一種新型筒體環(huán)焊縫焊接裝置的研制

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行筒體縱焊縫焊接，再進行筒節(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動，焊槍固定于橫梁上，從而實現(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，當筒體縱焊縫轉(zhuǎn)動至與滾輪架接觸時，會導致待焊環(huán)焊縫與焊槍相對高度發(fā)生突變，相對高度的突變會導致焊接電弧的不穩(wěn)定，從而導致不規(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，在機動焊焊接過程中，焊槍不隨焊口位置實時調(diào)整，這就導致出現(xiàn)焊縫寬窄不均、熔深深淺不一的現(xiàn)象，嚴重影響焊縫質(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到適焊位置，這就要求焊工每次都需要橫向找準焊接位置，嚴重降低了生產(chǎn)效率，增大了焊工的勞動強度。

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

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，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，進一步提升焊接質(zhì)量，提高裝置的自動化程度，進而提高生產(chǎn)效率，降低焊工勞動強度，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 基本原理

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

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11啟動，氣瓶8按評定的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)；機械跟蹤器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，焊機按評定的焊接參數(shù)及焊接時間實施焊接；焊接完成時，焊機自動停止施焊，電機11自動停止轉(zhuǎn)動；頂出油缸20啟動，上升至預定高度，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)導軌滑臺油缸16帶動翻轉(zhuǎn)導軌滑臺15回縮至初始位置，焊接過程完成。

圖1 裝置總圖

4 機械跟蹤器介紹

整個機械跟蹤器懸掛于龍門橫梁1的側(cè)壁上（如圖2）。運行時，首先，鋼瓶在設(shè)備基座上準備就緒，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)整機構(gòu)沿導軌滑塊6下行，循跡輪11進入封頭與筒體形成的焊口中，循跡輪11循跡引導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，到達位置后自動開啟1#焊槍進行焊接，經(jīng)延時（具體延時時間依試驗決定），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確定。實現(xiàn)1#焊槍進行打底焊接，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運行一周的時間由試驗確定后輸入控制系統(tǒng)內(nèi)，預定動作為當循跡輪11運行制預定時間終點時（也就是循跡輪將到達焊接起始位置時），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1#焊槍運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)整機構(gòu)，鎖緊定位氣缸5放松。

圖2 機械跟蹤器

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)整機構(gòu)沿龍門橫梁導軌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），實現(xiàn)循跡調(diào)整機構(gòu)的上下行程調(diào)節(jié)。

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

機械跟蹤部件調(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、焊接人員的勞動強度低、焊接效率高等優(yōu)點，適合中小型企業(yè)筒體環(huán)焊縫焊接機動化改造。