周銀,楊曉燕,王文紅,周夢(mèng)醒

(寧夏吳忠市好運(yùn)電焊機(jī)有限公司,寧夏 吳忠 750001)

全位置焊中自動(dòng)焊接設(shè)備的應(yīng)用

周銀,楊曉燕,王文紅,周夢(mèng)醒

(寧夏吳忠市好運(yùn)電焊機(jī)有限公司,寧夏 吳忠 750001)

現(xiàn)階段,信息化的應(yīng)用范圍不斷拓展,焊接技術(shù)水平也呈現(xiàn)穩(wěn)步提高的趨勢(shì),我國(guó)管道的建設(shè)速度極快,各個(gè)種類的自動(dòng)焊接設(shè)備不斷投入使用,在鍋爐電站設(shè)備以及石油化工單位安裝和生產(chǎn)中,要保證管道和管板之間的焊縫質(zhì)量,必須采用全位置焊接,為了滿足焊接質(zhì)量的要求,將自動(dòng)焊設(shè)備科學(xué)的應(yīng)用于全位置焊中具有積極的意義.技術(shù)人員需要結(jié)合焊接的實(shí)際狀況,及時(shí)解決操作中存在的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的提高和優(yōu)化.

全位置焊;自動(dòng)焊接設(shè)備;應(yīng)用

1 全位置焊中自動(dòng)焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)焊接設(shè)備的構(gòu)成主要包括幾個(gè)主要部分,分別為焊接機(jī)頭、行走環(huán)、導(dǎo)軌、控制系統(tǒng),這些部分按照從上到下的順序構(gòu)成一個(gè)整體.

1.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)和控制箱構(gòu)成,計(jì)算機(jī)也可以是筆記本電腦,主要包括幾個(gè)重要的組成部分,分別為主機(jī)、鍵盤、顯示器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備等.控制箱的構(gòu)成包括輸出接口電路、功率驅(qū)動(dòng)電路以及控制焊槍的控制系統(tǒng)等.

1.3 焊接作業(yè)方式

基于焊接位置的固定程度較高,所以生產(chǎn)方式相對(duì)簡(jiǎn)單,通常是采用管道對(duì)接焊的專用自動(dòng)焊設(shè)備,易于操作的功能較為單一,只能夠進(jìn)行自動(dòng)焊接操作.

1.4 焊接電弧

進(jìn)行國(guó)內(nèi)管道焊接的全位置自動(dòng)焊設(shè)備、國(guó)外全自動(dòng)焊設(shè)備所配置的弧焊電源和焊接機(jī)頭之間是從屬關(guān)系.能夠?qū)崿F(xiàn)焊接工藝參數(shù)控制的旋鈕、按鈕都集中在控制盒或者焊接機(jī)頭的位置,在旋鈕、按鍵的操作過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的改變,所以弧焊電源基本上都是專屬應(yīng)用的.

1.5 成熟的焊接工藝

進(jìn)行焊接操作的主要部件是焊接機(jī)頭.在管道全位置焊接中,為了保證焊接質(zhì)量,焊接機(jī)頭在進(jìn)行焊接的過(guò)程中,要進(jìn)行多個(gè)種類的復(fù)合式的運(yùn)動(dòng),使焊槍保持特定的姿勢(shì).但是焊接機(jī)頭會(huì)受到運(yùn)動(dòng)自由度的限制,不容易實(shí)現(xiàn)種類較多的復(fù)合式的運(yùn)動(dòng).在這一過(guò)程中,合理控制焊接工藝的參數(shù)尤為重要,通常采用分段的形式進(jìn)行工藝參數(shù)的確定.在全自動(dòng)的焊接過(guò)程中,生產(chǎn)工人要將焊接機(jī)頭和焊槍的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,但是缺點(diǎn)是對(duì)于相對(duì)成熟的焊接工藝,再現(xiàn)性差,繼承性差.

2 全位置焊中自動(dòng)焊接設(shè)備技術(shù)的性能分析

2.1 開(kāi)發(fā)技術(shù)路線

現(xiàn)階段,焊接機(jī)頭和導(dǎo)軌組合的方式已經(jīng)在世界范圍內(nèi)很多國(guó)家的野外管道位置自動(dòng)焊接中得以應(yīng)用,采用往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式控制焊槍.自動(dòng)焊接設(shè)備的研制,主要關(guān)注焊接和工藝的優(yōu)化以及實(shí)現(xiàn),只有保證焊接工藝參數(shù)的合理化,才有可能保證焊接質(zhì)量.所以,為了保證焊接質(zhì)量,通常對(duì)于同一操作內(nèi)容,存儲(chǔ)了多套焊接工藝.一些焊接操作會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響,但是技術(shù)人員卻沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真研究,自動(dòng)焊接設(shè)備是一類機(jī)電一體化的設(shè)備,要從機(jī)、電、控制以及焊接等多個(gè)角度、多個(gè)方面展開(kāi)分析,進(jìn)行調(diào)節(jié).伴隨著移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)用范圍的不斷拓展,在其中存儲(chǔ)大量的工藝程序已經(jīng)不再有意義,沒(méi)有較強(qiáng)的實(shí)用性.可以通過(guò)在光盤上存儲(chǔ)焊接工藝的方式,再通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,將數(shù)據(jù)傳遞到自動(dòng)焊接設(shè)備上,再由設(shè)備完成存儲(chǔ).在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的使用過(guò)程當(dāng)中,將存儲(chǔ)設(shè)備中節(jié)約得到的空間再進(jìn)行有效的利用,可以編制更多數(shù)量的控制程序,進(jìn)行全自動(dòng)焊的過(guò)程中,對(duì)焊縫進(jìn)行全面的控制,以解決管道全位置的自動(dòng)焊質(zhì)量.

2.2 電氣及執(zhí)行元件

將直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)的自動(dòng)焊接設(shè)備當(dāng)中,合理使用負(fù)反饋來(lái)進(jìn)行電路的控制,控制的實(shí)質(zhì)為:電弧電壓、電流在傳感設(shè)備檢測(cè)得到的信號(hào)中,和基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,完成以后再在運(yùn)算放大器的作用下實(shí)現(xiàn)放大,使其有效的進(jìn)行直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng).在上述操作中,運(yùn)算放大電路或者集成式電路都會(huì)出現(xiàn)飄移現(xiàn)象,就是在操作溫度升高以后,運(yùn)算放大設(shè)備或者集成電路從原來(lái)的工作點(diǎn)開(kāi)始移動(dòng),導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的電壓值發(fā)生改變,進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變.直流電機(jī)是一類電壓控制型執(zhí)行元件,轉(zhuǎn)速的大小對(duì)降低直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的電壓值具有較大的影響,如果電壓值發(fā)生了變化,則會(huì)導(dǎo)致直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,使焊槍的位置發(fā)生偏離.

野外操作的環(huán)境中,采用上述的焊接設(shè)備,基于運(yùn)行環(huán)境較差,受到的外界干擾相對(duì)嚴(yán)重,所以溫度的持續(xù)升高可能會(huì)導(dǎo)致偏移問(wèn)題更加嚴(yán)重,上述原因是現(xiàn)階段管道全焊接中,國(guó)內(nèi)管道全位置自動(dòng)焊設(shè)備、國(guó)外全自動(dòng)焊設(shè)備仍然需要人工干預(yù)的主要原因所在.

2.3 自動(dòng)控制方式

現(xiàn)階段,選擇導(dǎo)軌的方式來(lái)進(jìn)行國(guó)內(nèi)管道全位置自動(dòng)焊機(jī)的應(yīng)用.將自動(dòng)焊接機(jī)頭沿著導(dǎo)軌移動(dòng)的方向完成焊接操作,只有合理控制焊機(jī)機(jī)頭,才能有效的實(shí)現(xiàn)焊槍位置、姿態(tài)的控制.但是在實(shí)際的操作過(guò)程中,常常出現(xiàn)和上述問(wèn)題相矛盾的現(xiàn)象.主要的原因在于通過(guò)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)軸的合理利用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制方面.直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在減速設(shè)備的作用下實(shí)現(xiàn)減速,驅(qū)動(dòng)焊加強(qiáng)機(jī)構(gòu)對(duì)焊縫進(jìn)行跟蹤,然后進(jìn)行弧長(zhǎng)的調(diào)節(jié).基于減速設(shè)備傳動(dòng)鏈存在一定的傳動(dòng)誤差,所以光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)無(wú)法反映出焊槍的實(shí)際位置,進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)誤差的產(chǎn)生.另外,焊槍在移動(dòng)副的控制作用下,其跟蹤能力較差,所以管道全位置自動(dòng)焊設(shè)備是主要的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng),也是人工進(jìn)行全自動(dòng)焊設(shè)備在管道焊接中干預(yù)的主要原因.

3 自動(dòng)焊接設(shè)備常見(jiàn)的焊接缺陷與防治

3.1 氣孔

在全位置焊中應(yīng)用自動(dòng)焊接設(shè)備時(shí),氣孔是一種比較常見(jiàn)的問(wèn)題,導(dǎo)致該問(wèn)題產(chǎn)生的原因有很多.鑒于此,為有效地防止這一問(wèn)題,在實(shí)施焊接時(shí),應(yīng)加強(qiáng)氣體的保護(hù),焊接溫度不可過(guò)高,嚴(yán)格按照比例以及相關(guān)要求來(lái)充裝氣體,確保充裝純度達(dá)到要求.同時(shí)還要注意施焊場(chǎng)地周圍的環(huán)境,若施工場(chǎng)地的風(fēng)速每秒超過(guò)8米,應(yīng)用防風(fēng)棚來(lái)實(shí)施防護(hù),且環(huán)境濕度不可過(guò)大.此外,為確保施焊位置保持干燥,可利用環(huán)形火焰加熱器或中頻感應(yīng)加熱器來(lái)實(shí)施加熱.

3.2 未熔合

未熔合一般常出現(xiàn)于立焊位置,導(dǎo)致該問(wèn)題的原因有焊道打磨形狀不正確、在焊接時(shí)偏離焊縫或者焊槍擺動(dòng)的寬度不夠合理等.鑒于此,在焊接過(guò)程中,在實(shí)施焊道打磨作業(yè)時(shí),應(yīng)盡量打磨平整.同時(shí)在焊接之前,還應(yīng)對(duì)焊絲進(jìn)行仔細(xì)地觀察,察看其擺動(dòng)寬度是否正確.此外,在焊接過(guò)程中,如發(fā)現(xiàn)焊接熔池和焊道中心出現(xiàn)偏離,應(yīng)及時(shí)實(shí)施調(diào)整,以免出現(xiàn)未熔合問(wèn)題.

4 全位置焊中自動(dòng)焊接設(shè)備的發(fā)展展望

我國(guó)大口徑管道的建設(shè)速度逐漸加快,正在研究性能較為優(yōu)異的自動(dòng)焊接設(shè)備,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)焊接設(shè)備的應(yīng)用是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì).

4.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

如果有些元件應(yīng)用與自動(dòng)焊接操作中,其被驅(qū)動(dòng)完全是在旋轉(zhuǎn)副的作用下來(lái)實(shí)現(xiàn)的,基于旋轉(zhuǎn)副的摩擦力和移動(dòng)副的摩擦力大小不等,所以其數(shù)值差實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)副的靈活應(yīng)用.實(shí)現(xiàn)焊槍位置以及狀態(tài)的調(diào)整,可以高質(zhì)量、高效率的應(yīng)用于管道的全位置自動(dòng)焊當(dāng)中.將焊接操作元件進(jìn)行妥善的驅(qū)動(dòng),可以減小其運(yùn)行功率.保證焊接機(jī)頭的使用性能和耐久性.焊槍上要設(shè)置傳感設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位和狀態(tài)的獲取.這一形式的安裝,可以在國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)焊設(shè)備中焊槍的定位以及狀態(tài)檢測(cè)中得以應(yīng)用,檢測(cè)快速,結(jié)果準(zhǔn)確,精度高,客觀全面.在存儲(chǔ)設(shè)備中輸入焊縫跟蹤控制程序以及焊接參數(shù),在焊弧電源中存入其他信息,實(shí)現(xiàn)電源功能以及優(yōu)勢(shì)的全面發(fā)揮.將不同的存儲(chǔ)方式結(jié)合起來(lái),相互配合,可以有效的解決在全焊接操作中的質(zhì)量問(wèn)題.

4.2 弧焊電源

弧焊電源已經(jīng)在我國(guó)成功應(yīng)用了幾年,經(jīng)過(guò)這一階段的發(fā)展,技術(shù)更加優(yōu)化,伴隨著技術(shù)的不斷更新,將逆變技術(shù)為主要設(shè)計(jì)依據(jù),開(kāi)發(fā)出了氬弧焊設(shè)備,氣體保護(hù)焊設(shè)備等一系列設(shè)備,滿足了野外的焊接操作要求,已經(jīng)有一些設(shè)備在中國(guó)石油集團(tuán)公司的工程中得以成功的使用.這些產(chǎn)品所應(yīng)用的自動(dòng)送絲閉環(huán)控制系統(tǒng),使送絲的質(zhì)量滿足設(shè)備的實(shí)際要求,技術(shù)得到進(jìn)一步推廣.

管道的全位置焊接,可以通過(guò)焊接機(jī)頭和國(guó)內(nèi)的通用型電源結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn),使全自動(dòng)焊接設(shè)備的價(jià)格得到顯著地降低.這類組合方式,不僅充分體現(xiàn)了有弧焊電機(jī)制造上的技術(shù)優(yōu)勢(shì),而且對(duì)電源進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化研究,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廠家對(duì)焊接機(jī)頭的集中研制,推進(jìn)了自動(dòng)焊設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步.使應(yīng)用自動(dòng)焊接技術(shù)的企業(yè)將原來(lái)的弧焊電源得到了再次利用,降低了在自動(dòng)焊方面的資金投入量.這種類型的操作方式,弧焊電源和自動(dòng)焊接設(shè)備保持著并列關(guān)系,無(wú)需采用自動(dòng)焊接技術(shù),通過(guò)對(duì)弧焊電源和半自動(dòng)焊槍的綜合利用,實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)焊接.

5 結(jié)語(yǔ)

將焊接設(shè)備應(yīng)用與全位置焊接操作中,一方面實(shí)現(xiàn)了資金投入量的減少,滿足了自動(dòng)化操作的要求,減少了人力資源的使用量,另一方面提高了焊接操作的質(zhì)量以及效率,減少了制造時(shí)間,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益.基于自動(dòng)焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)以及執(zhí)行元件的局限性,還不能夠在野外焊接中完全徹底應(yīng)用自動(dòng)焊接技術(shù).也無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣.所以技術(shù)人員需要進(jìn)一步對(duì)焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及電氣執(zhí)行元件進(jìn)行研究和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)技術(shù)的全面性應(yīng)用.開(kāi)發(fā)出資金投入量少,性能良好、操作簡(jiǎn)單的自動(dòng)焊接設(shè)備,可以在石油化工、電力水利工程的管道焊接中得到廣泛的應(yīng)用.

[1]張毅,任亞龍,王長(zhǎng)江等.基于PMAC,ARM單弧雙絲管道全位置自動(dòng)焊接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].焊接技術(shù),2013,42(10):48-50.

[2]周燦豐,焦向東,陳家慶等.深水海底管線鋪設(shè)自動(dòng)焊接技術(shù)研究[J].焊接,2012(1): 23-26.

TG43

A

1671-0711(2017)11(下)-0121-02