[科普中国]-焊接滚轮架

焊接滚轮架借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置。主要用于重工业的一些列大型机器上使用。

简介与特点焊接滚轮架是一种常用的焊接辅助装置，在焊 接生产过程中被广泛应用。主要借助焊件与主动滚 轮间的摩擦力带动圆筒类焊件旋转，与焊接操作机、 焊接变位机等组合可实现对焊件的内外环缝、角焊缝和内外纵缝的自动焊接。1

焊接滚轮架特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，焊接滚轮架 从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。

组成焊接滚轮架是一种焊接辅助设备，具体是一种焊接滚轮架，常用于圆筒类工件内外环缝和内外纵缝的焊接。包括底座、主动滚轮、从动滚轮、支架、传动装置，动力装置驱动等组成。传动装置驱动主动滚轮，利用主动滚轮与圆筒类工件之间的摩擦力带动工件旋转实现变位，可实现工件的内外环缝和内外纵缝的水平位置焊接，配套自动焊接设备可实现自动焊接，能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高工作效率。焊接滚轮架还可配合手工焊或作为检测、装配圆筒体工件的设备。

原理应用工作原理

传动装置驱动主动滚轮，利用主动滚轮与圆筒类工件之间的摩擦力带动工件旋转实现变位，可实现工件的内外环缝和内外纵缝的水平位置焊接，配套自动焊接设备可实现自动焊接。

应用

主要用于筒形的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行椎体、分段不等经回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。焊接滚轮架还可配合手工焊作为检测、装配圆筒体工件的设备。焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高工作效率。

分类焊接滚轮架有哪几种呢？下面就为大家介绍焊接滚轮架分类：

自调式焊接滚轮架

自调式焊接滚轮架，是利用主动滚轮与焊件之间的摩擦力带动工件旋转的变位设备。可根据工件直径大小自动调节轮组的摆角，并能自动调心。其主要用于管道、容器、锅炉、油罐等圆筒形工件的装配或焊接，当与焊接操作机、焊接电源配套时，可以实现工件的内外纵缝和内外环缝焊接。

可调式焊接滚轮架

可调式焊接滚轮架由一台主动轮与一台从动轮组成。主动滚轮运转由两台电机分别驱动运转，通过调速电机，调速控制器通过变频调速或电磁调速实现无级变速。工件回转的线速度为6—60米/小时，可以满足手工焊、自动堆焊、自动埋弧焊等各种不同焊接的需要，以及满足工件的各种铆装之用。可以通过丝杆或镙钉分档来调接主、从动滚轮的间距，以满足不同规格工件焊接要求。

非自调式焊接滚轮架

非自调式焊接滚轮架是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。

防窜焊接滚轮架

防窜焊接滚轮架在可调式滚轮架的基础上将从动架的滚轮做成可升降式，利用光电编码器检测工件的窜动量，系统控制器控制从动滚轮的升降。位移检测架放置在工件的一端，检测轮压在工件的端面上（端面必须经过加工），检测轮能随工件一起转动，当工件轴向移动时，检测轮会随工件一起随动，光电编码器检测到工件的窜动量和窜动方向，其信号输入到系统控制器进行处理。控制器会根据窜动量的大小来调节从动滚轮的升降行程、升降速度和升降间隔时间，根据窜动方向控制升或降。工件的窜动量始终在-1.5mm和+1.5mm之间波动,这样,工件的窜动被限制在一定的范围内，能满足焊接的需要。

防窜动焊接滚轮架的制造与结构1、防窜机械执行机构

焊件在滚轮架上的轴向窜动，其焊件本身是在作螺旋运动，如能采取措施，把焊接滚轮架焊件的左旋及时地改为右旋或将右旋改为左旋，直至焊件不再作螺旋运动为止。

目前，已有三种执行机构可完成此任务：

(1)顶升式执行机构

从动滚轮架地一侧滚轮可以做升降运动，使焊件轴线发生偏移，同时也使焊件自重产生地轴向分量发生变化。这种调节方式其优点是调节灵敏度较高，缺点是制造成本高，体积大。

(2)偏移式执行机构

从动滚轮架的两侧滚轮沿其垂直中心线可做同向偏移，以此改变滚轮与焊件的轴向摩擦分力。这种调节方式其优点是灵敏度高，但最大的缺点是对滚轮的磨损太大。

(3)平移式执行机构

从动滚轮架的两侧滚轮可以同时垂直于焊件轴心线做水平移动，从而达到调节焊件轴心线以及调节滚轮轴线夹角的目的。这种调节方式其优点是稳定性好，制造成本低，结构简单，不占用额外的安装空间。

2、主动轮转速控制

要做到使焊件无级调速的平稳旋转，一般采用两种驱动方式：直流调速和交流变频调速。由于直流调速存在着故障率高且成本也高的缺陷，因而选择了交流变频调速。随着电子技术的发展，交流变频调速已经完全能够满足各种吨位焊接滚轮架的需求。

为使焊接滚轮架的滚轮间距调节方便可靠，组合便利，建议采用主动轮单独驱动的设计方案，即每个主动轮单独利用一台电动机和减速机构驱动。但是，这里要注意解决好各主动轮的同步问题，在选用电动机和减速机结构上要尽量选用特性一致且经过实测的使用。在驱动方式上建议使用一套驱动源，各个主动轮电动机并联的方式。

3、焊件轴向窜动的检测

焊件轴向窜动的检测目的是要检测出焊件在轴线方向上的窜动位移，从原理上说，可以采取在焊件筒壁侧面检测方式和在焊件端面检测方式。筒壁侧面检测方式可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式由于要去除筒壁的垂直旋转分量，再加上打滑、筒体表面粗糙、污物的影响，因此要制造出可靠的传感器来是不容易的。在焊件端面检测方式是目前贯用的检测方式，这种检测凡是不可避免地受到焊接焊件端面与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响，因此要求对焊件的受测端面进行加工。但对大型焊件来讲，这种加工要求的精度越高，其困难和费用也就越大。能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于±2mm，可是焊件的受测端面不平度却大于±2mm，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之一。

4、模糊控制

对于一个焊件，尤其对于一个大型焊件来说，要想确切地知道其检测端面相对于其轴心线地垂直度和不平度是比较困难地。硬性规定其端面加工误差不超过某值有时是不太现实地。在这种条件下，如何做到对不同的焊件都能达到防窜目的，甚至是零窜动，是关键之所在。

对于像防窜滚轮架这类控制系统来讲，在影响焊件轴向窜动的不确定因素很多的情况下，可以借助于模糊控制这种手段来达到控制目的。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式，按照人的操作规则进行控制，也就是利用计算机来实现人的控制经验。模糊数学可以用来描述过程变量和控制作用量这类模糊概念及它们之间的关系，再根据这些模糊关系及每一时刻过程变量的检测值用模糊逻辑推理的方法得出该时刻的控制量。模糊化和精确控制是辨证的关系，计算机仿照人的思维进行模糊控制，而人的大脑重的控制经验是由模糊条件语句构成的模糊控制规则。因此，需要把输入信号由精确量转化为模糊量。模糊化首先把输入信号的采样值转化到相应论域上的一个点(量程变换)，然后再把它转化为该论域上的一个模糊子集。与模糊化相反，解模糊化过程就是将推理过程中得到的模糊控制作用转化为精确的控制量。

不过，对于受控焊件的检测端面误差大于防窜精度的控制系统来说，要实现焊件的防窜目的，仅用模糊控制论的方法来解决问题显然是不够的。因为焊件的端面误差已经大于防窜精度的要求，由传感器送来的偏移量究竟是由于焊件端面的误差造成的，还是由于焊件的轴向窜动引起的，计算机仅从送来的信号上是无法区别的，况且不同焊件的误差尺寸和形状都是不一样的。

5、自适应控制

自适应控制具有修正本身特性参数以适应被控对象和扰动的动态特性变化的能力。在自适应系统中，我们采用的算法是“参数追踪算法”。即计算机对送来的信号进行自动追踪和预设动做阀值，这些参数在控制过程中都不是固定不变的。通俗一点说，就是先让计算机记住焊件的端面形状，然后再分辨出真正的窜动量。这样以来问题就简单了，只要做到对窜动量进行控制而对端面误差不予理睬即可。顺着这一思路，经过一段时间的调节，就可以做到焊件在其轴向上的“零窜动”。自适应过程的时间长短视焊件端面误差而定，对于端面误差在5mm的焊件，大约15min后即可把窜动量限制在±2mm以内，大约经过0.5h后即可做到使焊件保持“零窜动”。

焊件轴窜危害焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配焊接，由于焊接滚轮制造、安装误差以及焊件几何形状的不规则，焊件在滚轮架上转动时会沿其轴向窜动，从而影响焊接质量和焊接过程的正常进行。严重时，会造成焊接过程的中断，甚至发生焊件从滚轮架上掉下等事故。

原因影响焊件 做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的平行度，焊接滚轮架的制造安装误差已有行业标准规定，误差的具体内容有滚轮的跨距、支承距、对角线长度、高度和偏角等允差，最终表现为螺旋角，因此筒体的轴向运动往往是不可避免的，由于制造、安装等原因，滚轮和工件之间存在的螺旋角是工件产生轴向运动的内在因素。2

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学