王 瑾 王 瑋

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系；2.蘭州石化公司乙烯廠(chǎng))

筒形焊接結(jié)構(gòu)焊接用變位機(jī)械的設(shè)計(jì)①

王 瑾1王 瑋2

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系；2.蘭州石化公司乙烯廠(chǎng))

為提高筒體制造的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，設(shè)計(jì)了一種焊接變位機(jī)械，可方便快捷地進(jìn)行筒體結(jié)構(gòu)的焊接。

焊接用變位機(jī)械 筒體焊接

鍋爐和壓力容器是石油化工和電力行業(yè)廣泛使用的設(shè)備，屬于筒形焊接結(jié)構(gòu)。筒形焊接結(jié)構(gòu)組裝方法分立裝和臥裝兩種：對(duì)直徑大、長(zhǎng)度短、壁厚薄的筒形結(jié)構(gòu)基本采用立裝方法組裝；而對(duì)直徑小、長(zhǎng)度長(zhǎng)、壁厚和剛度較大的筒形結(jié)構(gòu)基本采用臥式組裝。立裝組裝時(shí)大多采用焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等焊接方法，臥裝方法組裝時(shí)目前基本都采用埋弧自動(dòng)焊。筒形焊接結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中，純焊接所需作業(yè)工時(shí)占全部作業(yè)工時(shí)的30%左右，直接影響生產(chǎn)進(jìn)度。解決好這一問(wèn)題的最佳途徑，就是大力推廣使用機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的焊接工藝裝備，即焊接變位機(jī)械[1～5]。

1 筒體外縱焊縫和外環(huán)焊縫的焊接

筒形焊接結(jié)構(gòu)上的焊縫主要有兩種，一種是與筒體軸線(xiàn)平行的焊縫，稱(chēng)為縱焊縫，另一種是繞筒體圓周方向的焊縫，也稱(chēng)環(huán)焊縫。當(dāng)筒體直徑較小時(shí)一般采用單面焊雙面成形，當(dāng)筒體直徑較大時(shí)，一般采用雙面焊，石油化工企業(yè)用的壓力容器和火電企業(yè)用的鍋爐大多直徑都比較大，所以基本都采用雙面焊。從焊接方法看，目前筒體的焊接幾乎全部采用埋弧自動(dòng)焊，焊條電弧焊只是當(dāng)需要封底焊或焊接缺陷返修時(shí)才使用，在筒體壁厚較大的情況下一般采用電渣焊[6]。另外，鍋爐和壓力容器是具有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備，對(duì)焊接質(zhì)量要求比較高，同時(shí)，局部結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜，鋼材品種比較多，有的鋼材焊接性比較差，新工藝、新技術(shù)應(yīng)用比較廣。因此，對(duì)操作工人技術(shù)水平要求比較高，有關(guān)焊接規(guī)程、管理制度要求比較嚴(yán)格。

對(duì)筒體外縱縫和外環(huán)縫的焊接，在采用埋弧自動(dòng)焊時(shí)，筒體一般放在滾輪架上，當(dāng)焊接外縱焊縫時(shí)，筒體可以放置在滾輪架上固定不動(dòng)，焊機(jī)在平臺(tái)上沿專(zhuān)用軌道以焊接速度移動(dòng)完成焊接工作；當(dāng)焊接外環(huán)焊縫時(shí)，可以將焊機(jī)固定，使筒體在滾輪架上以焊接速度做回轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)，完成焊接工作。這樣就可以設(shè)計(jì)一臺(tái)平臺(tái)式變位機(jī)械(圖1)，圖1a為單軌式變位機(jī)，圖1b為雙軌式變位機(jī)。焊接時(shí)，將埋弧焊的焊機(jī)機(jī)頭安置在變位機(jī)的平臺(tái)上并固定，平臺(tái)可以沿立柱上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)焊機(jī)與焊件之間的距離，并按焊接速度沿軌道移動(dòng)，完成筒體外縱焊縫的焊接工作。當(dāng)焊接外環(huán)焊縫時(shí)，變位機(jī)固定不動(dòng)，因而焊機(jī)也就固定不動(dòng)，筒體在平臺(tái)下方在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)，完成焊接工作。鍋爐和壓力容器直徑有大有小，為了適應(yīng)不同直徑的筒體焊接，也可設(shè)計(jì)成懸臂式變位機(jī)械(圖2)，這種變位機(jī)與圖1的變位機(jī)相比具有更大的靈活性，除具有與之相同的運(yùn)動(dòng)形式外，焊機(jī)機(jī)頭沿懸臂可直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，懸臂可繞立柱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[7，8]。

圖1 平臺(tái)式焊機(jī)變位機(jī)

圖2 懸臂式焊機(jī)變位機(jī)

2 筒體內(nèi)縱焊縫和內(nèi)環(huán)焊縫的焊接

對(duì)于筒形焊接結(jié)構(gòu)直徑較小時(shí)，一般采用在筒體外部進(jìn)行單面焊雙面成形，當(dāng)筒體直徑比較大、并且在筒體內(nèi)部方便焊接時(shí)，一般采用雙面焊。對(duì)于在筒體內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)縱焊縫和內(nèi)環(huán)焊縫焊接時(shí)，可設(shè)計(jì)成懸臂式焊接變位機(jī)(圖3)，埋弧焊焊接小車(chē)固定在懸臂的端部。焊接內(nèi)縱焊縫時(shí)，將懸臂伸入到筒體內(nèi)部，筒體安置在滾輪架上固定不動(dòng)，變位機(jī)在軌道上按焊接速度移動(dòng)，完成焊接工作；焊接內(nèi)環(huán)焊縫時(shí)，懸臂伸入到筒體內(nèi)部對(duì)接縫的位置，變位機(jī)固定不動(dòng)，焊接滾輪架作圓周運(yùn)動(dòng)，在摩擦力的作用下帶動(dòng)筒體以焊接速度旋轉(zhuǎn)，完成環(huán)焊縫的焊接工作[9～12]。

圖3 筒體內(nèi)焊縫焊接變位機(jī)

3 結(jié)束語(yǔ)

基于鍋爐、壓力容器等筒形焊接結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，以目前大多采用埋弧自動(dòng)焊為基礎(chǔ)，研究設(shè)計(jì)了適合于筒體內(nèi)外縱焊縫和環(huán)焊縫焊接用的變位機(jī)械，使鍋爐和壓力容器制造企業(yè)在焊接過(guò)程中，大幅提高焊接生產(chǎn)效率，保證接頭質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1] 陳裕川，江維，何奕波．現(xiàn)代機(jī)器人焊接變位機(jī)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J].現(xiàn)代焊接，2011，41(5)：40～42．

[2] 陳登豐．用埋弧成形焊法制造容器零件[J].石油化工設(shè)備，1986，15(10)：19～21．

[3] 陳裕川．我國(guó)自動(dòng)化焊接裝備的當(dāng)代發(fā)展水平[J].現(xiàn)代焊接，2010，40(1)：115～117．

[4] 陳裕川．大型自動(dòng)化焊接設(shè)備的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電焊機(jī)，2002，32(10)：1～4．

[5] 王政．焊接工裝夾具及變位機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[6] 王政，劉萍．焊接工裝夾具及變位機(jī)械圖冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[7] 王建勛．焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.

[8] 宗培言．焊接結(jié)構(gòu)制作技術(shù)及裝備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[9] 陳裕川．現(xiàn)代焊接生產(chǎn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[10] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)．焊接手冊(cè)(第3卷)：焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[11] 孫愛(ài)芳，吳金杰．焊接結(jié)構(gòu)制造[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[12] 肖增文，楊小蘭，劉極峰．塞拉門(mén)弧焊機(jī)器人柔性工作站夾具與變位機(jī)設(shè)計(jì)[J].焊接技術(shù)，2008，37(1)：65～66．

DesignofWeldingPosionerforCylindricalWeldingStructures

WANG Jin1, WANG Wei2

(1.DepartmentofElectronicandElectricalEngineering,LanzhouPetrochemicalPolytechnic; 2.EthylenePlant,CNPCLanzhouPetrochemicalCorporation)

For purpose of improving mechanization and automation level in manufacturing cylinders, a welding posioner was designed for convenient and fast manufacturing and welding of cylindrical structures.

welding posioner, cylinder welding

王瑾(1966-)，副教授，從事自動(dòng)化和機(jī)電設(shè)備維修專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與研究，wangjin_lzpcc@163.com。

TQ050.6

A

0254-6094(2017)01-0057-03

2016-04-11，

2016-06-30)