陳廷勇，張佩艷 ，劉興永

（1.湖南長(zhǎng)沙智能專用車研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001；2.河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南 濟(jì)源 459000；3.湖南星通汽車制造有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

1 項(xiàng)目概述

某公司是管道配套生產(chǎn)企業(yè)，每天都進(jìn)行管道筒體進(jìn)行焊接，管道筒體強(qiáng)度等級(jí)高，管道筒體直徑范圍：Φ610～Φ2000mm；工件長(zhǎng)度范圍：1000～3000mm；工件質(zhì)量：不大于5t；要求焊縫外形美觀，有較高比例的無(wú)損探傷檢驗(yàn)要求，合格率達(dá)到100%；管道筒體工件成品示意圖1所示。

筒體首先完成拼接成圓，縱縫焊接完成后；筒體移動(dòng)組對(duì)，設(shè)備自動(dòng)完成環(huán)縫焊接。焊縫經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，生產(chǎn)制造的全自動(dòng)焊接設(shè)備滿足了管道筒體的縱環(huán)縫焊接要求，效果良好。

2 管道筒體全自動(dòng)焊接設(shè)備設(shè)計(jì)理念

2.1 全自動(dòng)焊接機(jī)技術(shù)要求

為了滿足管道筒體縱縫，環(huán)縫焊接，結(jié)合從事焊接專機(jī)的生產(chǎn)及焊接工藝經(jīng)驗(yàn)，管道筒體的自動(dòng)換焊接設(shè)備必須達(dá)到如下技術(shù)要求：（1）設(shè)備必須能實(shí)現(xiàn)筒體的環(huán)縫焊接要求，使用十字梁焊接機(jī)能滿足此要求。（2）設(shè)備必須能實(shí)現(xiàn)筒體的組對(duì)要求，采用防竄組對(duì)滾輪架滿足此要求。（3）設(shè)備必須能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外環(huán)縫的焊接要求，采用滾輪架和十字梁焊接機(jī)滿足要求。（4）焊縫質(zhì)量良好，必須滿足較高比例的無(wú)損探傷要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用機(jī)械加工坡口，自動(dòng)氬弧焊/STT打底、氣保、埋弧填充蓋面，完全滿足此要求。

2.2 全自動(dòng)焊接設(shè)備組成及其特點(diǎn)

管道筒體縱縫全自動(dòng)焊接設(shè)備由1套十字梁焊接機(jī)、1套主從動(dòng)滾輪架、1套視屏監(jiān)控系統(tǒng)、1套焊縫跟蹤系統(tǒng)、1套電控系統(tǒng)等設(shè)備組成，設(shè)備組成如圖2所示；環(huán)縫焊接區(qū)由1套十字梁焊接機(jī)、1套組對(duì)滾輪架、1套防竄滾輪架、1套主動(dòng)滾輪架、1套視屏監(jiān)控系統(tǒng)、1套焊縫跟蹤系統(tǒng)、1套電控系統(tǒng)等組成，設(shè)備組成如圖3所示。

圖2 縱縫全自動(dòng)焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 環(huán)縫全自動(dòng)焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

（1）十字梁焊接機(jī)。設(shè)備由滑板箱、橫梁、立柱、底座等組成。如圖4所示。

圖4 十字梁焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

滑板箱整體結(jié)構(gòu)為雙H型。采用型材及板材焊接制造、去應(yīng)力處理。整體剛性好，在使用過(guò)程中不會(huì)影響到焊縫質(zhì)量?；逑淦鹬鴻M梁伸縮和帶動(dòng)橫梁上下移動(dòng)的功能。內(nèi)部設(shè)置了用于防墜落保險(xiǎn)裝置的安全機(jī)構(gòu)，避免鏈條斷裂造成傷害，提高安全性。其次在箱體上安裝了限位裝置，對(duì)橫梁伸縮有電氣限位和機(jī)械限位。箱內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由交流變頻電機(jī)和減速器組成，驅(qū)動(dòng)橫梁伸縮。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出為傳動(dòng)齒輪，它與橫梁上的齒條進(jìn)行嚙合，驅(qū)動(dòng)橫梁伸縮。

橫梁根據(jù)十字梁規(guī)格，采用了“工”及“口”雙型材超強(qiáng)剛性的粱結(jié)構(gòu)。橫梁上配置了齒條和導(dǎo)軌，橫梁有效長(zhǎng)度機(jī)械限位裝置。橫梁前端安裝焊接機(jī)頭，內(nèi)側(cè)安裝齒條，通過(guò)在滑板箱上的伺服電機(jī)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，實(shí)現(xiàn)橫梁移動(dòng)。

立柱：根據(jù)十字梁規(guī)格，采用了“工”及“口”雙型材超強(qiáng)剛性的粱結(jié)構(gòu)。頂部配置了電機(jī)減速器，通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)滑板箱升降。

底座：箱式底座結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝立柱電機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，立柱鎖緊裝置。整個(gè)底座內(nèi)經(jīng)過(guò)處理，增加了重量，有效的降低了整個(gè)設(shè)備重心高度，提高了整臺(tái)設(shè)備的穩(wěn)定性。底座配置電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)軌道上自由行走。

橫梁前端配置焊接機(jī)頭電動(dòng)拖板、夾槍機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)器、跟蹤及視屏監(jiān)控系統(tǒng)等。通過(guò)視屏監(jiān)控對(duì)焊槍調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)焊槍的上升、下降、左、右移動(dòng)。

（2）組對(duì)滾輪架。組對(duì)滾輪架由1套固滾輪架和1套移動(dòng)滾輪架、工作平臺(tái)，1個(gè)橫向伸縮油缸、4個(gè)滾輪架升降裝置組成和控制系統(tǒng)等組成，如圖5所示。

圖5 組對(duì)滾輪架結(jié)構(gòu)示意圖

滾輪架的滾輪胎由電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，滿足工件轉(zhuǎn)動(dòng)要求；固定滾輪架安裝工作平臺(tái)面上，移動(dòng)滾輪架配置由導(dǎo)套，可以在工作平臺(tái)上直線移動(dòng)，滿足筒體在軸線方向移動(dòng)，調(diào)整筒體間焊接面間隙，滿足焊接要求；工作平臺(tái)內(nèi)安裝伸縮油缸和鎖軌器，內(nèi)安裝由滑軌和伸縮油缸，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)滾輪架與固定滾輪架的間隙調(diào)整和鎖定；舉升裝置可以分別實(shí)現(xiàn)兩組滾輪胎的間距，滿足不同工件直徑需求，其次還能對(duì)工件在徑向方向調(diào)整，滿足焊接圓跳動(dòng)。

（3）防竄滾輪架。防竄滾輪架由1組舉升滾輪架、行走平臺(tái)、感應(yīng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，如圖6所示。

圖6 防竄滾輪架

行走平臺(tái)在軌道可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，適應(yīng)不同長(zhǎng)度筒體支撐需求。舉升滾輪架由液壓油缸，油泵、油箱等組成，通過(guò)油缸伸縮實(shí)現(xiàn)滾輪胎間距變化，適應(yīng)不同工件直徑需求；感應(yīng)系統(tǒng)由機(jī)械接觸裝置和光距離感應(yīng)裝置，安裝裝置，電控裝置組成。機(jī)械接觸裝置與筒體保持接觸，通過(guò)接觸行程變換產(chǎn)生電信號(hào)控制舉升滾輪架油缸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件在軸線方向的緩慢前進(jìn)和后退，保證組對(duì)筒體對(duì)接焊縫均在組對(duì)滾輪架相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接要求。

（4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。采用動(dòng)態(tài)工業(yè)攝像頭（140dB），成像清晰，360防飛濺鏡頭保護(hù)裝置，遠(yuǎn)程監(jiān)控，能觀察到熔池、焊縫和周圍情況等。

（5）焊縫跟蹤系統(tǒng)。采用智能實(shí)時(shí)，非接觸跟蹤模式，傳感器測(cè)量焊縫偏移，控制電動(dòng)拖板移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊槍上下，左右移動(dòng)定位，引導(dǎo)焊槍自動(dòng)焊接，解決焊縫偏差問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)焊縫成型美觀牢固。

（6）焊接系統(tǒng)。采用林肯全自動(dòng)焊接系統(tǒng)、精準(zhǔn)控制焊接工藝、電弧穩(wěn)定、有效減少生產(chǎn)焊接成本，固態(tài)電動(dòng)控制與焊接電源配套使用，提高工作效率，性能穩(wěn)定。

2.3 電控系統(tǒng)

主控為PLC，可對(duì)焊接過(guò)程和工藝規(guī)范參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制或手動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)人性化，方便操作、檢修和更換。對(duì)自動(dòng)起弧、焊接自動(dòng)停止、焊縫跟蹤和防竄等進(jìn)行調(diào)整和控制。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，配有手持控制盒和中央處理控制臺(tái)。

3 管道筒體焊接要求

根據(jù)筒體的不同厚度，在具體實(shí)施中具體制定了焊接順序。當(dāng)鋼板厚度為25～50mm時(shí)，焊縫坡口形式為X型，內(nèi)環(huán)縫和內(nèi)縱縫焊采用埋弧焊進(jìn)行焊接，當(dāng)焊接結(jié)束后，不進(jìn)行焊縫清根，使用埋弧焊對(duì)外環(huán)縫和外縱縫進(jìn)行焊接填充蓋面。

3.1 焊接參數(shù)

單弧單絲焊：焊絲Φ4.0mm，焊接電流550～750A，焊接電壓29～35V，焊速30～60cm/min。

單弧雙絲：焊絲Φ4.0mm，焊接電流550～750A，焊接電壓29～35V，焊速30～60cm/min。

雙弧雙絲：前焊絲直流反接Φ4.0mm，焊接電流600～750A，焊接電壓29～32V；后焊絲交流Φ3.2mm，焊接電流550～650A，焊接電壓33～37V；焊速30～70cm/min。

雙弧四絲：前焊絲直流反接Φ4.0mm，焊接電流600～750A，焊接電壓29～32V；后焊絲交流Φ3.2mm，焊接電流550～650A，焊接電壓33～37V；焊速30～70cm/min。

3.2 部分坡口形狀（圖7）

圖7

4 焊接設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用效果

全自動(dòng)焊接設(shè)備投入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。設(shè)備操作簡(jiǎn)單方便，焊槍調(diào)節(jié)靈敏，員工勞動(dòng)強(qiáng)度小，焊縫質(zhì)量完全合格。設(shè)備完全滿足縱環(huán)縫自動(dòng)化焊接生產(chǎn)要求，給企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5 設(shè)備優(yōu)勢(shì)

5.1 機(jī)械設(shè)備

設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，具有很好的穩(wěn)定性、可靠性、耐久性和抗震性。整個(gè)設(shè)備操作簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。整體采用型材與板焊接后去應(yīng)力處理，整體剛性好。構(gòu)件經(jīng)過(guò)數(shù)控設(shè)備加工而成，滿足尺寸精度要求。

5.2 電氣設(shè)備

相對(duì)于繼電器等電器元件實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，采用PLC可編輯邏輯控制器抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、接口豐富、體積小、可靠性高。通過(guò)系統(tǒng)分析反饋信息，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫填充，在行業(yè)領(lǐng)域?qū)儆陬I(lǐng)先地位，保證了高質(zhì)量焊接，焊縫完全合格。