安全高效的大中型回轉體自動焊接機

周宇淼，周元安

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 201913）

1 概述

大中型回轉體一般都由圓筒體和法蘭焊接而成，如卷揚筒、錨鉸卷筒等，體積大、重量重、板厚厚、焊縫要求高。上海振華重工長興卷筒分廠，作為國內最大的卷筒專業制造單位，生產橋吊府仰卷筒、起升卷筒、小車卷筒；卸船機起升開閉卷筒；龍門吊上下小車卷筒；海上動力定位錨鉸機卷筒；海上鋪管船鉸車、托輥等。制作過程中各類焊縫特別是圓弧形焊縫量大面廣要求高。以前都是手工焊接，質量差、返修率高、進度慢，成為生產第一瓶頸。經過我們仔細琢磨，反復論證，設計定制了焊接件回轉臺和重型焊接操作機并綜合運用埋弧自動焊技術，制成了一臺自動焊接機，解決了這些問題。如下圖1。

圖1 回轉體焊接現場

2 焊接件回轉臺

焊接件回轉臺被安裝在有吊裝轉運能力和作業空間的車間內，下沉安裝在回轉池中（焊接件回轉臺上平面與車間地面1500mm，目的是為了增加焊接件的有效高度并同時減少重型焊接操作機的有效高度，進一步增加其安全性和穩定性。回轉池直徑7200 mm，方便人員裝夾和拆除工件，并裝有防洪排澇設施及安全防護通道護蘭等）。焊接件回轉臺主要用于圓柱型和異型體零部件的直線型圓弧形焊縫的焊接裝配，通過工作臺的回轉帶動工件回轉，根據焊接WPS要求選擇相應的焊接參數，從而實現圓弧焊縫和直線焊縫的自動焊接。在生產中使用它可快速定位工件上待焊接焊縫的焊接起點和終點，兩個操作工坐在重型焊接操作機載人平臺上協同工作，大大提高了焊接效率和質量，大幅度地減少了工人勞動強度，提升勞動效率近十倍。如下圖2。

圖2 50噸回轉工作臺

（1）焊接件回轉臺主要技術參數（表1）。

表1

（2）結構及特點。焊接件回轉臺主要由板材焊接底座（經退火消除內應力處理）、電機和減速箱及聯接軸構成的回轉驅動裝置、花盤工作臺面、機械和電器組成的控制系統等組成。底座主要承載工件和工作臺的負重，地腳螺栓安裝要求較高。回轉驅動裝置主要由交流電機帶動圓弧齒蝸輪蝸桿減速箱通過輸出軸上的小齒輪與回轉支承嚙合，從而帶動與回轉支承相聯接的工作臺回轉。回轉支承（單排球式回轉支承）具有轉動平穩的特點，確保在焊接工件時不會出現工件卡阻和抖動現象。花盤工作臺為板材焊接結構件，焊后退火處理。在工作臺上加工有12條放射狀M36T型螺栓槽，工作臺上表面在熱處理以后精加工，保證整個平面的平整度，并加工了若干同心圓環型槽，便于工件對中心，便于工件裝夾定位。工作臺中間開有一個Φ650的通孔，便于有軸頭的工件裝夾，避開軸頭對工作高度的影響。工作臺的回轉具有可調速度功能，調速系統采用英國590系列直流調速裝置進行控制，該裝置具有靈活多變的功能，輸入、輸出端子可重新組態(分配)，又可作為復雜的過程控制系統中性能優良的組成模塊，并可通過手操盒上的旋鈕實現規定的焊接操作。為了確保人員和設備安全，我們在電控系統中加裝了設備系統運行狀態監測監控裝置，重點對行程、過載、斷電、欠電壓等進行保護。控制箱由速度顯示器以及低壓電器元器件等組成，安裝在焊接變位機座側面，其位置便于操作、布線及檢修；控制箱上安裝有速度調節旋鈕及回轉速度顯示，可以根據焊道直徑以及焊接工藝要求調節回轉速度。控制系統充分考慮到設備使用安全性能，翻轉、回轉電機有其中任何一只出現異常(或缺相、斷電)，控制系統會自動報警，并且無法進行翻轉或回轉工作，確保人員及設備的使用安全性。

英國590系列直流調速裝置相對于國內其它同類裝置有以下優秀控制性能指標。

（1）以最新的高速16位微處理器為控制中心，能完成一般模擬技術難以實現的復雜控制算法，工程適應性強。

（2）擴展的可控硅觸發控制電路，可獲得210°的移相控制范圍，可同時適用于功率相同的可逆及不可逆控制。轉矩（電流）反向時的無環流（零電流）時間非常短（原始設定值為1ms，可改設）。

（3）電流環能根據裝置拖動的電機及時自動調整（自優化）其調節器參數（比例、積分系數、電流斷續點）。

（4）電流環具備自適應功能，使系統在電流斷續及負載變化較大時，也能保證其穩定性及較高的精度。

（5）多種電流限幅方式（主電流限幅、正負電流限幅、di/dt限幅以及按速度的變化限幅）有效地保護了裝置與電機，提高了系統的可靠性。

（6）電源相序自動跟蹤，不受相序改變影響，給用戶帶來極大方便。

（7）調速比：優于1000：1。

（8）穩態精度：測速發電機反饋，優于0.1%。

（9）編碼器反饋，優于0.01%。

（10）電樞電壓反饋，優于2%。

（11）過載能力：200%，10s；150%，30s。

在控制箱上，我們增開有百葉窗及軸流風機，具有防塵、散熱、去濕性功能，使之在溫度-5℃～45℃之間、濕度在85%以上環境中均能長期穩定工作。

手控操作盒主要由機箱、按鈕、電纜等組成，設計成防碰撞結構形式，并配有懸掛裝置。為了操作工現場能安全方便地對工件進行綁扎和施焊，手控操作盒與控制箱聯接線采用超軟多線電纜，確保使用可靠。控制電纜長度為15000 mm，可以任意拖動。整臺設備（含焊接件回轉臺和重型焊接操作機）的所有按鈕操作可集中在手控操作盒上進行，并設有緊急停止按鈕，確保操作安全。

圖3 可調伸縮回轉臂架

3 重型焊接操作機

我們根據自身產品特點，自行設計定制生產了重型焊接操作機，區別于通用的焊接操作機，經過與生產焊接操作機廠方反復研究協商，我們提出并增加了下列構件的定制特殊參數和要求，如下圖3。

（1）橫臂升降行程6000 mm，加上焊接件回轉臺面下沉安裝1500 mm，滿足工件最大高度7500 mm的工作要求。

（2）橫臂伸縮行程6000 mm，滿足工件最大直徑6000 mm，最小吊裝安全距離1000 mm的工作要求。橫臂前端固定載人平臺，可兩人同時在平臺上操作。電源控制盒固定在載人平臺上，單獨控制，與地面電源控制箱可同時切換，便于操作。特別要做好兩個極限位置極限載重（包括橫臂與導向裝置）不傾倒不脫落的結構和強度的校核設計工作。

（3）橫臂前端承載能力250 kg。

（4）橫臂導軌寬度75 mm，鋼質導軌整體需經熱處理回火，導軌表面需經熱處理淬火（硬度不小于HRC50）。

（5）橫臂伸縮速度120～1200 mm/min，伸縮必須靈活平穩且不能有慣性運動。

（6）橫臂伸縮電機功率0.75 kW。

（7）橫臂升降速度400 mm/min，升降必須靈活平穩且不能有慣性運動。

（8）立柱導軌寬度75 mm，鋼質導軌整體需經熱處理回火，導軌表面需經熱處理淬火（硬度不小于HRC50）。

（9）立柱升降電機功率3 kW。

（10）立柱回轉角度±180 度，特殊工件焊接要求一般都較高（MT探傷、UT探傷、RT探傷），周期也長。為了充分利用設備，將其旋轉一個角度，就可以實現另一個工位的焊接作業。

（11）立柱回轉速度0.10 r/min，回轉必須靈活平穩且不能有慣性運動。

（12）立柱回轉驅動方式：齒輪副。

（13）立柱回轉電機功率0.75 kW，在立柱上，我們特別設計了檢修爬梯以及頂部護攔等附屬裝置，檢修梯超過二米高度部分裝有檢修防護籠，從而確保安全性。

（14）控制線長度25 m。

（15）十字微調行程（上下、左右）各100 mm。

（16）預留焊劑輸送回收系統、雙絲焊接、焊縫跟蹤裝置等其它焊接輔助系統的配置位置。

4 安裝運行特別注意點

本套設備均為自我設計定制，安裝場所要選擇有良好的電源、氣源，通風擋雨，還要有寬大的運輸通道和吊裝能力；安裝基礎需超常規深挖，樁柱要根據現場土質確定規格數量，并通盤考慮防洪排澇措施；操作使用人員要先培訓（包括技術構造交底、使用注意事項及緊急應急處置、日常維護保養等），合格后方可上崗操作；安裝后需聯合設備生產方技術人員一同試車，確認能滿足設計所要求的功能并驗收合格方能投入使用。

本套設備自投入使用以來，所有大型海上動力定位錨鉸機，大型龍門吊大卷筒、大型卸船機起升開閉及其它大中型回轉體均已在上成功制作，焊縫一次報驗合格率幾乎百分之百，相比以前人工焊接作業效率提高10倍以上，焊接人工和人力勞動強度大幅度地減少，而且焊縫成形美觀，不需人工打磨，是一部非常適用的安全高效的專用自動焊接機。