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(1.中油管道機(jī)械制造有限責(zé)任公司， 河北 廊坊 065000；2.長(zhǎng)慶石油勘探局有限公司 北京辦事處, 北京 100000)

快開(kāi)盲板是用在長(zhǎng)輸油氣管道站場(chǎng)、油氣集輸站場(chǎng)、煤層氣井場(chǎng)等的壓力容器和壓力管道上，具有安全聯(lián)鎖與報(bào)警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開(kāi)啟和關(guān)閉的機(jī)械受壓裝置，主要由端法蘭、頭蓋、鎖圈、密封圈及轉(zhuǎn)臂等部件構(gòu)成[1-5]?？扉_(kāi)盲板端法蘭材質(zhì)一般為碳鋼，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，端法蘭密封面(與密封圈接觸部位)因與介質(zhì)長(zhǎng)期接觸而發(fā)生腐蝕，會(huì)對(duì)快開(kāi)盲板密封性能造成不利影響。為杜絕端法蘭密封面產(chǎn)生腐蝕，常利用堆焊技術(shù)在端法蘭密封面堆焊1層不銹鋼[6-8]。

快開(kāi)盲板端法蘭密封面堆焊面是一環(huán)形凹面，目前還沒(méi)有適合這種結(jié)構(gòu)形式的成型自動(dòng)化焊接設(shè)備。最初快開(kāi)盲板端法蘭密封面堆焊采用的是手工焊接方法，存在工作效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，而且手工焊接過(guò)程中天氣、焊接環(huán)境和人員等因素的影響會(huì)造成密封面堆焊完成后進(jìn)行機(jī)加工過(guò)程中出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，造成二次甚至多次返修、補(bǔ)焊。為消除人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊，結(jié)合堆焊工藝，借鑒埋弧焊自動(dòng)化焊接系統(tǒng)[9-11]，采用變位系統(tǒng)、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)[12-15]、十字臂和電源控制柜等設(shè)備，并根據(jù)端法蘭堆焊實(shí)際情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，開(kāi)發(fā)了一套適用于DN250 mm～DN1 550 mm快開(kāi)盲板端法蘭密封面堆焊的自動(dòng)化焊接機(jī)組。

1 快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組總體結(jié)構(gòu)

快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組主要由自動(dòng)化焊接系統(tǒng)、變位系統(tǒng)、電源控制柜、除塵系統(tǒng)以及焊接平臺(tái)組成，見(jiàn)圖1。

圖1 快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組總體結(jié)構(gòu)

1.1 自動(dòng)化焊接系統(tǒng)

自動(dòng)化焊接系統(tǒng)由改造后的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)與高度可以調(diào)整的十字臂組成。不同規(guī)格的端法蘭堆焊凹面深度不同(圖2)，為保證焊接機(jī)組可以對(duì)所有規(guī)格的快開(kāi)盲板端法蘭進(jìn)行施焊，主要進(jìn)行了以下幾點(diǎn)改進(jìn)：①選用了高度可以調(diào)節(jié)的十字臂。②將二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)焊槍進(jìn)行了加長(zhǎng)。③在十字臂端部設(shè)置專用夾具，用來(lái)固定二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)焊槍。④把二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)送絲機(jī)構(gòu)固定在十字臂端部上方(圖3)，保證了焊槍與送絲機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置保持不變，確保施焊時(shí)送絲速度平穩(wěn)。

圖2 端法蘭堆焊結(jié)構(gòu)示圖

圖3 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)送絲機(jī)構(gòu)與十字臂位置圖

1.2 變位系統(tǒng)

采用手工焊接進(jìn)行快開(kāi)盲板密封面堆焊時(shí)，盲板固定不動(dòng)，焊工沿著密封面進(jìn)行圓周焊接，焊槍的移動(dòng)速度主要靠人工掌握，不可能完全達(dá)到焊接工藝的要求，焊接質(zhì)量不佳。為消除焊槍移動(dòng)對(duì)焊接質(zhì)量的影響，借鑒埋弧自動(dòng)焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，保持焊槍不動(dòng)，采用變位系統(tǒng)，使盲板周向旋轉(zhuǎn)，且盲板轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以根據(jù)不同規(guī)格端法蘭的焊接轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

變位系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)速度的手控盒組成。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)只能進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的托盤最大直徑、承載能力以及配套電機(jī)的功率由堆焊機(jī)組所施焊的最大規(guī)格快開(kāi)盲板端法蘭的尺寸和質(zhì)量確定。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速范圍則是根據(jù)不同規(guī)格快開(kāi)盲板堆焊焊接工藝的焊接速度參數(shù)來(lái)確定的。

手控盒用來(lái)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速，采用數(shù)字顯示保證其準(zhǔn)確度。施焊時(shí)，根據(jù)需要堆焊的端法蘭規(guī)格，通過(guò)手控盒選用相應(yīng)的轉(zhuǎn)速即可。

1.3 電源控制柜

電源控制柜主要用于控制堆焊機(jī)組各部件的動(dòng)作，設(shè)有電源啟動(dòng)按鈕、急停按鈕、正反轉(zhuǎn)按鈕、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)觸屏、十字臂高度調(diào)節(jié)按鈕、焊接電壓調(diào)節(jié)按鈕、焊接電流調(diào)節(jié)按鈕、送絲速度調(diào)節(jié)按鈕、送氣氣壓調(diào)節(jié)按鈕及除塵系統(tǒng)開(kāi)關(guān)按鈕。電源啟動(dòng)按鈕用于控制整個(gè)機(jī)組的電源開(kāi)啟及斷開(kāi)。急停按鈕是在出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的急停。正反轉(zhuǎn)按鈕和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)觸屏與變位系統(tǒng)的手控盒功能一致，具有調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速的功能。根據(jù)不同規(guī)格快開(kāi)盲板堆焊的焊接工藝，通過(guò)電源控制柜調(diào)節(jié)堆焊機(jī)組各部件的參數(shù)，保證快開(kāi)盲板堆焊高效進(jìn)行。

1.4 除塵系統(tǒng)

堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量在空氣中懸浮的對(duì)人體有害的細(xì)小金屬顆粒，從安全環(huán)保及人員健康考慮，在焊接機(jī)組上配套了移動(dòng)式焊接煙塵凈化器。凈化器上配有2～3 m長(zhǎng)的柔性吸氣臂，適用于不同規(guī)格的快開(kāi)盲板堆焊，移動(dòng)靈活，操作方便，凈化效率高。

焊接煙塵凈化器主要部件包括萬(wàn)向吸塵臂、耐高溫吸塵軟管、吸塵罩(帶風(fēng)量調(diào)節(jié)閥)、阻火網(wǎng)、阻燃高效濾芯、脈沖反吹裝置、脈沖電磁閥、壓差表、潔凈室、活性碳過(guò)濾器、沉灰抽屜組合、阻燃吸音棉、帶剎車的新韓式腳輪、風(fēng)機(jī)、電機(jī)以及電控箱等。通過(guò)風(fēng)機(jī)引力作用，焊接煙塵廢氣被萬(wàn)向吸塵罩吸入設(shè)備進(jìn)風(fēng)口，設(shè)備進(jìn)風(fēng)口處設(shè)有阻火器，火花經(jīng)阻火器被阻留，煙塵氣體進(jìn)入沉降室，利用重力與上行氣流將粗粒煙塵直接降至灰斗，微粒煙塵被濾芯捕集在外表面。潔凈氣體經(jīng)濾芯過(guò)濾凈化后，由濾芯中心流入潔凈室，再經(jīng)活性碳過(guò)濾器吸附進(jìn)一步凈化后由出風(fēng)口達(dá)標(biāo)排出。

1.5 焊接平臺(tái)

焊接平臺(tái)由型鋼和鋼板焊接而成，根據(jù)快開(kāi)盲板端法蘭堆焊時(shí)的尺寸要求，在平臺(tái)上打孔，把十字臂與變位機(jī)構(gòu)固定。為便于焊接操作，并盡量保證不受焊接煙塵的影響，將電源控制柜擺放在操作位置的左側(cè)，便于操作控制柜及觀察堆焊工件。除塵系統(tǒng)則擺放在與操作位置相對(duì)的工件的另一側(cè)，以盡量降低除塵系統(tǒng)對(duì)操作的不利影響。這樣，自動(dòng)化焊接系統(tǒng)、變位系統(tǒng)、電源控制柜及除塵系統(tǒng)通過(guò)焊接平臺(tái)集中到一個(gè)平面上，形成一個(gè)焊接機(jī)組，可以根據(jù)生產(chǎn)需要整體移動(dòng)調(diào)用。

2 應(yīng)用效果

快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組制造完成后，在中俄東線天然氣管道工程、北京新機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目供油工程津京第二輸油管道機(jī)場(chǎng)段及末站工程、乍得Ronier-Kome原油管道500×104t/a增輸工程項(xiàng)目和陜京四線輸氣管道工程等國(guó)內(nèi)外重大工程項(xiàng)目中得到實(shí)際運(yùn)用。通過(guò)實(shí)際運(yùn)用以及對(duì)多個(gè)項(xiàng)目不同規(guī)格的快開(kāi)盲板端法蘭堆焊后無(wú)損檢測(cè)及焊接時(shí)間統(tǒng)計(jì)，與手工焊相比，焊接效率至少提高了2倍，焊接一次合格率從原來(lái)手工焊的50%提高到超過(guò)95%，工作效率大為提高，有效降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并極大提高了堆焊質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合生產(chǎn)需要，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、十字臂、變位系統(tǒng)和電源控制柜等設(shè)備，根據(jù)端法蘭堆焊實(shí)際情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，開(kāi)發(fā)了一套適用于DN250 mm～DN1 550 mm快開(kāi)盲板端法蘭密封面堆焊的自動(dòng)化焊接機(jī)組。生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐證明，快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組操作簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用效果良好，解決了生產(chǎn)中遇到的實(shí)際困難。與手工焊相比，采用快開(kāi)盲板端法蘭密封面自動(dòng)化堆焊機(jī)組的焊接效率、焊接一次合格率均大幅提高，對(duì)解決實(shí)際生產(chǎn)中類似問(wèn)題具有借鑒意義。