小車(chē)帶極堆焊機(jī)的研制與應(yīng)用

顏志華 閆明洋

(二重(鎮(zhèn)江)重型裝備有限責(zé)任公司，江蘇212000)

壓力容器是一種能夠承受高壓的密閉容器，主要材質(zhì)為低合金鋼，其主要制造流程見(jiàn)圖1。

圖1 壓力容器制造流程Figure 1 Pressure vessel manufacturing process

壓力容器主要應(yīng)用在石油化工與煤化工領(lǐng)域，用于傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)等工藝過(guò)程，以及貯存、運(yùn)輸有壓力的氣體或液化氣體。為了避免壓力容器內(nèi)壁遭受介質(zhì)腐蝕或其他損傷，需在其內(nèi)壁表面堆焊金屬包層(堆焊層)。堆焊層一般為兩層，第一層為過(guò)渡層，第二層為復(fù)層。常用的工藝方法為通過(guò)焊接方式(如帶極堆焊)將耐腐蝕的奧氏體不銹鋼堆焊在筒節(jié)內(nèi)壁。目前行業(yè)內(nèi)常用的堆焊設(shè)備主要為操作架帶極堆焊機(jī)或氣保焊機(jī)。操作架帶極堆焊機(jī)由底座、立柱、橫梁構(gòu)成，堆焊機(jī)頭安裝在橫梁末端，堆焊時(shí)將橫梁伸至筒節(jié)內(nèi)部，機(jī)頭到達(dá)堆焊部位后相對(duì)靜止，機(jī)頭連續(xù)輸送焊帶配合滾輪架帶動(dòng)筒節(jié)連續(xù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行堆焊，堆焊完一圈后，橫梁以一定的速度移動(dòng)換道，如此周而復(fù)始直至堆焊完整個(gè)筒節(jié)內(nèi)壁。操作架帶極堆焊機(jī)見(jiàn)圖2。

圖2 操作架帶極堆焊機(jī)Figure 2 Surfacing welding machinewith strip electrode on operate rack

目前市面上常用的操作架帶極堆焊機(jī)橫梁有效行程最大為8 m，筒節(jié)組焊后，堆焊部位(主要是補(bǔ)堆)距離筒節(jié)端面長(zhǎng)度超過(guò)8 m時(shí)，機(jī)頭不能到達(dá)堆焊部位，操作架帶極堆焊機(jī)無(wú)法完成內(nèi)部堆焊作業(yè)。如果使用氣保焊進(jìn)行堆焊，受焊絲絲徑限制(一般為1.6 mm)，堆焊效率非常低下，且電弧和粉塵對(duì)焊工的健康影響極大。為此，結(jié)合工況條件及工藝需求，研制了一種能夠進(jìn)入筒節(jié)內(nèi)部并且能自主行走的小車(chē)帶極堆焊機(jī)。

1 技術(shù)方案的確定

1.1 小車(chē)的選型與改造

選用小車(chē)的目的是通過(guò)小車(chē)自由進(jìn)出壓力容器筒節(jié)，解決帶極堆焊機(jī)橫臂行程不夠的問(wèn)題。小車(chē)的選配需滿足體積小、重量輕、行走穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，且具備一定的負(fù)重能力等基本條件。

本項(xiàng)目選用的小車(chē)重量輕，行走穩(wěn)定，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

該小車(chē)行走無(wú)調(diào)速控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)小車(chē)調(diào)速、啟停及正反向行走功能，為小車(chē)配置了直流電機(jī)調(diào)速器，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，具備效率高并有先進(jìn)的短路保護(hù)功能。加裝正反轉(zhuǎn)三檔開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)啟停及正、反向行走功能。小車(chē)底座上安裝左右調(diào)節(jié)滑板，調(diào)節(jié)行程為100 mm，通過(guò)該滑板進(jìn)行左右微調(diào)，確保焊道的無(wú)縫銜接。左右調(diào)節(jié)滑板上安裝立柱，并在立柱上安裝兩根橫梁，橫梁上安裝機(jī)頭等其他部件。小車(chē)帶極堆焊機(jī)見(jiàn)圖3。

表1 小車(chē)技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of trolley

1—控制器 2—焊劑漏斗 3—焊帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4—A6 VEC送帶機(jī)及焊頭 5—小車(chē)行走調(diào)速器6—磁控箱 7—焊帶盤(pán) 8—小車(chē)圖3 小車(chē)帶極堆焊機(jī)(未安裝焊接電源)Figure 3 Surfacing welding machine with strip electrodeon trolley (welding power supply not installed)

1.2 機(jī)頭的設(shè)計(jì)與選型

小車(chē)帶極機(jī)頭安裝在橫梁前端，由升降滑板、送帶機(jī)及帶極堆焊焊頭構(gòu)成。升降滑板用于調(diào)節(jié)焊頭的升降，調(diào)節(jié)行程為100 mm。送帶機(jī)選用電機(jī)帶減速機(jī)，最大輸出扭矩為40 N·m。焊頭選用帶極堆焊焊頭，該焊頭適用于30 mm、60 mm、90 mm寬焊帶，送帶性能穩(wěn)定、可靠。

1.3 關(guān)鍵配件的設(shè)計(jì)與安裝

帶極堆焊機(jī)的關(guān)鍵配件主要包括焊帶盤(pán)、磁控箱、焊劑漏斗、磁控頭等。為確保小車(chē)配重科學(xué)，行走平穩(wěn)，設(shè)計(jì)時(shí)將焊帶盤(pán)與磁控箱分別安裝在一根橫梁的兩端，既保證了焊帶存放位置，為磁控頭提供了電源，同時(shí)也可以作為小車(chē)帶極機(jī)頭的配重，避免小車(chē)傾翻。

焊劑漏斗安裝在另一根橫梁上，焊劑漏斗選型規(guī)格為10 L，漏斗下方連接下焊劑管，下焊劑管將焊劑引流到焊頭上。磁控頭安裝在焊頭支架上，用于消除焊道咬邊以及獲得良好的焊縫成型。

1.4 焊帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于焊帶盤(pán)輸出位置與焊頭輸入處空間角度發(fā)生了改變(約90°)，為了減小焊帶輸送阻力，確保焊帶輸送順暢，設(shè)計(jì)時(shí)在立柱頂部安裝了一套焊帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)末端安裝兩個(gè)平行尼龍刷，尼龍刷相對(duì)于水平方向上揚(yáng)一定角度，引導(dǎo)焊帶空間轉(zhuǎn)角。焊帶導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既能夠減小焊帶輸送阻力，同時(shí)將焊帶進(jìn)行了架空支撐，避免焊帶在輸送過(guò)程中短路打火，確保焊接過(guò)程的安全性。

1.5 焊接控制器及焊接電源選型

焊接過(guò)程控制選用焊接控制器，焊接電源選用直流焊接電源?？刂破骱秃附与娫赐ㄟ^(guò)控制電纜連接，采用通訊總線系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)控制器控制馬達(dá)，并采用脈沖編碼器進(jìn)行速度反饋。通過(guò)焊接控制器前面板的調(diào)整和監(jiān)控，也便于在焊前或焊接過(guò)程中調(diào)整焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接精準(zhǔn)控制，確保焊接電源輸出參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成型良好。控制器與焊接電源主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

表2 焊接控制器主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of welding controller

表3 焊接電源主要技術(shù)參數(shù)Table 3 Main technical parameters of welding power supply

2 工藝參數(shù)及操作控制

焊接設(shè)備的工藝參數(shù)主要包括：焊接電壓、焊接電流、焊接速度(筒節(jié)旋轉(zhuǎn)的線性速度)、小車(chē)行走速度等。

為確保焊接質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)時(shí)焊接電壓、電流及焊接速度完全采用焊接工藝參數(shù)。小車(chē)進(jìn)入筒節(jié)內(nèi)部后，調(diào)整小車(chē)與焊道平行，焊接速度確定后(保持不變)，調(diào)節(jié)小車(chē)行走速度，使得小車(chē)速度與焊接速度一致，方向相反。具體控制方法為：從筒節(jié)相對(duì)靜止處引入一個(gè)紅外線照射點(diǎn)作為起焊點(diǎn)，調(diào)節(jié)機(jī)頭升降滑板以及焊帶，待焊頭導(dǎo)電夾伸出的焊帶緊貼筒節(jié)內(nèi)壁時(shí)，調(diào)節(jié)小車(chē)行走速度，當(dāng)焊帶與紅外線照射點(diǎn)在豎直方向完全重合時(shí)，表明小車(chē)速度與焊接速度已經(jīng)匹配完成，之后即可起弧進(jìn)行堆焊作業(yè)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，多臺(tái)大型壓力容器筒節(jié)使用小車(chē)帶極堆焊機(jī)完成了內(nèi)壁堆焊，焊縫成形良好(如圖4所示)，無(wú)損檢測(cè)合格，焊接質(zhì)量均滿足工藝要求，相較于使用氣保焊堆焊作業(yè)，生產(chǎn)效率提高2.5倍，大大縮短了產(chǎn)品制造周期。

圖4 焊縫成形外觀圖Figure 4 Weld forming appearance drawing

4 結(jié)語(yǔ)

小車(chē)帶極堆焊機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，便于轉(zhuǎn)運(yùn)，操作簡(jiǎn)便，堆焊效率高，焊縫成形好，焊接質(zhì)量滿足工藝要求，設(shè)備的投入使用有效解決了操作架帶極堆焊機(jī)行程有限，以及使用氣保焊機(jī)堆焊效率低的難題。