科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

冷焊技术作为一种传统焊接工艺不断改进研发出的新技术，在再制造行业得到广泛使用，这对进一步促进宁夏工业制造水平提升具有重要意义。由于再制造工业具有产品复杂、行业涉及广等特点，这就需要通过我们进一步提升宁夏装备制造业的整体水平，对再制造原料件（旧件）的检验，可以发现其中的瑕疵而不断完善产品设计；通过分析可以发现零部件使用寿命的不匹配，从而改进并优化零部件配置，从而完善设计思路和生产工艺，为宁夏装备制造业和工业绿色化发展奠定基础。冷焊自动化技术可在再制造产业发展中，重点解决工业机械设备和模具使用过程中的磨损，铸件（铸钢、铸铁、铜、铝等材料）在制造过程中的缺陷或损伤，工业液压件（液压缸、液压杆）的磨损或划伤，各种机械零部件（缸筒、活塞、液压缸、导杆、铜瓦、曲轴、滚筒、轧辊、箱体、缸体、齿轮键槽、转子轴承）的维修加工修复，轴承位修复、齿轮维修、曲轴磨损修复、机床导轨修复、挖掘机维修、挖掘机杆修复等。同时，可促进宁夏节能减排和环境保护。与制造新品相比，再制造可节能60%，节材70%，节约成本50%。再制造产业的发展，也有利于降低温室气体排放强度。一些产品的再制造需要多方参与，通过再制造产品的普及，可以提高公众节约资源保护环境意识，优先选择使用再制造产品并成为社会风尚。推进生活消费领域的循环经济发展，推广绿色消费模式。

需解决的主要技术难题

1、冷焊机焊接材料的选用

   冷焊机在实际应用中因被修补设备的材质的不同，对冷焊机所用的焊接材料也要求，特别是在曲轴磨损、塑胶模具磨损、轧辊腐蚀洞眼、气孔沙眼等修复领域中，通过研究找到最适合的焊接材料。目前主要用到的焊接材料，低碳钢焊条冷焊法、钢基焊条冷焊法、镍基焊条冷焊法、铜铁焊条冷焊法等4种，这4种焊接材料在使用中各有特点和利弊：一是低碳钢焊条冷焊法，用普通低碳钢焊条冷焊铸铁，焊缝脆硬，无法机械加工，并极易产生裂纹。二是钢基焊条冷焊法，焊条采用低碳钢焊芯，焊后焊接接头中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织，熔合区白口宽度较大，焊接质量不能令人满意，但价格便宜，目前仍有一定应用。三是镍基焊条冷焊法，对焊后要求机械加工的重要铸件，多采用非铸铁组织的焊条，以便得到硬度不太高，塑性较好的焊缝。四是铜铁焊条冷焊法，焊条的抗裂性能较好，焊后焊件变形较小，但缺点是焊缝金属组织及硬度不一致，以及在半熔化区仍可能出现白口，影响加工性能。通过对铝质、铝合金、铜质、铜合金、碳钢、不锈钢、全钢、半钢、铸钢、铸铁等不同材质的设备通过不同焊接材料进行冷焊接，研究焊接过程的稳定性、焊缝形成的质量、焊接的效率以及焊缝及焊接后碳钢的综合力学性能。研究确定各种焊接材料的优点和缺点，找到各种不同材质的设备在维修过程中最适合的焊接材料，达到最佳再制造的成效。

   2、全方位旋转智能操控冷焊平台进给装置模拟人工操作

   当前大部分冷焊机都仍然是人工操作，其在原材料价格，人力资源成本不断上升的情况下，其竞争压力也随着增大，其使用的效率较低，竞争力必然会大大降低。通过研究，设计提出和设计一种半自动进给装置从而代替人工提高效率。主要研究自动进给装置模拟人工操作：（1）设计活脚链使焊笔的夹持装置可以随着工况适当调节角度。（2）给焊笔一定的压力保证焊笔与工件接触良好。（3）用丝杠导轨和滑块带动焊笔一起移动完成横纵向运动，保证焊点排列密集。（4）使焊笔连续正反转动取代人工的连续左右转动，保证焊笔不断有新的点与工件接触。利用电动机来完成焊枪焊接的进给运动，由焊枪转动替代人工摆动，控制系统通过对步进电机转速和方向控制来优化焊机焊笔横向或纵向运动的同时实现旋转运动，进而模拟人工操作。

   3、全方位旋转智能操控冷焊平台自动化控制系统

   研究冷焊平台自动控制系统，重点从PLC自动控制系统、变频器参数设定、触摸屏设定三个方面确保能够实现系统的自动化控制生产过程。主要研究内容：（1）系统初始化模块研究，系统上电开机后，执行LCD显示屏的初始化、系统菜单界面的初始化、加载驱动等操作，然后完成应用窗口的创建，进入消息循环。（2）菜单界面模块研究，该模块实现基于点阵显示屏的多级菜单显示界面，基于计算机操作系统消息响应编程机制，通过编写类函数，读取主板内保存的配置文件的方式来实现菜单的显示和管理。这种方式能够增加菜单设计的灵活性，便于后期添加显示菜单，维护升级。（3）参数设定模块研究，该模块通过3种方式实现参数的设定，一是通过扫描输入参数时的键盘操作，记录用户的参数设置；二是通过读取条码扫描器扫描到的条形码数据，通过译码程序对其解码，直接读取条形码内包含的参数；三是通过键盘输入待焊接管件型号，直接读取焊机内保存的管件焊接参数表读取参数。参数设置后需检验其有效性，若数据格式错误或超出电源输出范围，则提示错并要求操作人员重新输出。（4）数据保存模块研究，该模块将语接记录（焊接时间、焊接模式、参数设定、焊接结果等）保存在嵌入式ARM主板中，当有外部存储设备连接到焊机时．可通过键盘操作将焊机内保存的焊接记录转存到外部存储设备。（5）数据通信模块研究，该模块通过串口，将操作人员通过嵌入式ARM主板设定的参数和焊机控制命令数据的格式传输至电源输出控制板，同时接收电源输出控制板返回的数据侦，并将数据侦中的信息解析保存。通过理论分析和实验测试的方法确定了冷焊焊接的数学模型，对PID控制、模糊控制队及模糊PID控制三种不同的控制策略进行了理论分析和仿真研究，比较分析了三种控制方式的仿真结果，确定了冷焊焊接的控制方式。

期望实现的主要技术目标

研发一种全方位旋转智能操控冷焊平台，其设计更加合理，符合人性化设置，全触屏操作，自由调节，操作简单。可依据不一样金属厚度和缺陷大小，选用不一样标准样式，以达到理想的修补效果；通过最佳的冷焊材料选择，使修补精密度高，无变形、无咬边、无色差；通过最佳的焊接材料选用，使熔接强度高；全方位旋转智能操控冷焊平台自动化程度高，主机控制系统采用改进型内置数控微机进行双闭环精密控制、智能IC控制板。这种自动化冷焊设备，可实现生产效率较以前提高30%以上，人工成本降低20%以上，经济效益整体提高15%以上。

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2023-08-10

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述已足够清晰。冷焊技术作为一种传统焊接工艺不断改进研发出的新技术，在再制造行业得到广泛使用，这对进一步促进宁夏工业制造水平提升具有重要意义。此需求需要跨行业专家共同解决。在设计平台前，要了解需求；详细了解后，召集技术人员，对平台的设计方案进行讨论，形成初步设计方案；然后，相关技术人员开展联合设计工作；设计完毕，召开由相关人员参加的设计评审会，对设计方案进行评审，并提出修改意见；根据修改意见完善设计方案，经多次反复，确定最终设计图和技术文件；根据设计图和技术文件加工制造、装配、检验、测试；测试合格后发货到到用户使用。

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