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備廣泛應用在各行各業(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，增強自動焊設備對不同焊件厚度及焊接質(zhì)量要求的適應能力，設計焊接擺動器。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)設計

控制系統(tǒng)是整個小型自動焊接設備的核心部分，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?？刂葡到y(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備，如一人操作2臺設備，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。