淺析小型自動焊接裝置在鉆井配套設備制造中的應用

張海強

（大慶油田鉆探工程公司機械修理廠，黑龍江 大慶 163001）

鉆井用野營房、固控罐、鉆機液壓推移裝置等常用鉆井配套設備在制作過程中，焊接占據了主要的工作量，主要采用手工電弧焊及二氧化碳氣體保護焊兩種方式。經調研，大慶地區不少制造企業存在焊工人員短缺、老齡化嚴重、工人勞動強度大、生產效率低且由于焊工水平的差異，焊接質量不容易保證的現象。

小型自動焊接裝置的推廣應用很好地解決了這一問題，能夠完成水平焊縫和垂直立縫的焊接；提高工作效率，是手工焊的1.5倍；避免人為因素所造成的焊縫質量不良；自動化程度高，確保焊接質量的穩定性。隨著焊接自動化的普及和提高，自動焊接的地位和作用越來越突顯、越來越被業內人士倍加重視，各種小型自動焊接設備廣泛應用在各行各業。

1 小型自動焊接裝置的結構

1.1 小型自動焊接裝置的總體結構方案

根據野營房、固控罐等產品的結構和尺寸，設計專用的焊槍夾持行走裝置，裝置采用齒輪齒條驅動方式，使焊接裝置在固定軌道上行走，代替人手的移動，完成水平、垂直和仰焊等多種方位焊縫焊接。焊接裝置主要由行走機構、焊槍運動機構、焊槍擺動機構和控制系統等部分組成。主要組成部件有電機、導軌、磁鐵、控制器、手柄、滑塊、擺動器、焊槍夾等。

1.2 行走軌道

根據野營房及固控罐角焊縫、平焊縫各種工位的焊縫都有，特別是立焊較多，且焊縫較長的特點設計帶有齒條的剛性軌道，利用裝置上的齒輪與齒條嚙合驅動裝置在垂直方向上行走，實現裝置的爬壁焊接。用安裝帶開關的強力永磁磁鐵的軌道，讓導軌牢固地吸附在工件上，當需要移動導軌時，強力離合式磁鐵關閉就可以隨意移動，以適應各種焊接位置的需求。磁鐵中間用不導磁的銅板隔開，內部有一個可以旋轉的磁體，當磁體橫置時，與被吸附的導磁性物體形成一個閉合回路，實現吸附；當磁體垂直時，與被吸附的物體形成的閉合磁路消失，下接觸面只是單極性，物體可以輕易取下。

1.3 焊炬位置調節機構

小型自動焊接裝置的焊炬是夾持在裝置焊接執行機構的末端。焊炬調節機構由一字型伸縮機構、十字滑臺以及旋轉機構組成，通過機構各方向的運動使焊槍迅速移動至正確位置。機構能夠完成焊炬空間位置的移動，盡量體高機構的自由度，完成X-Y-Z三個坐標內的直線調節和2個方向角度調節，通過手動或者電機驅動使焊炬沿X-Y進行移動，Z軸方向設置槍夾的轉動，從而實現焊炬空間位置的調節，使焊槍方便快捷地對正焊縫，便于施焊。

1.4 焊槍擺動機構

焊接過程中可能會遇到厚工件以及寬焊縫的情況，為了滿足焊接工藝對焊縫寬度控制的要求，提高焊接效率，提高焊縫層間及表面的焊接質量，減少焊接缺陷的產生，增強自動焊設備對不同焊件厚度及焊接質量要求的適應能力，設計焊接擺動器。把焊槍安裝在一個可以擺動的機械裝置上,焊接時，焊槍可以在焊縫表面上左右擺動,擺動幅度、擺動頻率可調,使焊槍左右擺動向前焊接，一般用于需熔敷焊縫寬度較大的焊件。擺動器預存波形、鋸齒、三角形等多種擺動路線，可根據實際需要選擇擺動模式，并且根據焊縫寬度調節擺動幅度。

1.5 控制系統設計

控制系統是整個小型自動焊接設備的核心部分，它決定了焊機裝置的啟動與停止、運行速度、焊槍位置的調節以及人機之間的交互，從而控制整個焊接裝置的和焊槍的運行軌跡。控制系統選用16位msp430單片機和專用的控制模塊組成。

2 小型自動焊接裝置的現場應用

2.1 功能性實驗

實驗包括焊接裝置的安裝時間、行走速度、擺動速度、擺動角度、電機負載能力以及控制等。

表1

結論：設備安裝時間3～4min；裝置非擺動狀態最大焊接速度：800mm/min；擺動焊接狀態最大焊接速度：370mm/min。

2.2 應用效果

經過6個月的現場運行，小型自動焊接裝置能夠完成水平焊縫和垂直立縫的焊接，而且安裝方便，運行穩定。適用于各種鋼結構的角焊，尤其是在需要擺動的場合，擺動速度、擺動幅度、中心位置和左右停留時間均可以調整，適合各種不同規格的焊道。體積小、重量輕，安裝移動方便，非熟練工也可以進行焊接。分別在固控罐、野營房制作上進行了應用，焊接裝置能夠完成1～10mm鋼板的各種直焊縫的焊接，焊接效果良好。焊接質量大幅提高，焊縫成型均勻美觀，焊縫合格率高，是手工焊接無法達到的。裝置安裝有感應停止開關，焊接到工件末端時可以自動停止工作，便于一人可以操作多臺設備，如一人操作2臺設備，可節約一個工人勞動成本，每推廣2臺小型自動焊接裝置便可節約人工費：8（小時/天）×32（元/小時）×250天/年=6.4萬元/年，而且不用近距離操作，有利于職業健康。

3 結語

小型自動焊接裝置可以完成固控罐及野營房等常見鉆井配套設備的水平直縫和垂直立縫的焊接，推廣使用這種裝置可以減輕大量的勞動強度，并能節約生產成本，提高生產效率，并且有利于職工的身體健康。