新型懸掛式管板焊機機頭研制

李敏

（武漢星光石油化工設備有限公司)

新型懸掛式管板焊機機頭研制

李敏*

（武漢星光石油化工設備有限公司)

懸掛式管板焊機在大直徑換熱器的制造和維修上具有很大優勢，但目前國產懸掛式焊機技術與國外相比還有一定差距。為解決焊機機頭懸掛使用條件下焊槍精確定位與調整、機頭輕量化等技術難題，開發了一種新型懸掛式管板焊機。該焊機采用脹管器脹管定位方式以及新型的焊槍軸向、徑向調整結構，具有結構緊湊、功能完善、工作可靠和焊接質量好等特點。該焊機機頭已經產品化并規范應用。

懸掛式管板焊機 機頭 脹管定位 焊槍微調 焊接

0 前言

全位置自動管板氬弧焊機是用于換熱器中換熱管與管板的接頭焊接的專用焊機，它能有效保證管子與管板的焊接質量，提高焊接效率，大大減輕工人的勞動強度[1-3]。全位置自動管板焊機按焊機機頭固定形式可以分為機架式和懸掛式，其中機架式管板焊機的機頭固定于小車上，小車可沿機架導軌移動。由于機架大小以及導軌行程的限制，機架式管板焊機適用于直徑2 m左右的中小型換熱器。當需要焊接大直徑換熱器時，需要將機架式管板焊機整機放置于升降臺，不便于操作。而懸掛式管板焊機則是用鋼絲繩將機頭懸掛于平衡器上，平衡器可以懸掛于支架上，也可以懸掛于插入頂端換熱管的鋼筋上，在制造和維修大型換熱器上有很大的優勢。目前，國產機架式管板焊機已經比較成熟，而懸掛式管板焊機技術與國外相比還有一定差距，急需解決機頭懸掛使用條件下焊槍精確定位與調整、機頭輕量化等技術難題。

為此，本文在武漢星光石油化工設備有限公司龍門式WZM1-315C全自動管板焊機的基礎上，開發了一種新型的懸掛式管板焊機機頭。

1 懸掛式機頭開發難點

通常，懸掛式自動管板焊機的機頭只是簡單地在機架式管板焊機機頭上增加了吊耳，采用這種方式減少了開發時間和費用，并且配件通用，但同時也存在如下問題[4-5]。

（1）焊機定位

懸掛式自動管板氬弧焊機焊接時，焊槍需要與被焊換熱管成一定夾角并繞其旋轉，以完成360°環形焊縫的焊接。因此，需要有一種快速定位裝置能迅速將機頭與被焊管件同心定位并保持到焊接完成。

如圖1所示，管板自動焊機的定位一般由定位軸頭與換熱管管孔相配合而實現，定位軸頭與換熱管內孔間隙僅僅0.2～0.3 mm。對于懸掛式焊機來說，機頭僅憑吊耳支撐，不好保持平衡，定位軸很難快速伸入管孔定位，操作效率較低。

圖1 常用管板自動焊機定位方式

完成機頭與被焊管的同心定位后，需要將焊槍與被焊管軸向定位。以往采用三爪卡盤的定位方式，需要操作工手持機頭手柄對機頭施加軸向推力，由三爪與管板接觸定位，并且在焊接時保持。這種方式顯然加大了操作工的工作強度，并且一旦焊接時操作工施加的推力變化了，焊接質量就不能保證。

（2）焊槍微調

機頭和管板及管孔定位完成后，需要微調焊槍的位置和角度以適應被焊區域。其中，焊槍偏角可在焊接啟動前完成，而焊槍與被焊管的軸向距離則可能在焊接時調節，即焊槍旋轉時調節。此時如在機頭前端調節，由于三爪卡盤的三爪限制，操作非常不便并容易傷手。

2 新型懸掛式管板焊機機頭

針對上述問題，本文研究開發了一系列新型結構，解決了焊槍精確定位與調整、機頭輕量化等難題。

2.1 快速定位裝置

考慮到定位裝置應能快速與管孔同心，并能固定，本文采用了脹管器脹接管孔的定位方式，所設計的結構如圖2所示。其中，脹管器外徑小于換熱管內徑1 mm，能快速插入換熱管管孔，通入高壓水后，脹管器受壓內徑變大，緊密脹壓管孔，使機頭與換熱管同心且固定。

圖2 脹管器脹接管孔定位結構

焊接時，較高的焊接溫度會使被焊管件發生形變，一旦形變量過大，脹管器就無法順利脫出換熱管。為避免這種情況的發生，我們將脹管器連接于定位軸頭上，定位軸頭外徑略大于脹管器外徑，并通入循環冷卻水。焊接前，如圖3所示，將脹管器伸入被焊管內，其后的定位軸頭置于被焊環焊縫內側。焊接時，啟動開關，高壓水流通過高壓管通入脹管器內，脹管器脹接定位于換熱管；同時，循環水通過進水管及出水管在定位軸頭的空腔內循環冷卻，以降低被焊管焊接區域的溫度。

圖3 脹管器冷卻結構

本文設計的快速可靠的定位裝置，能實現焊槍準確與換熱管同心定位，確保焊槍繞換熱管旋轉施焊時焊槍與焊縫徑向距離不變，以保證焊接質量。

2.2 焊槍微調裝置

為實現焊槍位置的調整，本文設計了一種管板氬弧焊機焊槍快速調節裝置。如圖4所示，焊槍微調裝置包括焊槍1、軸向調節軸3、徑向調節裝置2。徑向調節裝置2裝有徑向滑塊6、徑向螺桿7和徑向導軌11。徑向螺桿7與徑向滑塊6滑動配合，徑向螺桿7的頂端設置有帶動徑向螺桿旋轉的徑向調節旋鈕9。

圖4 管板氬弧焊機焊槍快速調節裝置

其中，軸向調節軸3與焊機主軸同心，且可通過安裝于機頭后部的調節螺母調節軸向位移，而徑向調節裝置2通過螺母4收緊固定于軸向調節軸3上。調整時，焊槍1固定在徑向滑塊6上，并可繞轉動銷10旋轉，改變焊槍1相對于焊機主軸3的夾角。徑向滑塊6與徑向螺桿7構成滑動螺旋副，調節徑向調節旋鈕9帶動徑向螺桿7旋轉，使徑向滑塊6沿徑向導軌11上下移動，實現焊槍1相對于焊機主軸的徑向移動。

上述結構緊湊可靠，可以方便地實現調整，方便地實現焊槍的快速精確調整。

2.3 總體結構優化與制造

本文采用上述技術對武漢星光石油化工設備有限公司研制并成熟批量生產和應用的龍門式WZM1-315C全自動管板焊機機頭進行了改造，在結構上實現了進一步小型化和輕量化，操作更加宜人化。研制的新型懸掛式管板焊機機頭如圖5所示。

圖5 新型懸掛式管板焊機機頭

3 應用效果

本文研制的新型懸掛式管板焊機機頭可以實現焊機與被焊管件的快速定位，能實現焊槍準確地與被焊管件同心定位，確保焊槍繞被焊管件旋轉焊接時焊槍與被焊管件徑向距離不變，以保證焊接質量。另外，該焊機機頭結構緊湊，重量輕，調整使用方便。目前，該產品已在撫順化工機械設備制造有限公司、中國電工設備總公司等多家企業得到了成功的應用。

[1]喬俊杰.自動焊接裝備在重型壓力容器行業的應用現狀與發展趨勢 [J].現代焊接，2008（1）.

[2]賈鴻謨.手工鎢極氬弧焊接法 [M].太原：山西人民出版社，1980.

[3]雷毅，孟兆貴.全位置管-板TIG焊機伺服系統的單片機控制 [J].山東機械 ，1999(2）：10-12.

[4]張賢安，都躍良，董衛華.新型單柱式管-板全自動氬弧焊機的研制 [J].焊接技術 ,2003(2）：39-40.

[5]王濤.管子-管板程控TIG環縫焊工藝及設備 [J].焊接技術，2005（5）：47-48.

Development of Hanging Tube-sheet Welder Head

Li Min

The hanging tube-sheet welder has great advantages in fabrication and repair for big diameter heat exchangers.But there is a certain gap between domestic welders and abroad welders.To solve the problems of precise positioning and adjusting of welding torch under hanging conditions and head lightweight,developed a new type of hanging tube-sheet welder.The welder is located by hydraulic pipe expander,and it has the new structure of axis and radial adjusting for welding torch.The welder is compact,perfect in functions and reliable,with good quality of welding.The welder head has already been industrialized and applied standardized.

Hanging tube-sheet welding machine;Machine head;Expanding positioning;Adjusting of welding torch;Welding

TQ 050.5

2012-04-11）

*李敏，女，1979年生，碩士，工程師。武漢市，430090。