MZHF-||型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)

卞金玉

（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南新鄉(xiāng)453003）

MZHF-||型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)

卞金玉

（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南新鄉(xiāng)453003）

介紹了MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫縫焊接機(jī)的系統(tǒng)組成和控制電路。該焊接機(jī)通過多家企業(yè)使用，質(zhì)量可靠，焊縫成形美觀，焊接效率大幅度提高，是一種較成熟的大型儲(chǔ)罐焊接設(shè)備，具有較好的應(yīng)用前景。

橫縫焊接；埋弧焊；邏輯控制

0 前言

從目前我國(guó)石油及化工企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)看，今后儲(chǔ)罐的發(fā)展將向大容積、國(guó)產(chǎn)化、自動(dòng)化（其中包括大型儲(chǔ)罐的自動(dòng)化焊接）方向發(fā)展。在大型儲(chǔ)罐建設(shè)方面，盡管我們不斷學(xué)習(xí)外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)具體情況，創(chuàng)造了各種大型儲(chǔ)罐的施工方法，但總的來看，目前我國(guó)的儲(chǔ)罐建設(shè)不論是儲(chǔ)罐的容積、數(shù)量還是生產(chǎn)自動(dòng)化水平，均處于起步的初級(jí)階段，對(duì)大型儲(chǔ)罐的自動(dòng)化焊接技術(shù)的研究還任重而道遠(yuǎn)。MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫縫焊接機(jī)在以往的基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、焊劑回收系統(tǒng)以及機(jī)械部分等系統(tǒng)進(jìn)行了大量的改進(jìn)，其性能更加穩(wěn)定，功能更加完善，焊接質(zhì)量和焊接效率都得到很大提高[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫縫焊接機(jī)（以下簡(jiǎn)稱橫焊機(jī)）主要由系統(tǒng)控制箱、焊接電源和埋弧焊接機(jī)頭、焊劑托持裝置和循環(huán)回收系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)以及其他配套設(shè)備組成。其系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1除了配電箱和焊接電源外，均安裝于機(jī)架的相應(yīng)部位。機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)矩形管或方管，經(jīng)焊接制成高剛性穩(wěn)定（長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)）的上架和下架，上架和下架的連接由四根可插入的方管立柱組成，根據(jù)立柱插入的多少調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)架的高度，并由高強(qiáng)度定位柱銷、立柱連接緊固裝置連接。此設(shè)計(jì)保證了機(jī)架的整體剛度和強(qiáng)度，使整個(gè)系統(tǒng)堅(jiān)固穩(wěn)定，同時(shí)通過調(diào)整伸縮裝置滿足不同高度的焊接，當(dāng)裝置調(diào)至最小時(shí)，整機(jī)高度只有1 700 mm，方便了運(yùn)輸。圖2為橫焊機(jī)在試驗(yàn)架上調(diào)試完畢、等待運(yùn)行時(shí)的照片。

在橫焊機(jī)上，裝有拋光機(jī)、射燈、卷?yè)P(yáng)機(jī)以及其他配套設(shè)備。拋光機(jī)在焊槍前面拋光焊面，和焊接同步進(jìn)行；射燈有利于夜晚作業(yè)；卷?yè)P(yáng)機(jī)可以幫助操作人員將焊劑、焊料等重物提升到橫焊機(jī)上。這些設(shè)備的加入完善了整機(jī)系統(tǒng)，使系統(tǒng)比過去更加人性化，方便了現(xiàn)場(chǎng)施工，提高了工作效率。

2 電氣主控系統(tǒng)

MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)主控系統(tǒng)電氣原理如圖3所示。

從安全角度考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)拋棄了以往的電源直接接入方法，加入隔離變壓器，有效保證了處于操作架內(nèi)的工作人員的安全。在控制盒設(shè)計(jì)時(shí)，采用人性化的設(shè)計(jì)理念，采用數(shù)字顯示和兩類面板控制：人機(jī)界面（觸摸屏GTO-40）面板和硬開關(guān)操作面板。觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，硬開關(guān)進(jìn)行功能性操作。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮操作人員的視角角度、操作角度以及操作習(xí)慣，將系統(tǒng)功能和邏輯控制重新整合、合理調(diào)配，操作時(shí)比其他機(jī)型更加簡(jiǎn)單、直觀和人性化，避免了因操作忙亂和繁瑣導(dǎo)致的焊接失敗，提高了焊接質(zhì)量和焊接效率。

3 焊接系統(tǒng)

大型儲(chǔ)罐焊接是高空、行進(jìn)型作業(yè)，設(shè)備更換和人員調(diào)動(dòng)都比較困難，這就要求焊接電源要具有自動(dòng)焊、手工焊和碳弧氣刨等多種功能，要能夠做到一機(jī)多用。配套的DC-1000晶閘管多用途直流弧焊電源具有“恒電壓”和“恒電流”兩種可調(diào)特性，既可以作為埋弧焊焊接電源使用，又可以作為焊條電弧焊和碳弧氣刨使用。操作人員只需按轉(zhuǎn)換開關(guān)，即可選擇自己需要的功能進(jìn)行工作，避免了系統(tǒng)在高處工作時(shí)更換設(shè)備的麻煩。這樣，既節(jié)約了成本，又方便了操作人員，提高了工作效率[2]。

MZS-Ⅲ自動(dòng)埋弧送絲機(jī)是MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，該送絲機(jī)與DC-1000直流弧焊電源配合使用，也可在“恒電壓”或“恒電流”特性模式下進(jìn)行選擇操作。MZS-Ⅱ送絲機(jī)的引弧模式設(shè)置為“反抽引弧”，另外根據(jù)使用需要也可設(shè)定為“滑擦引弧”模式，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工作環(huán)境進(jìn)行選擇。焊接系統(tǒng)程序控制流程如圖4所示。

在此將系統(tǒng)的行進(jìn)功能歸并到啟動(dòng)系統(tǒng)之內(nèi)，這樣，行進(jìn)系統(tǒng)既可單獨(dú)操作，也可歸入到焊接邏輯控制之內(nèi)，使得焊接和行進(jìn)同步進(jìn)行，簡(jiǎn)化了操作步驟；“滑擦引弧”不僅可以用在準(zhǔn)備完善的焊接啟動(dòng)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了意外的“斷弧”（如停電、波動(dòng)等），無需清理焊劑，清除焊渣，直接按動(dòng)“啟動(dòng)”按鍵，系統(tǒng)即可引弧焊接；按動(dòng)“停止”按鍵后，系統(tǒng)停止行進(jìn)，同時(shí)送絲停止，但焊接電源仍然開通，焊絲仍在熔化。隨著焊絲的熔化，弧壓越來越高，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定電壓（55～58 V）時(shí)，邏輯電路控制焊接電源斷電，這樣就完成了“填弧坑”功能，一個(gè)焊接周期結(jié)束。

4 行進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

儲(chǔ)罐橫焊機(jī)工作時(shí)不同于地面工件的焊接，行進(jìn)平穩(wěn)性要求較高，所以要求系統(tǒng)啟動(dòng)沖擊力小，調(diào)速均勻。在此采用交流變頻調(diào)速雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)設(shè)備的行進(jìn)。變頻電機(jī)選用德國(guó)SEW公司生產(chǎn)的FA47/GDM71D4電機(jī)，變頻器選用三菱公司生產(chǎn)的大功率FR-S-520SE變頻器。采用雙驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)：前后兩個(gè)獨(dú)立的行走輪均有驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：交流變頻電機(jī)的機(jī)械特性相對(duì)于直流伺服電機(jī)來講偏軟，兩個(gè)電機(jī)的同步控制精度較低，雙電機(jī)同步控制較容易實(shí)現(xiàn)。電機(jī)與行走輪軸間的傳動(dòng)采用平行軸斜齒減速器，該套系統(tǒng)無級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)精度高，平穩(wěn)度好，行走速度為0～2 900 mm/min，該焊接機(jī)最小焊接直徑可達(dá)φ4 500 mm。其電氣控制原理如圖3所示。

5 焊劑循環(huán)系統(tǒng)

焊劑循環(huán)系統(tǒng)主要由焊劑托承裝置、焊劑料倉(cāng)（分為負(fù)壓倉(cāng)和常壓倉(cāng)）、焊劑進(jìn)出口、焊劑供給和回收軟管、真空風(fēng)機(jī)（1 400 W）、翻板裝置以及焊劑濾網(wǎng)等組成。焊劑托承裝置由表面壓花的滾輪（兩個(gè)）、焊劑托承帶和調(diào)整機(jī)構(gòu)組成，焊劑托承帶由特殊的石棉制成，耐高溫。托承裝置上下、左右、前后可調(diào)，托承帶緊貼罐壁，其與罐壁的夾角約60°。系統(tǒng)工作時(shí)，打開焊劑供給閥門（流量可調(diào)），焊劑依靠重力輸送到焊劑托舉裝置，覆蓋焊接區(qū)的焊道，保護(hù)焊接順利進(jìn)行。同時(shí)，真空風(fēng)機(jī)在負(fù)壓倉(cāng)內(nèi)形成負(fù)壓，通過回收軟管，將多余的焊劑吸入到料倉(cāng)內(nèi)，完成焊劑的工作循環(huán)。

該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)拋棄了以往常用的負(fù)壓吸收式和直射式設(shè)計(jì)，而采用負(fù)壓和常壓“雙箱分離式”設(shè)計(jì)，將焊劑料倉(cāng)設(shè)計(jì)成兩個(gè)：一個(gè)是負(fù)壓倉(cāng)，負(fù)責(zé)吸收焊劑；一個(gè)是常壓倉(cāng)，負(fù)責(zé)輸送焊劑。兩箱由翻板裝置連接，不定時(shí)由負(fù)壓倉(cāng)給常壓倉(cāng)輸送焊劑。其基本結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)只要位于焊接位置的上方即可順利工作，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，焊劑輸送順暢，回收完全，利用率高，明顯優(yōu)于原有的焊劑循環(huán)系統(tǒng)。

6 焊接工藝

MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)適應(yīng)焊接鋼板幅面為1 700～3 600 mm，焊接罐體最小直徑為4 500 mm，罐體壁厚大于18 mm。MZS-Ⅲ送絲機(jī)可選擇的焊絲有φ3.2 mm、φ4.0 mm、φ5.0 mm等多種型號(hào)，對(duì)于Q235鋼，可選用H08A或H08MaA焊絲，焊劑可選用SJ101埋弧焊焊劑。操作人員可根據(jù)施工的需要進(jìn)行選擇[3]。

儲(chǔ)罐橫焊采用多層多道焊接方法，焊接時(shí)需對(duì)母材開單邊V型45°的坡口，坡口狀如圖6所示。第一層采用手弧焊從內(nèi)打底，外側(cè)稍加清理即可使用埋弧焊進(jìn)行焊接，其焊接層次分布示意如圖7所示。焊接工藝參數(shù)如表1所示（以φ3.2 mm焊絲為例）。

7 結(jié)論[4]

使用MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)焊接的焊縫，外觀無咬邊、下垂、流掛等缺陷，符合GB150-1998國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。采用X光探傷，按照J(rèn)B4730-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，75%達(dá)到Ⅰ級(jí)片標(biāo)準(zhǔn)，其他均達(dá)到Ⅱ級(jí)片標(biāo)準(zhǔn)。尤其是接頭部分，因其獨(dú)特的收弧功能，接頭平整美觀，焊接質(zhì)量可靠。MZHF-Ⅱ型埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)自投入市場(chǎng)以來，得到了用戶的一致好評(píng)，是進(jìn)行大型儲(chǔ)罐橫縫焊接的一種較好的焊接設(shè)備。

[1]楊立軍.材料連接設(shè)備及工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]劉志遠(yuǎn).先進(jìn)連接方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]張 強(qiáng)，劉 軍，付春宇.大型儲(chǔ)罐環(huán)縫自動(dòng)焊接單面焊雙面成型施工方法的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè)，2008（4）：26-29.

[4]上海市焊接協(xié)會(huì).現(xiàn)代焊接生產(chǎn)手冊(cè)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

Study on MZHF-Ⅱmodel automatic submerged-arc transverse welding machine

BIAN Jin-yu
（He’nan Mechanical and Electric Engineering College，Xinxiang 453003，China）

The systematic composition and control circuit of MZHF-Ⅱ model automatic submerged-arc transverse welding machine is introduced in this paper.Used by many companies,this machine is proved to be of dependable quality,attractive appearance,and highly-improved welding efficiency.This efficient large storage tank welding machine seems to have a prosperous application.

transverse seam welding；submerged-arc welding；logic control

TG434

：B

：1001-2303（2014）02-0048-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.10

2013-08-18

卞金玉（1975—），男，河南原陽(yáng)人，工程師，實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，主要從事焊接設(shè)備的研究和設(shè)計(jì)工作。