張海強

（大慶油田鉆探工程公司機械修理廠，黑龍江 大慶 163001）

鉆井用野營房、固控罐、鉆機液壓推移裝置等常用鉆井配套設(shè)備在制作過程中，焊接占據(jù)了主要的工作量，主要采用手工電弧焊及二氧化碳氣體保護焊兩種方式。經(jīng)調(diào)研，大慶地區(qū)不少制造企業(yè)存在焊工人員短缺、老齡化嚴重、工人勞動強度大、生產(chǎn)效率低且由于焊工水平的差異，焊接質(zhì)量不容易保證的現(xiàn)象。

小型自動焊接裝置的推廣應(yīng)用很好地解決了這一問題，能夠完成水平焊縫和垂直立縫的焊接；提高工作效率，是手工焊的1.5倍；避免人為因素所造成的焊縫質(zhì)量不良；自動化程度高，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。隨著焊接自動化的普及和提高，自動焊接的地位和作用越來越突顯、越來越被業(yè)內(nèi)人士倍加重視，各種小型自動焊接設(shè)備廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。

1 小型自動焊接裝置的結(jié)構(gòu)

1.1 小型自動焊接裝置的總體結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)野營房、固控罐等產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸，設(shè)計專用的焊槍夾持行走裝置，裝置采用齒輪齒條驅(qū)動方式，使焊接裝置在固定軌道上行走，代替人手的移動，完成水平、垂直和仰焊等多種方位焊縫焊接。焊接裝置主要由行走機構(gòu)、焊槍運動機構(gòu)、焊槍擺動機構(gòu)和控制系統(tǒng)等部分組成。主要組成部件有電機、導軌、磁鐵、控制器、手柄、滑塊、擺動器、焊槍夾等。

1.2 行走軌道

根據(jù)野營房及固控罐角焊縫、平焊縫各種工位的焊縫都有，特別是立焊較多，且焊縫較長的特點設(shè)計帶有齒條的剛性軌道，利用裝置上的齒輪與齒條嚙合驅(qū)動裝置在垂直方向上行走，實現(xiàn)裝置的爬壁焊接。用安裝帶開關(guān)的強力永磁磁鐵的軌道，讓導軌牢固地吸附在工件上，當需要移動導軌時，強力離合式磁鐵關(guān)閉就可以隨意移動，以適應(yīng)各種焊接位置的需求。磁鐵中間用不導磁的銅板隔開，內(nèi)部有一個可以旋轉(zhuǎn)的磁體，當磁體橫置時，與被吸附的導磁性物體形成一個閉合回路，實現(xiàn)吸附；當磁體垂直時，與被吸附的物體形成的閉合磁路消失，下接觸面只是單極性，物體可以輕易取下。

1.3 焊炬位置調(diào)節(jié)機構(gòu)

小型自動焊接裝置的焊炬是夾持在裝置焊接執(zhí)行機構(gòu)的末端。焊炬調(diào)節(jié)機構(gòu)由一字型伸縮機構(gòu)、十字滑臺以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，通過機構(gòu)各方向的運動使焊槍迅速移動至正確位置。機構(gòu)能夠完成焊炬空間位置的移動，盡量體高機構(gòu)的自由度，完成X-Y-Z三個坐標內(nèi)的直線調(diào)節(jié)和2個方向角度調(diào)節(jié)，通過手動或者電機驅(qū)動使焊炬沿X-Y進行移動，Z軸方向設(shè)置槍夾的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)焊炬空間位置的調(diào)節(jié)，使焊槍方便快捷地對正焊縫，便于施焊。

1.4 焊槍擺動機構(gòu)

焊接過程中可能會遇到厚工件以及寬焊縫的情況，為了滿足焊接工藝對焊縫寬度控制的要求，提高焊接效率，提高焊縫層間及表面的焊接質(zhì)量，減少焊接缺陷的產(chǎn)生，增強自動焊設(shè)備對不同焊件厚度及焊接質(zhì)量要求的適應(yīng)能力，設(shè)計焊接擺動器。把焊槍安裝在一個可以擺動的機械裝置上,焊接時，焊槍可以在焊縫表面上左右擺動,擺動幅度、擺動頻率可調(diào),使焊槍左右擺動向前焊接，一般用于需熔敷焊縫寬度較大的焊件。擺動器預存波形、鋸齒、三角形等多種擺動路線，可根據(jù)實際需要選擇擺動模式，并且根據(jù)焊縫寬度調(diào)節(jié)擺動幅度。

1.5 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)是整個小型自動焊接設(shè)備的核心部分，它決定了焊機裝置的啟動與停止、運行速度、焊槍位置的調(diào)節(jié)以及人機之間的交互，從而控制整個焊接裝置的和焊槍的運行軌跡。控制系統(tǒng)選用16位msp430單片機和專用的控制模塊組成。

2 小型自動焊接裝置的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 功能性實驗

實驗包括焊接裝置的安裝時間、行走速度、擺動速度、擺動角度、電機負載能力以及控制等。

表1

結(jié)論：設(shè)備安裝時間3～4min；裝置非擺動狀態(tài)最大焊接速度：800mm/min；擺動焊接狀態(tài)最大焊接速度：370mm/min。

2.2 應(yīng)用效果

經(jīng)過6個月的現(xiàn)場運行，小型自動焊接裝置能夠完成水平焊縫和垂直立縫的焊接，而且安裝方便，運行穩(wěn)定。適用于各種鋼結(jié)構(gòu)的角焊，尤其是在需要擺動的場合，擺動速度、擺動幅度、中心位置和左右停留時間均可以調(diào)整，適合各種不同規(guī)格的焊道。體積小、重量輕，安裝移動方便，非熟練工也可以進行焊接。分別在固控罐、野營房制作上進行了應(yīng)用，焊接裝置能夠完成1～10mm鋼板的各種直焊縫的焊接，焊接效果良好。焊接質(zhì)量大幅提高，焊縫成型均勻美觀，焊縫合格率高，是手工焊接無法達到的。裝置安裝有感應(yīng)停止開關(guān)，焊接到工件末端時可以自動停止工作，便于一人可以操作多臺設(shè)備，如一人操作2臺設(shè)備，可節(jié)約一個工人勞動成本，每推廣2臺小型自動焊接裝置便可節(jié)約人工費：8（小時/天）×32（元/小時）×250天/年=6.4萬元/年，而且不用近距離操作，有利于職業(yè)健康。

3 結(jié)語

小型自動焊接裝置可以完成固控罐及野營房等常見鉆井配套設(shè)備的水平直縫和垂直立縫的焊接，推廣使用這種裝置可以減輕大量的勞動強度，并能節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并且有利于職工的身體健康。