且在設(shè)計思想和設(shè)備結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng) 新和突破。（2） 該設(shè)備采用的直線步進(jìn)式自動火焰釬焊工 藝， 先進(jìn)可靠， 整臺設(shè)備自動化程度高， 操作簡單，!安全穩(wěn)定， 創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境， 設(shè)備的各項技 術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。（3） 1 年多的生產(chǎn)實踐證明， 該設(shè)備滿足了生產(chǎn) 需要， 經(jīng)測定表明： 產(chǎn)品的各項指標(biāo)均達(dá)到國際同 類產(chǎn)品的水平， 完全可以替代進(jìn)口同類設(shè)備。 該設(shè) 備的研制成功填補(bǔ)了國內(nèi)同類設(shè)備技術(shù)空白， 在制 冷行業(yè)有極好的推廣和應(yīng)用價值。參考文獻(xiàn)：1 美國金屬學(xué)會 金屬手冊 卷 6 焊接與釬焊m. 8 版. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 19842 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會 焊接手冊m. 2 版. 北京： 機(jī)械工 業(yè)出版社， 2001