一種新型焊接設(shè)備在壓力鋼管制作中的運(yùn)用

摘要：在壓力鋼管制作過程中，焊接設(shè)備關(guān)系到鋼管制作的質(zhì)量與成本，自動(dòng)式回旋焊接中心替代傳統(tǒng)的手工焊接從事環(huán)縫和縱縫焊接，大大降低了生產(chǎn)成本，起到了高效能、低污染且質(zhì)量穩(wěn)定的效果，其焊接設(shè)備和焊接方法的使用和推廣使壓力鋼管制作水平有了明顯的提升。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)式回旋焊接中心；壓力鋼管；新型焊接設(shè)備；環(huán)縫焊接；縱縫焊接 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG43 文章編號(hào)：1009-2374（2015）16-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.016

本文以某水電站所采用的Q345R和WDB620材質(zhì)的壓力鋼管為例，通過施工前期的調(diào)研以及在實(shí)際施工中和手工焊接的參數(shù)對(duì)比分析，探討自動(dòng)式回轉(zhuǎn)焊接中心焊接技術(shù)在壓力鋼管制作中的運(yùn)用問題。

1 工程應(yīng)用概況及壓力鋼管的制作特點(diǎn)

1.1 某水電站概況

該水電站的裝機(jī)容量為86.7MW，最高蓄水位為820m，最低蓄水位為790m，有效庫(kù)容為1.32億m?，其引水系統(tǒng)主要由調(diào)壓井、明管、低壓隧洞以及高壓鋼管隧洞組成。

1.2 壓力鋼管的制作特點(diǎn)分析

該水電站所采用的壓力鋼管主要經(jīng)過下料、坡口、卷材、焊接和防腐等工序制作而成，其內(nèi)徑為200cm。該工程采用的壓力鋼管原材料為14～40mm等不同板厚的鋼板，主要分為明管段和埋管段。明管段的總長(zhǎng)為2234m，板厚為14～38mm；洞內(nèi)鋼管分別由上平段、豎井段以及下平段組成，總長(zhǎng)度為1957m，板壁厚度為14～40mm。另外，該工程所采用的壓力鋼管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度為2.5m，鋼管出廠前在工廠內(nèi)拼裝成為2節(jié)一組，即長(zhǎng)度為5m的鋼管，明管段的鋼管可以根據(jù)不同情況進(jìn)行拼裝，所采用的壓力鋼管共有1768節(jié)。

2 制作工藝的選擇及前期市場(chǎng)調(diào)研

2.1 施工工藝的選擇

該工程作為一項(xiàng)國(guó)際性工程，其壓力鋼管制作工期為720個(gè)工作日，具有工期緊、任務(wù)重、質(zhì)量要求較高的特點(diǎn)。由于施工現(xiàn)場(chǎng)包含明管段、豎井段以及暗管段等眾多現(xiàn)場(chǎng)工作面，為保證各個(gè)工作面的同時(shí)施工，勢(shì)必造成高水平的焊接技術(shù)人員分散，急需一套可行的制作工藝以便提升工程施工效率，達(dá)到降低施工成本的

目的。

作為壓力鋼管制作的重要工序，縱縫和環(huán)縫的焊接工作效率對(duì)壓力鋼管制作的整體施工進(jìn)度有著重要的影響，但是當(dāng)前大多數(shù)水電施工單位所采用的手工焊接工藝不能滿足施工進(jìn)度的要求，會(huì)對(duì)后續(xù)施工進(jìn)度產(chǎn)生不良的影響，所以決定采用新型焊接設(shè)備——回旋式焊接操作中心進(jìn)行壓力鋼管道的制作。

2.2 市場(chǎng)調(diào)研

在該工程的前期籌備工作中，籌備人員走訪了行業(yè)內(nèi)其他單位的施工現(xiàn)場(chǎng)，了解到濟(jì)南某科技有限公司在多年的對(duì)焊接工藝和焊接方法的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，通過與國(guó)內(nèi)外焊接協(xié)會(huì)的交流合作，改進(jìn)出了一種新型的回旋式焊接操作中心設(shè)備，并已在國(guó)內(nèi)外的大型船廠投入使用。經(jīng)過與該工程的壓力鋼管制作要求對(duì)比分析，并在對(duì)其焊接試件的外形檢查及超聲波探傷檢測(cè)基礎(chǔ)上，認(rèn)定其設(shè)備和方法滿足該工程使用要求。

3 自動(dòng)式回旋焊接中心在壓力鋼管制作中的應(yīng)用

3.1 回旋式焊接中心工作原理

自動(dòng)式回旋焊接中心是由自動(dòng)焊機(jī)和一組滾輪架外加一臺(tái)焊接設(shè)備和送絲小車共同組成的，其鋼管放置在滾輪架之上并在滾輪架的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行環(huán)縫的焊接，或者在滾輪架固定不動(dòng)的情況下，通過伸縮臂的伸縮作用進(jìn)行縱縫的焊接處理，其主要是采用埋弧焊的焊接方式，并可以通過滾輪架和伸縮臂的變頻調(diào)速，使鋼管在速度穩(wěn)定的情況下不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，對(duì)焊接點(diǎn)起到了相對(duì)的穩(wěn)定作用。

3.2 各部件組成及功能

3.2.1 伸縮臂：伸縮臂上安裝有相應(yīng)的齒條，通過安裝在滑座上的齒輪帶動(dòng)伸縮臂在滑座上左右伸縮。

3.2.2 拖鏈：拖鏈的主要作用是對(duì)操作機(jī)控制箱和焊接電源機(jī)頭位置的電纜進(jìn)行約束處理，使線纜不致外露，并實(shí)現(xiàn)安全可靠和外形美觀的效果。

3.2.3 立柱：立柱安裝在回旋支撐上，并可以進(jìn)行180°的正反旋轉(zhuǎn)，其主要作用是在提升機(jī)構(gòu)的作用下帶動(dòng)滑座和伸縮臂的上下升降。

3.2.4 滑座：滑座是完成伸縮臂和伸縮臂上下升降的主要部件。

3.2.5 伸縮臂提升減速機(jī)：伸縮臂提升減速機(jī)是指雙極蝸輪蝸桿減速機(jī)，其具有較大的輸出扭矩并具有良好的自鎖性，主要作用是保證伸縮臂系統(tǒng)的升降穩(wěn)定性。

3.2.6 安全爪：安全爪的主要作用是在突發(fā)情況下（比如鏈條斷裂時(shí)）可以迅速翻起并緊扣在立柱圓孔中，從而防止伸縮臂的下落，起到對(duì)人員的安全保護(hù)作用。

3.2.7 鏈條：伸縮臂的升降主要是依靠鏈條的拉動(dòng)作用來實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行鏈條的選擇時(shí)應(yīng)采用承載能力較高的優(yōu)質(zhì)鏈條。

通過以上對(duì)于自動(dòng)式回旋焊接中心各部件組成和功能之間的分析，可以看出焊接中心是通過伸縮臂運(yùn)動(dòng)從而進(jìn)行縱縫環(huán)縫焊接的，其具有速度穩(wěn)定、無滑動(dòng)、不易受外力影響等優(yōu)點(diǎn)，只需要調(diào)整好適當(dāng)?shù)慕嵌染湍軐?shí)現(xiàn)自動(dòng)式焊接。另外，在焊接設(shè)備的前部安裝有紅外攝像頭在焊接過程中通過紅外線對(duì)焊縫的對(duì)準(zhǔn)作用，引導(dǎo)焊頭始終位于正常焊道內(nèi)，并對(duì)存在的偏差運(yùn)用手操器進(jìn)行控制。在進(jìn)行焊接的過程中，焊接的自動(dòng)化程度相對(duì)較高，只需要一位熟練的操作人員和焊劑清理工人即可，不需要專業(yè)水平的焊接技術(shù)人員，所以其依賴性相對(duì)較小，并且有利于焊接成本的降低。

3.3 自動(dòng)式回旋焊接中心和手工焊的參數(shù)對(duì)比

自動(dòng)式回旋焊接中心和手工焊的參數(shù)對(duì)比如表1所示：

以上主要是在實(shí)施過程中的自動(dòng)焊和手工焊之間關(guān)于環(huán)縫焊接的基本參數(shù)對(duì)比，通過參數(shù)對(duì)比分析和工程實(shí)踐操作可以看出，在操作得當(dāng)?shù)那闆r下，咬邊、夾渣以及氣孔出現(xiàn)的情況極少，其外觀一次通過率高達(dá)99%，在進(jìn)行超聲波探身時(shí)，自動(dòng)式回旋焊接中心的通過率是95%，而手工焊接的通過率僅為75%。由此可見，自動(dòng)焊接中心的焊接設(shè)備和焊接工藝具有相當(dāng)大的優(yōu)越性。自動(dòng)焊接中心焊接工藝與設(shè)備的出現(xiàn)，很大程度上提高了鋼管制作的質(zhì)量，同時(shí)還能夠節(jié)約成本。相信隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)焊接中心焊接工藝會(huì)被不斷完善，為我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

自動(dòng)式回旋焊接中心憑借其焊接速度快、焊接外形美觀、焊道寬以及焊接質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)的大型船廠以及金屬結(jié)構(gòu)制作中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是其也有一定的缺陷，比如操作中心需要固定在相對(duì)堅(jiān)固的地基上，同時(shí)過大的設(shè)備體積也限制了其使用范圍的推廣。相信隨著施工水平和各種新型設(shè)備的研發(fā)的利用，自動(dòng)式回旋焊接中心設(shè)備及技術(shù)方法將得到更大的進(jìn)步，壓力鋼管制作水平也會(huì)得到進(jìn)一步的提升。

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作者簡(jiǎn)介：黃建生（1968-），江西省電力設(shè)備總廠工程師，研究方向：電力機(jī)械制造工藝及設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）