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        煤粉燃燒器耐磨管的智能化堆焊制造

        2018-10-12 07:13:18姜中毅
        水泥技術(shù) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:圓管變位堆焊

        姜中毅

        1 前言

        煤粉燃燒器是影響水泥窯產(chǎn)量和熟料質(zhì)量的重要設(shè)備,延長燃燒器的使用壽命、減少維修次數(shù),對保證水泥廠正常生產(chǎn)有著重要意義。燃燒器耐磨件的磨損返修是導(dǎo)致燃燒器損壞的主要原因之一,本文著重?cái)⑹瞿湍ゼ湍ザ押傅闹悄芑に嚒?/p>

        眾所周知,煤粉顆粒在燃燒器管道內(nèi)部高速運(yùn)動(dòng),無法避免撞擊和沖刷入口表面,時(shí)間一長就可能擊穿沖刷部位,使煤粉進(jìn)入旋風(fēng)管道,造成煤風(fēng)與內(nèi)外風(fēng)道“串風(fēng)”,無法進(jìn)行火焰的調(diào)整并嚴(yán)重影響燃燒效率,因此大多數(shù)燃燒器都在煤粉入口處加厚或者采用耐磨噴涂或堆焊的方法,以保證燃燒器煤風(fēng)進(jìn)風(fēng)部位風(fēng)管的耐磨性,耐磨性的高低是決定燃燒器使用壽命的關(guān)鍵。

        煤粉燃燒器是我公司的主要產(chǎn)品之一,以往的耐磨管堆焊工序都是外協(xié)制作完成后,回公司進(jìn)行加工和組裝。從2017年年初開始,基于質(zhì)量、進(jìn)度、成本等因素考慮,我們制定了逐步實(shí)現(xiàn)堆焊自制的計(jì)劃。鑒于燃燒器的耐磨層堆焊都是在規(guī)則的焊接圓管表面進(jìn)行,便于采用自動(dòng)焊接方式,因此我們嘗試使用公司原有六軸焊接機(jī)器人進(jìn)行堆焊操作,并在紅水河項(xiàng)目上試驗(yàn)成功。

        2 系統(tǒng)組成

        如圖1所示,整套堆焊系統(tǒng)包括六軸焊接機(jī)器人、自制滾動(dòng)焊接工裝、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、伺服單軸焊接變位機(jī)、操控界面等幾個(gè)主要部分。裝卡焊槍的六軸焊接機(jī)器人是整套系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)耐磨層的堆焊;滾動(dòng)焊接工裝起著支撐工件和輔助旋轉(zhuǎn)的作用;伺服單軸焊接變位機(jī)負(fù)責(zé)為焊接工件的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力來源;操控界面負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)編程操作;環(huán)保收塵裝置負(fù)責(zé)焊接煙塵的無害化處理。

        耐磨層焊材選用LQ350 1.6型堆焊藥芯焊絲,此焊材工藝操作簡單,成本低,焊絲化學(xué)成分含有C、Si、Mn、Cr等。熔敷金屬為高鉻合金,金相組織為馬氏體加合金碳化物,碳化物具有極高的硬度,因而具有優(yōu)良的耐磨損性能。

        3 焊接過程

        (1)焊接前對直縫焊管表面的油、銹等污物進(jìn)行清理,降低工件表面因質(zhì)量缺陷對焊接工藝造成的影響。

        圖1 堆焊系統(tǒng)組成

        (2)焊接時(shí)避免采用過大的電流,以防止出現(xiàn)氣孔,影響焊接質(zhì)量。電流參數(shù)設(shè)定為:150~170A,電壓設(shè)定為:12V(不同廠家提供的焊絲,電流、電壓參數(shù)略有不同),機(jī)器人堆焊水平步進(jìn)距離為每道焊縫5mm;焊接直徑φ200管道外壁,選擇轉(zhuǎn)速為3.0~3.5mm/s;焊接直徑φ310管道內(nèi)壁,選擇轉(zhuǎn)速為2.5~3.0mm/s;焊絲干伸長為15mm;焊接方式采用下坡焊。按照圖紙要求堆焊層厚度為4mm,此設(shè)備單次焊接焊縫成型厚度為3mm,需堆焊兩層。

        (3)由于堆焊過程是以設(shè)定的速度按特定軌跡從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn),故采用CP連續(xù)軌跡方式。另一種為PTP點(diǎn)對點(diǎn)方式,即機(jī)器人以全速從起始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn),對兩點(diǎn)間軌跡未做規(guī)定,不適合本操作。

        編制程序:第一步:機(jī)器人手臂所處原始位置設(shè)起點(diǎn)一;第二步:焊接手臂從起點(diǎn)一快速到達(dá)離焊接工件表面起始點(diǎn)高30mm處;第三步:焊接手臂緩慢到達(dá)離焊接工件表面起始點(diǎn)高15mm處,起弧并開始焊接,同時(shí)變位機(jī)啟動(dòng),工件旋轉(zhuǎn);第四步:焊接手臂按照每圈步進(jìn)5mm速度焊接80圈,共計(jì)400mm;第五步:手臂抬起,停止焊接;第六步:焊接手臂達(dá)到起點(diǎn)二;第七步:焊接手臂從起點(diǎn)二快速到達(dá)離焊接表面高30mm處;第八步:焊接手臂緩慢到達(dá)離焊接工件表面距離15mm處,起弧并開始焊接;第九步:焊接手臂按照每圈步進(jìn)5mm速度返回焊接80圈(與第四步水平焊接方向相反),共計(jì)400mm,返回起始點(diǎn);第十步:手臂抬起。第十一步:手臂返回起點(diǎn)一。如圖2所示,編程完畢后先模擬整個(gè)動(dòng)作過程,確認(rèn)程序無誤后開始正常焊接,堆焊成型過程如圖3所示。

        (4)堆焊完成400mm后,保持焊接手臂不動(dòng),整體將變位機(jī)和圓管沿軸向平移400mm,從編程第一步開始重復(fù)焊接操作。以2m長焊接圓管每次焊接400mm為例計(jì)算,共需平移工件和變位機(jī)四次,實(shí)現(xiàn)2m長焊接圓管的整體耐磨堆焊。

        同理,直徑φ310圓管內(nèi)壁的耐磨層堆焊與上述外圓堆焊步驟類似。

        圖2 堆焊動(dòng)作過程模擬

        圖3 堆焊成型過程

        4 注意事項(xiàng)

        (1)由于工件的管壁為8mm,長時(shí)間焊接過程中容易使工件加熱變紅產(chǎn)生變形,影響成型效果,整個(gè)過程需要通水冷卻,以降低工件溫度。

        (2)焊接溫度高,弧坑和焊絲鐵水冷卻時(shí)間長,在工件旋轉(zhuǎn)過程中容易造成鐵水下流,工件焊接表面形成許多焊瘤。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),我們采取圖2的操作方式,使焊槍離工件最高點(diǎn)水平距離15mm處開始起弧焊接,隨著工件的旋轉(zhuǎn),焊接鐵水到達(dá)工件最高點(diǎn)時(shí)正好成型完成,焊縫質(zhì)量好且美觀(見圖3)。

        圖4 各主要參數(shù)調(diào)整對焊縫質(zhì)量的影響

        (3)該焊絲堆焊時(shí)表面會(huì)出現(xiàn)細(xì)裂紋,這是釋放應(yīng)力的結(jié)果,不影響工件耐磨性,可以正常使用。

        (4)各主要參數(shù)調(diào)整對焊縫質(zhì)量影響具體如圖4所示。

        5 堆焊質(zhì)量

        (1)堆焊成品如圖5所示,堆焊層設(shè)計(jì)厚度4mm,實(shí)際值允許4mm≤δ≤6mm,實(shí)測值為6mm,圓周變形量誤差控制在2mm以內(nèi),軸面長度誤差范圍:-1mm≤δ≤1mm,符合圖紙要求。

        (2)堆焊層理論宏觀硬度為56~62HRC,焊接完成實(shí)測為56~58HRC,偏差范圍控制在5%左右,符合圖紙要求。

        6 經(jīng)濟(jì)效益

        圖5 堆焊成品局部圖

        焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步,其突破了焊接鋼性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式,開拓了一種柔性自動(dòng)化新方式。焊接機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定和焊接質(zhì)量高,可保證焊接產(chǎn)品的均一性;焊接生產(chǎn)效率高,一天可24h連續(xù)生產(chǎn),可在有害環(huán)境下長期工作;改善了工人勞動(dòng)條件,降低了操作難度,可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動(dòng)化。以廣西紅水河項(xiàng)目為例,一套完整的耐磨圓管堆焊原外協(xié)費(fèi)用為10 000元,工期需要7d,改為機(jī)械手臂堆焊后,制作成本為6 000元,節(jié)約4 000元,工期為5d,以全年生產(chǎn)24臺(tái)燃燒器計(jì)算,年節(jié)約成本近10萬元,且具有可復(fù)制性。

        7 改進(jìn)方向

        從整個(gè)焊接過程來看,長圓管每焊接400mm,需整體平移工件和變位機(jī)一次后,再循環(huán)重復(fù)焊接操作,直至焊接完成,這一步驟影響了效率的提升,為此下一步我們將進(jìn)一步對程序、工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,增加自動(dòng)測距控制單元,爭取實(shí)現(xiàn)一次堆焊成型的目標(biāo)。

        8 結(jié)語

        生產(chǎn)工藝的智能化設(shè)計(jì)和應(yīng)用,是降低制造成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的有效手段,也是未來工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。六軸焊接機(jī)器人在燃燒器耐磨件耐磨堆焊過程中的成功應(yīng)用,為今后我公司逐步實(shí)現(xiàn)焊接的柔性生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ),為產(chǎn)品智能化制造積累了經(jīng)驗(yàn)?!?/p>

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