李敏

（武漢星光石油化工設(shè)備有限公司)

新型懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭研制

李敏*

（武漢星光石油化工設(shè)備有限公司)

懸掛式管板焊機(jī)在大直徑換熱器的制造和維修上具有很大優(yōu)勢(shì)，但目前國(guó)產(chǎn)懸掛式焊機(jī)技術(shù)與國(guó)外相比還有一定差距。為解決焊機(jī)機(jī)頭懸掛使用條件下焊槍精確定位與調(diào)整、機(jī)頭輕量化等技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)了一種新型懸掛式管板焊機(jī)。該焊機(jī)采用脹管器脹管定位方式以及新型的焊槍軸向、徑向調(diào)整結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能完善、工作可靠和焊接質(zhì)量好等特點(diǎn)。該焊機(jī)機(jī)頭已經(jīng)產(chǎn)品化并規(guī)范應(yīng)用。

懸掛式管板焊機(jī) 機(jī)頭 脹管定位 焊槍微調(diào) 焊接

0 前言

全位置自動(dòng)管板氬弧焊機(jī)是用于換熱器中換熱管與管板的接頭焊接的專用焊機(jī)，它能有效保證管子與管板的焊接質(zhì)量，提高焊接效率，大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度[1-3]。全位置自動(dòng)管板焊機(jī)按焊機(jī)機(jī)頭固定形式可以分為機(jī)架式和懸掛式，其中機(jī)架式管板焊機(jī)的機(jī)頭固定于小車上，小車可沿機(jī)架導(dǎo)軌移動(dòng)。由于機(jī)架大小以及導(dǎo)軌行程的限制，機(jī)架式管板焊機(jī)適用于直徑2 m左右的中小型換熱器。當(dāng)需要焊接大直徑換熱器時(shí)，需要將機(jī)架式管板焊機(jī)整機(jī)放置于升降臺(tái)，不便于操作。而懸掛式管板焊機(jī)則是用鋼絲繩將機(jī)頭懸掛于平衡器上，平衡器可以懸掛于支架上，也可以懸掛于插入頂端換熱管的鋼筋上，在制造和維修大型換熱器上有很大的優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)架式管板焊機(jī)已經(jīng)比較成熟，而懸掛式管板焊機(jī)技術(shù)與國(guó)外相比還有一定差距，急需解決機(jī)頭懸掛使用條件下焊槍精確定位與調(diào)整、機(jī)頭輕量化等技術(shù)難題。

為此，本文在武漢星光石油化工設(shè)備有限公司龍門式WZM1-315C全自動(dòng)管板焊機(jī)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一種新型的懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭。

1 懸掛式機(jī)頭開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

通常，懸掛式自動(dòng)管板焊機(jī)的機(jī)頭只是簡(jiǎn)單地在機(jī)架式管板焊機(jī)機(jī)頭上增加了吊耳，采用這種方式減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間和費(fèi)用，并且配件通用，但同時(shí)也存在如下問(wèn)題[4-5]。

（1）焊機(jī)定位

懸掛式自動(dòng)管板氬弧焊機(jī)焊接時(shí)，焊槍需要與被焊換熱管成一定夾角并繞其旋轉(zhuǎn)，以完成360°環(huán)形焊縫的焊接。因此，需要有一種快速定位裝置能迅速將機(jī)頭與被焊管件同心定位并保持到焊接完成。

如圖1所示，管板自動(dòng)焊機(jī)的定位一般由定位軸頭與換熱管管孔相配合而實(shí)現(xiàn)，定位軸頭與換熱管內(nèi)孔間隙僅僅0.2～0.3 mm。對(duì)于懸掛式焊機(jī)來(lái)說(shuō)，機(jī)頭僅憑吊耳支撐，不好保持平衡，定位軸很難快速伸入管孔定位，操作效率較低。

圖1 常用管板自動(dòng)焊機(jī)定位方式

完成機(jī)頭與被焊管的同心定位后，需要將焊槍與被焊管軸向定位。以往采用三爪卡盤(pán)的定位方式，需要操作工手持機(jī)頭手柄對(duì)機(jī)頭施加軸向推力，由三爪與管板接觸定位，并且在焊接時(shí)保持。這種方式顯然加大了操作工的工作強(qiáng)度，并且一旦焊接時(shí)操作工施加的推力變化了，焊接質(zhì)量就不能保證。

（2）焊槍微調(diào)

機(jī)頭和管板及管孔定位完成后，需要微調(diào)焊槍的位置和角度以適應(yīng)被焊區(qū)域。其中，焊槍偏角可在焊接啟動(dòng)前完成，而焊槍與被焊管的軸向距離則可能在焊接時(shí)調(diào)節(jié)，即焊槍旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)。此時(shí)如在機(jī)頭前端調(diào)節(jié)，由于三爪卡盤(pán)的三爪限制，操作非常不便并容易傷手。

2 新型懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭

針對(duì)上述問(wèn)題，本文研究開(kāi)發(fā)了一系列新型結(jié)構(gòu)，解決了焊槍精確定位與調(diào)整、機(jī)頭輕量化等難題。

2.1 快速定位裝置

考慮到定位裝置應(yīng)能快速與管孔同心，并能固定，本文采用了脹管器脹接管孔的定位方式，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，脹管器外徑小于換熱管內(nèi)徑1 mm，能快速插入換熱管管孔，通入高壓水后，脹管器受壓內(nèi)徑變大，緊密脹壓管孔，使機(jī)頭與換熱管同心且固定。

圖2 脹管器脹接管孔定位結(jié)構(gòu)

焊接時(shí)，較高的焊接溫度會(huì)使被焊管件發(fā)生形變，一旦形變量過(guò)大，脹管器就無(wú)法順利脫出換熱管。為避免這種情況的發(fā)生，我們將脹管器連接于定位軸頭上，定位軸頭外徑略大于脹管器外徑，并通入循環(huán)冷卻水。焊接前，如圖3所示，將脹管器伸入被焊管內(nèi)，其后的定位軸頭置于被焊環(huán)焊縫內(nèi)側(cè)。焊接時(shí)，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，高壓水流通過(guò)高壓管通入脹管器內(nèi)，脹管器脹接定位于換熱管；同時(shí)，循環(huán)水通過(guò)進(jìn)水管及出水管在定位軸頭的空腔內(nèi)循環(huán)冷卻，以降低被焊管焊接區(qū)域的溫度。

圖3 脹管器冷卻結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的快速可靠的定位裝置，能實(shí)現(xiàn)焊槍準(zhǔn)確與換熱管同心定位，確保焊槍繞換熱管旋轉(zhuǎn)施焊時(shí)焊槍與焊縫徑向距離不變，以保證焊接質(zhì)量。

2.2 焊槍微調(diào)裝置

為實(shí)現(xiàn)焊槍位置的調(diào)整，本文設(shè)計(jì)了一種管板氬弧焊機(jī)焊槍快速調(diào)節(jié)裝置。如圖4所示，焊槍微調(diào)裝置包括焊槍1、軸向調(diào)節(jié)軸3、徑向調(diào)節(jié)裝置2。徑向調(diào)節(jié)裝置2裝有徑向滑塊6、徑向螺桿7和徑向?qū)к?1。徑向螺桿7與徑向滑塊6滑動(dòng)配合，徑向螺桿7的頂端設(shè)置有帶動(dòng)徑向螺桿旋轉(zhuǎn)的徑向調(diào)節(jié)旋鈕9。

圖4 管板氬弧焊機(jī)焊槍快速調(diào)節(jié)裝置

其中，軸向調(diào)節(jié)軸3與焊機(jī)主軸同心，且可通過(guò)安裝于機(jī)頭后部的調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)軸向位移，而徑向調(diào)節(jié)裝置2通過(guò)螺母4收緊固定于軸向調(diào)節(jié)軸3上。調(diào)整時(shí)，焊槍1固定在徑向滑塊6上，并可繞轉(zhuǎn)動(dòng)銷10旋轉(zhuǎn)，改變焊槍1相對(duì)于焊機(jī)主軸3的夾角。徑向滑塊6與徑向螺桿7構(gòu)成滑動(dòng)螺旋副，調(diào)節(jié)徑向調(diào)節(jié)旋鈕9帶動(dòng)徑向螺桿7旋轉(zhuǎn)，使徑向滑塊6沿徑向?qū)к?1上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊槍1相對(duì)于焊機(jī)主軸的徑向移動(dòng)。

上述結(jié)構(gòu)緊湊可靠，可以方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)整，方便地實(shí)現(xiàn)焊槍的快速精確調(diào)整。

2.3 總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制造

本文采用上述技術(shù)對(duì)武漢星光石油化工設(shè)備有限公司研制并成熟批量生產(chǎn)和應(yīng)用的龍門式WZM1-315C全自動(dòng)管板焊機(jī)機(jī)頭進(jìn)行了改造，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步小型化和輕量化，操作更加宜人化。研制的新型懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭如圖5所示。

圖5 新型懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭

3 應(yīng)用效果

本文研制的新型懸掛式管板焊機(jī)機(jī)頭可以實(shí)現(xiàn)焊機(jī)與被焊管件的快速定位，能實(shí)現(xiàn)焊槍準(zhǔn)確地與被焊管件同心定位，確保焊槍繞被焊管件旋轉(zhuǎn)焊接時(shí)焊槍與被焊管件徑向距離不變，以保證焊接質(zhì)量。另外，該焊機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，調(diào)整使用方便。目前，該產(chǎn)品已在撫順化工機(jī)械設(shè)備制造有限公司、中國(guó)電工設(shè)備總公司等多家企業(yè)得到了成功的應(yīng)用。

[1]喬俊杰.自動(dòng)焊接裝備在重型壓力容器行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) [J].現(xiàn)代焊接，2008（1）.

[2]賈鴻謨.手工鎢極氬弧焊接法 [M].太原：山西人民出版社，1980.

[3]雷毅，孟兆貴.全位置管-板TIG焊機(jī)伺服系統(tǒng)的單片機(jī)控制 [J].山東機(jī)械 ，1999(2）：10-12.

[4]張賢安，都躍良，董衛(wèi)華.新型單柱式管-板全自動(dòng)氬弧焊機(jī)的研制 [J].焊接技術(shù) ,2003(2）：39-40.

[5]王濤.管子-管板程控TIG環(huán)縫焊工藝及設(shè)備 [J].焊接技術(shù)，2005（5）：47-48.

Development of Hanging Tube-sheet Welder Head

Li Min

The hanging tube-sheet welder has great advantages in fabrication and repair for big diameter heat exchangers.But there is a certain gap between domestic welders and abroad welders.To solve the problems of precise positioning and adjusting of welding torch under hanging conditions and head lightweight,developed a new type of hanging tube-sheet welder.The welder is located by hydraulic pipe expander,and it has the new structure of axis and radial adjusting for welding torch.The welder is compact,perfect in functions and reliable,with good quality of welding.The welder head has already been industrialized and applied standardized.

Hanging tube-sheet welding machine;Machine head;Expanding positioning;Adjusting of welding torch;Welding

TQ 050.5

2012-04-11）

*李敏，女，1979年生，碩士，工程師。武漢市，430090。