冷文深

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院新鄉(xiāng)分院，河南 鄭州 453000）

1 前言

1.1 現(xiàn)狀分析

圓筒形壓力容器制造的一般步驟是筒體卷制完成后先進(jìn)行筒體縱焊縫焊接，再進(jìn)行筒節(jié)與筒節(jié)或筒節(jié)與封頭環(huán)焊縫的焊接。目前，國內(nèi)外企業(yè)大多采用滾輪架等轉(zhuǎn)動設(shè)備作為筒體環(huán)焊縫焊接的支撐及轉(zhuǎn)動裝置。待焊筒體水平放置在滾輪架上，由滾輪架帶動瓶體相對焊槍做圓周運(yùn)動，焊槍固定于橫梁上，從而實(shí)現(xiàn)筒體環(huán)焊縫的焊接。

1.2 存在的問題

（1）焊接時，由于縱焊縫余高的影響，當(dāng)筒體縱焊縫轉(zhuǎn)動至與滾輪架接觸時，會導(dǎo)致待焊環(huán)焊縫與焊槍相對高度發(fā)生突變，相對高度的突變會導(dǎo)致焊接電弧的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致不規(guī)則焊縫的形成，甚至產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。

（2）滾輪架在使用一定時間后，滾輪表面會出現(xiàn)不同程度的磨損，且兩端滾輪架的磨損程度也不一致，這就導(dǎo)致放置在滾輪架上的瓶體縱向中心線會大大偏離水平位置，在機(jī)動焊焊接過程中，焊槍不隨焊口位置實(shí)時調(diào)整，這就導(dǎo)致出現(xiàn)焊縫寬窄不均、熔深深淺不一的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。

（3）筒體在滾輪架上的待焊位置每次都是隨意的，無工裝卡具約束其一次性達(dá)到適焊位置，這就要求焊工每次都需要橫向找準(zhǔn)焊接位置，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率，增大了焊工的勞動強(qiáng)度。

（4）筒節(jié)組對誤差導(dǎo)致組對間隙不均勻及筒節(jié)間存在錯邊，焊槍不能實(shí)時對誤差進(jìn)行糾正，會導(dǎo)致焊縫焊偏，從而使焊縫達(dá)不到足夠的強(qiáng)度。

1.3 研究目的、意義

（1）消除原滾輪架式筒體環(huán)焊縫焊接裝置焊接過程中筒體縱焊縫對筒體環(huán)焊縫的不利影響，提高筒體環(huán)焊縫的焊接質(zhì)量，降低廢品率。

（2）提高裝備的自動化程度，提高生產(chǎn)效率。特種設(shè)備是工業(yè)運(yùn)行系統(tǒng)中的主要裝備之一，同時又涉及人民生命、財產(chǎn)安全，安全性要求高。在特種設(shè)備制造過程中，焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到特種設(shè)備的安全性。焊接裝置的應(yīng)用能保證在焊接過程中減少人為因素的影響，最大程度地保證焊接質(zhì)量。筒體環(huán)焊縫新型焊接裝置的研發(fā)可以克服原滾輪架式焊接裝置的缺點(diǎn)，消除原滾輪架式筒體環(huán)焊縫焊接裝置焊接過程中筒體縱焊縫對筒體環(huán)焊縫的不利影響，進(jìn)一步提升焊接質(zhì)量，提高裝置的自動化程度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，降低焊工勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 基本原理

帶縱焊縫的筒體與封頭進(jìn)行組對并點(diǎn)焊，形成環(huán)焊口。筒體與封頭形成的組合體進(jìn)入新型筒體環(huán)焊縫焊接裝置工位，新型筒體環(huán)焊縫焊接裝置把跟蹤部件、焊機(jī)、電機(jī)、所有油缸的控制通過PLC歸化為一個控制按鈕，以實(shí)現(xiàn)一鍵全自動操作。點(diǎn)擊開始按鈕，一鍵啟動，后續(xù)所有動作均按預(yù)設(shè)自動完成。頂出油缸升起，使氣瓶抬升至預(yù)定高度；滑臺油缸帶動滑桿向預(yù)定方向移動，推動封頭卡箍至預(yù)定位置，使氣瓶兩端封頭被封頭卡箍緊緊卡??；頂出油缸回縮至初始位置，懸空氣瓶；電機(jī)自動啟動，使氣瓶以預(yù)先評定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；焊槍跟蹤系統(tǒng)自動打開，跟蹤焊口中心位置；焊機(jī)啟動，焊槍采用雙絲焊嘴，兩端焊縫開始同時進(jìn)行焊接，焊接時間預(yù)設(shè)在控制器內(nèi)，到達(dá)預(yù)定時間，焊機(jī)自動停止焊接；頂出油缸頂出至預(yù)定位置托住氣瓶；滑臺油缸回縮至初始位置；翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺油缸自動啟動，帶動翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺帶動頂出油缸和翻轉(zhuǎn)油缸，實(shí)現(xiàn)瓶體向預(yù)定位置移動規(guī)定距離；翻轉(zhuǎn)油缸啟動，氣瓶被推落至下瓶導(dǎo)軌，隨導(dǎo)軌滾出；隨后頂出油缸、翻轉(zhuǎn)油缸回縮至初始位置，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺油缸回縮，使翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌回復(fù)至初始位置。

3 裝置組配及功能介紹

該裝置額的總裝配圖如圖1所示，筒體與封頭組成的氣瓶8通過軌道22進(jìn)入全自動新型氣瓶筒體環(huán)焊縫焊接裝置工位；按控制箱1中的開始按鈕，頂出油缸20自動啟動，使氣瓶8抬升至規(guī)定高度；滑臺油缸14自動啟動，液壓滑臺5帶動滑桿6及封頭卡箍7向右移動至預(yù)設(shè)位置，使焊接氣瓶8兩端被封頭卡箍頂死；頂出油缸20回縮至初始位置，瓶體懸空；隨后電機(jī)11啟動，氣瓶8按評定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；機(jī)械跟蹤器3啟動，帶動雙絲焊槍2跟蹤焊口中心位置；雙絲焊槍2啟動，焊機(jī)按評定的焊接參數(shù)及焊接時間實(shí)施焊接；焊接完成時，焊機(jī)自動停止施焊，電機(jī)11自動停止轉(zhuǎn)動；頂出油缸20啟動，上升至預(yù)定高度，托住氣瓶8；滑臺油缸14自動啟動，帶動滑臺5回縮至初始位置；翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺油缸16啟動，使焊接氣瓶8向左側(cè)移動規(guī)定距離；隨后翻轉(zhuǎn)油缸21啟動，推動氣瓶8翻轉(zhuǎn)至下瓶導(dǎo)軌24，翻轉(zhuǎn)油缸21回縮至初始位置，頂出油缸20回縮至初始位置，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺油缸16帶動翻轉(zhuǎn)導(dǎo)軌滑臺15回縮至初始位置，焊接過程完成。

圖1 裝置總圖

4 機(jī)械跟蹤器介紹

整個機(jī)械跟蹤器懸掛于龍門橫梁1的側(cè)壁上（如圖2）。運(yùn)行時，首先，鋼瓶在設(shè)備基座上準(zhǔn)備就緒，按下啟動按鈕，鋼瓶瓶體開始旋轉(zhuǎn)，可調(diào)行程氣缸2帶動調(diào)整機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌滑塊6下行，循跡輪11進(jìn)入封頭與筒體形成的焊口中，循跡輪11循跡引導(dǎo)1#焊槍（固定于焊槍卡具13上）及2#焊槍（固定于焊槍卡具14上）實(shí)施焊接，1#焊槍及2#焊槍螺設(shè)于焊槍臂8上；1#焊槍及2#焊槍分別設(shè)有焊槍調(diào)節(jié)燕尾托9和10，運(yùn)行中循跡輪11、1#焊槍及2#焊槍所形成的軌跡活動量由焊槍微動導(dǎo)軌滑塊7、燕尾托9和10來完成。焊接時，1#焊槍升降微型氣缸12動作，帶動1#焊槍下行，到達(dá)位置后自動開啟1#焊槍進(jìn)行焊接，經(jīng)延時（具體延時時間依試驗(yàn)決定），再自動開啟2#焊槍焊接。1#焊槍與2#焊槍所間隔的物理距離由試驗(yàn)確定。實(shí)現(xiàn)1#焊槍進(jìn)行打底焊接，2#焊槍左右擺動蓋面焊接，擺動量依焊接工藝要求而定。循跡輪11運(yùn)行一周的時間由試驗(yàn)確定后輸入控制系統(tǒng)內(nèi)，預(yù)定動作為當(dāng)循跡輪11運(yùn)行制預(yù)定時間終點(diǎn)時（也就是循跡輪將到達(dá)焊接起始位置時），鎖緊定位氣缸5動作，鎖定循跡輪，不再循跡，1#焊槍及2#焊槍按鎖定位置繼續(xù)焊接。當(dāng)1#焊槍運(yùn)行到起始焊接位置時（時間可調(diào)），1#焊槍停止焊接，焊槍升降微型氣缸12動作，迅速升起1#焊槍；當(dāng)2#焊槍焊接到起始焊接的位置時（時間可調(diào)），停止焊接，可調(diào)行程氣缸2升起調(diào)整機(jī)構(gòu)，鎖緊定位氣缸5放松。

圖2 機(jī)械跟蹤器

更換待焊筒體規(guī)格時，如果焊縫位置需要調(diào)節(jié)，通過橫梁兩側(cè)的手輪，調(diào)節(jié)平行于橫梁的龍門橫梁調(diào)節(jié)絲杠4，帶動循跡調(diào)整機(jī)構(gòu)沿龍門橫梁導(dǎo)軌3左右移動，移動就位后，鎖緊絲杠的調(diào)整。如果鋼瓶的直徑大小有需要調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)可調(diào)行程氣缸2的行程（氣缸尾部有調(diào)整螺母），實(shí)現(xiàn)循跡調(diào)整機(jī)構(gòu)的上下行程調(diào)節(jié)。

當(dāng)焊縫位置需要調(diào)節(jié)，鋼瓶直徑也需要調(diào)解時，按照1，2進(jìn)行操作即可。

機(jī)械跟蹤部件調(diào)整精度要求如下：（1）左右調(diào)整精度要求：通過手輪調(diào)整+鎖緊偏差控制±1mm,循跡自動調(diào)整偏差（焊槍相對循跡輪）控制±0.5mm；（2）上下調(diào)整：通過氣缸調(diào)整+鎖緊偏差控制±5mm，焊槍手輪調(diào)整+鎖緊偏差控制±1mm；（3）前后調(diào)整：通過焊槍懸臂所附滑道調(diào)整+鎖緊偏差控制±5mm，焊槍前后調(diào)整偏差控制±2mm。

5 結(jié)語

該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；且投入成本較低、焊接人員的勞動強(qiáng)度低、焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)，適合中小型企業(yè)筒體環(huán)焊縫焊接機(jī)動化改造。