王福臣

1.中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部工程師，遼寧 大連 116113

接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)是用于化工容器筒體與接管的埋弧自動(dòng)焊接專用設(shè)備，也可以用于化工容器環(huán)縫、縱縫的埋弧自動(dòng)焊接，具有接管焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。由于加氫公司現(xiàn)有的兩臺(tái)接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)不能滿足接管焊接生產(chǎn)任務(wù)的需要，決定對(duì)閑置的交流接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。

1 閑置焊機(jī)組成及現(xiàn)狀

接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)（俗稱旋轉(zhuǎn)焊機(jī)）主要由焊接操作機(jī)、焊接電源、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、十字滑架、焊接機(jī)頭及焊接過(guò)程控制器等部分組成。工作時(shí)先由焊接操作機(jī)將焊接機(jī)頭運(yùn)行到接管焊縫的圓心附近，調(diào)整十字滑架和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)確定實(shí)際圓形焊接位置；焊機(jī)主軸做360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)完成接管與筒節(jié)的焊接。通過(guò)十字滑架橫梁行走可改變焊接回轉(zhuǎn)直徑以適應(yīng)接管大小變化。焊槍與送絲機(jī)構(gòu)固定在電動(dòng)升降梁上，隨時(shí)調(diào)整焊接時(shí)的干身長(zhǎng)度。待改造的這臺(tái)交流接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)是一重集團(tuán)公司80年代自行研制的第一臺(tái)接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)，至今已使用超過(guò)20年，主要的電氣控制部分為自制組裝而成，交流焊接電源采用日本早期產(chǎn)品。如今，電氣部分損壞嚴(yán)重，加之備件短缺，雖幾經(jīng)修復(fù)仍不能降低故障率，最終停機(jī)閑置。

2 改造方案的提出

2.1 方案一

（1）將交流焊接電源改為進(jìn)口DC-1000型焊接電源；

（2）將原有的焊接程序控制系統(tǒng)改為進(jìn)口NA3型焊接過(guò)程控制器；

（3）將原操作機(jī)橫梁水平伸縮電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、立柱旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及大車行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改為進(jìn)口超小型直流調(diào)速器；

（4）十字滑架控制機(jī)構(gòu)改為進(jìn)口超小型直流調(diào)速器。

2.2 方案二

（1）將原有交流焊接電源改換為國(guó)產(chǎn)MZ-1000型逆變焊接電源；

（2）將原有自制焊接程序控制系統(tǒng)改為國(guó)產(chǎn)FD11－200T型焊接過(guò)程控制器；

（3）將原操作機(jī)橫梁水平伸縮電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、立柱旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及大車行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分改為進(jìn)口超小型直流調(diào)速器；

（4）十字滑架控制機(jī)構(gòu)改為進(jìn)口超小型直流調(diào)速器。

3 方案分析

3.1 調(diào)速器

為確保焊接操作機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)頭有效運(yùn)送到所需位置，焊接操作機(jī)需要完成四個(gè)方向的動(dòng)作：橫梁升降，橫梁伸縮，立柱旋轉(zhuǎn)以及大車行走。這臺(tái)交流接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)當(dāng)初配備的是國(guó)產(chǎn)焊接操作機(jī)，橫梁升降由三相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而橫梁伸縮、立柱旋轉(zhuǎn)、大車行走是由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)共用一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器，這臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器是當(dāng)時(shí)廠家自己開(kāi)發(fā)的非標(biāo)產(chǎn)品，與市面其它直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器沒(méi)有互換性，由于選件及質(zhì)量原因經(jīng)常出現(xiàn)故障。因此屬于本次改造的重點(diǎn)之一。經(jīng)考察論證，決定選用加氫公司其它設(shè)備正在使用的KBMG-212D進(jìn)口超小型直流調(diào)速器。這種超小型直流調(diào)速器優(yōu)點(diǎn)很多：

（1）能夠很好的控制直流電動(dòng)機(jī)，在超負(fù)載情況下保持恒速運(yùn)行及可控制動(dòng)；

（2）利用其極佳的可控性和快速響應(yīng)能力，可在50：1的電動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)速度內(nèi)提供高達(dá)1%的負(fù)載調(diào)節(jié)能力；

（3）可以為測(cè)速發(fā)電機(jī)提供反饋，在需要時(shí)可進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的負(fù)載調(diào)節(jié)；

（4）在制造廠內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，免除了在大多數(shù)使用中對(duì)于I R補(bǔ)償和電流限定進(jìn)行重新校正的步驟；

（5）可利用電子方式通過(guò)一個(gè)觸點(diǎn)的閉合使電動(dòng)機(jī)停止或啟動(dòng)；

（6）可以通過(guò)一個(gè)跳線控制電動(dòng)機(jī)快速停止或慣性停止。

而且，選擇該調(diào)速器可在公司范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備通用及減少備件種類和數(shù)量，起到了事半功倍的效果。此外，十字滑架控制部分采用進(jìn)口超小型直流調(diào)速器后，解決了原十字滑架只有一個(gè)高速控制擋，不能調(diào)速的問(wèn)題，使焊槍的定位更精確，對(duì)提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和工作效率起到積極的作用。

3.2 焊接電源確定

兩種改造方案的不同之處，一個(gè)是選用進(jìn)口DC-1000型焊接電源和NA3型焊接過(guò)程控制器。另一個(gè)是國(guó)產(chǎn)MZ-1000型逆變焊接電源和FD11－200T型焊接過(guò)程控制器。方案一中的進(jìn)口焊接電源及焊接過(guò)程控制器無(wú)論操控性能還是焊縫成形在同類進(jìn)口焊接設(shè)備中排列中游，價(jià)格約為10萬(wàn)多人民幣，供貨周期為調(diào)劑后2周，主要技術(shù)參數(shù)是：輸入電源電壓為三相380 V/50 Hz，暫載率100%時(shí)輸入電流為112 A,暫載率100%時(shí)輸出電流為1 000 A，輸出電壓為44 V，焊接電流、電壓輸出范圍為150 A/16 V～1 300 A/46 V，輸出空載電壓為72 V。其中DC-1000是可控硅三相直流焊接電源，用于埋弧自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊接以及空氣碳弧切割，使用電位計(jì)控制。該型焊接電源提供了可選三模式開(kāi)關(guān)分別用于恒壓自保護(hù)、恒壓埋弧焊和恒流埋弧焊接。而FD11－200T型焊接過(guò)程控制器和MZ-1000型逆變焊接電源是比較典型的國(guó)產(chǎn)焊接設(shè)備，在操控性能和焊縫成形上并不遜于進(jìn)口產(chǎn)品。購(gòu)買FD11－200T型焊接過(guò)程控制器和MZ-1000型逆變焊接電源的價(jià)格為4萬(wàn)多人民幣，供貨周期為現(xiàn)貨，主要技術(shù)參數(shù)是：輸入電源電壓為三相380 V±15/50 Hz，暫載率100%時(shí)輸入電流為80 A，暫載率100%時(shí)額定輸出電流為1 000 A、額定輸出電壓為44 V，焊接電流、電壓輸出范圍為150 A/20 V～1 000 A/50 V，輸出空載電壓為68 V。一次空載電流0.8 A，一次空載損耗500 W,MZ-1000型逆變焊接電源同樣適用于埋弧自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊以及空氣碳弧切割，也使用電位計(jì)控制。該焊接電源提供有可選的二模式開(kāi)關(guān)，分別用于恒壓埋弧焊和恒流埋弧焊接?？梢灶A(yù)設(shè)焊接電壓、焊接電流、焊接速度，數(shù)字顯示，直觀準(zhǔn)確。而且由于MZ-1000型焊接電源采用的是逆變技術(shù)，抗工業(yè)電網(wǎng)波動(dòng)能力強(qiáng)，比同容量的其它可控硅三相直流焊接電源更節(jié)能，體積更小，重量更輕。

綜合以上分析在價(jià)格方面進(jìn)口DC-1000型焊接電源是國(guó)產(chǎn)MZ-1000型逆變焊接電源的2倍還多，從供貨期看國(guó)產(chǎn)設(shè)備占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；在節(jié)能方面國(guó)產(chǎn)設(shè)備也占優(yōu)勢(shì)?？紤]到本公司現(xiàn)有的13臺(tái)MZ-1000型逆變埋弧焊接設(shè)備在使用中操作維護(hù)良好，又兼有整機(jī)、備件價(jià)格低、采購(gòu)周期短，設(shè)備整體性能和主要技術(shù)參數(shù)完全能夠滿足焊接生產(chǎn)需要的優(yōu)勢(shì)，最終確定第二套為最終改造方案。

4 實(shí)施改造

4.1 整機(jī)功能設(shè)計(jì)思路

（1）操作機(jī)橫梁升降及伸縮、立柱旋轉(zhuǎn)、大車行走均采取兩地控制。調(diào)解架前與主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，后與操作機(jī)相連，與固定式操作機(jī)形成三維可調(diào)空間，便于焊接中心定位；

（2）主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)由箱體、圓錐滾子軸承、深溝球軸承、主軸、開(kāi)式直齒輪、兩能蝸桿減速器、直流電機(jī)、拐臂以及360°無(wú)限制旋轉(zhuǎn)動(dòng)力及控制信號(hào)的滑環(huán)和電刷等組成。將主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電部分改用新型24路免維護(hù)導(dǎo)電環(huán)，能充分確保各電氣信號(hào)傳遞良好。機(jī)頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制機(jī)構(gòu)改用國(guó)產(chǎn)焊接控制器直流調(diào)速控制，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)均勻、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，可以預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)速度，并有數(shù)字面板表顯示，有利于旋轉(zhuǎn)焊接及焊前和焊中調(diào)節(jié)；

（3）十字滑架由直流電機(jī)、蝸桿減速機(jī)、滾珠螺桿、直線導(dǎo)軌副、梁本體及行程開(kāi)關(guān)組成。橫梁和升降梁的剛性設(shè)計(jì)制造保證旋轉(zhuǎn)焊機(jī)的穩(wěn)定工作，機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)和抖動(dòng)現(xiàn)象。將十字滑架控制機(jī)構(gòu)改用進(jìn)口超小型直流調(diào)速器控制以后，焊接前及焊接中調(diào)整會(huì)更方便、更準(zhǔn)確，降低故障率。采用國(guó)產(chǎn)送絲機(jī)構(gòu)更具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，耗材價(jià)格低廉，采購(gòu)周期短的優(yōu)勢(shì)。

4.2 過(guò)程控制概述

（1）電源及焊接控制

焊接電源及焊接過(guò)程控制與操作機(jī)相對(duì)獨(dú)立，負(fù)責(zé)完成引弧、旋轉(zhuǎn)焊接、收弧整個(gè)焊接過(guò)程，焊接電流、焊接電壓、旋轉(zhuǎn)速度可預(yù)置和數(shù)字式顯示，焊接中可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（2）電器控制

操作機(jī)控制 采用KBMG-212D調(diào)速器控制橫梁行走，立柱旋轉(zhuǎn)和臺(tái)車行走3臺(tái)直流電機(jī)。通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)控制KM5，KM6，KM7 3個(gè)接觸器來(lái)分別選擇相應(yīng)電機(jī)投入動(dòng)作，接觸器的輔助觸點(diǎn)用于互鎖控制，只要接觸器不下來(lái)，其它的接觸器就投不上，即使接觸器粘連，其它接觸器也不能投入，避免電器故障的發(fā)生。驅(qū)動(dòng)器的EN端子是驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)，KM3，KM4為正反向控制繼電器。

十字滑架調(diào)速器 也是KBMG-212D型，電位器w3為本地控制，w4為遠(yuǎn)控。整機(jī)的電器控制簡(jiǎn)潔可靠，故障率低。

4.3 安裝調(diào)試

（1）調(diào)試操作機(jī)橫梁升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)，由低速到高速無(wú)級(jí)可調(diào)，在調(diào)速范圍內(nèi)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常，各限位反應(yīng)靈敏。大車行走平穩(wěn)，無(wú)異常。并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)/近兩地控制；

（2）調(diào)試旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由低速到高速無(wú)級(jí)可調(diào)，在調(diào)速范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常；

（3）調(diào)試十字滑架水平滑板及垂直滑板，由低速到高速無(wú)級(jí)可調(diào)，在調(diào)速范圍內(nèi)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常，各限位反應(yīng)靈敏可靠；

（4）設(shè)定焊接工藝參數(shù)，松開(kāi)焊絲壓緊輪，啟動(dòng)空載焊接，驗(yàn)證空載電壓正常，送絲輪旋轉(zhuǎn)方向正常；

（5）電器線路接好后，一定要核對(duì)線號(hào)是否正確。送電時(shí)先把變壓器的下口保險(xiǎn)或空開(kāi)空斷開(kāi)，用萬(wàn)用表核對(duì)好變壓器下口電壓后，再將變壓器投入工作，避免線路錯(cuò)誤燒毀調(diào)速器。調(diào)速器調(diào)試中，要先將給定電位器旋到0位置，然后緩慢增加給定電壓，同時(shí)注意動(dòng)作方向，方向不對(duì)及時(shí)改正，避免損壞設(shè)備；

（6）安裝好焊絲、填充焊劑，調(diào)整好桿身長(zhǎng)度后，開(kāi)始試焊。

4.4 改造后技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

改造后的直流接管埋弧自動(dòng)焊機(jī)，焊接電流、焊接電壓、焊接速度穩(wěn)定可靠，焊接成形良好，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、水平滑架、垂直滑架運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)整方便，整機(jī)故障率低，投入成本低，能耗低，備件價(jià)格低，為今后埋弧自動(dòng)焊設(shè)備快速改造探索出一條新路。