淺析小型自動(dòng)焊接裝置在鉆井配套設(shè)備制造中的應(yīng)用

張海強(qiáng)

（大慶油田鉆探工程公司機(jī)械修理廠，黑龍江 大慶 163001）

鉆井用野營(yíng)房、固控罐、鉆機(jī)液壓推移裝置等常用鉆井配套設(shè)備在制作過(guò)程中，焊接占據(jù)了主要的工作量，主要采用手工電弧焊及二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊兩種方式。經(jīng)調(diào)研，大慶地區(qū)不少制造企業(yè)存在焊工人員短缺、老齡化嚴(yán)重、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低且由于焊工水平的差異，焊接質(zhì)量不容易保證的現(xiàn)象。

小型自動(dòng)焊接裝置的推廣應(yīng)用很好地解決了這一問(wèn)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(zhì)量不良；自動(dòng)化程度高，確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。隨著焊接自動(dòng)化的普及和提高，自動(dòng)焊接的地位和作用越來(lái)越突顯、越來(lái)越被業(yè)內(nèi)人士倍加重視，各種小型自動(dòng)焊接設(shè)備廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。

1 小型自動(dòng)焊接裝置的結(jié)構(gòu)

1.1 小型自動(dòng)焊接裝置的總體結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)野營(yíng)房、固控罐等產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸，設(shè)計(jì)專用的焊槍夾持行走裝置，裝置采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方式，使焊接裝置在固定軌道上行走，代替人手的移動(dòng)，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(jī)構(gòu)、焊槍運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等部分組成。主要組成部件有電機(jī)、導(dǎo)軌、磁鐵、控制器、手柄、滑塊、擺動(dòng)器、焊槍夾等。

1.2 行走軌道

根據(jù)野營(yíng)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(zhǎng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)帶有齒條的剛性軌道，利用裝置上的齒輪與齒條嚙合驅(qū)動(dòng)裝置在垂直方向上行走，實(shí)現(xiàn)裝置的爬壁焊接。用安裝帶開(kāi)關(guān)的強(qiáng)力永磁磁鐵的軌道，讓導(dǎo)軌牢固地吸附在工件上，當(dāng)需要移動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，強(qiáng)力離合式磁鐵關(guān)閉就可以隨意移動(dòng)，以適應(yīng)各種焊接位置的需求。磁鐵中間用不導(dǎo)磁的銅板隔開(kāi)，內(nèi)部有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的磁體，當(dāng)磁體橫置時(shí)，與被吸附的導(dǎo)磁性物體形成一個(gè)閉合回路，實(shí)現(xiàn)吸附；當(dāng)磁體垂直時(shí)，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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

小型自動(dòng)焊接裝置的焊炬是夾持在裝置焊接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端。焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由一字型伸縮機(jī)構(gòu)、十字滑臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)機(jī)構(gòu)各方向的運(yùn)動(dòng)使焊槍迅速移動(dòng)至正確位置。機(jī)構(gòu)能夠完成焊炬空間位置的移動(dòng)，盡量體高機(jī)構(gòu)的自由度，完成X-Y-Z三個(gè)坐標(biāo)內(nèi)的直線調(diào)節(jié)和2個(gè)方向角度調(diào)節(jié)，通過(guò)手動(dòng)或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)使焊炬沿X-Y進(jìn)行移動(dòng)，Z軸方向設(shè)置槍夾的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)焊炬空間位置的調(diào)節(jié)，使焊槍方便快捷地對(duì)正焊縫，便于施焊。

1.4 焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)

焊接過(guò)程中可能會(huì)遇到厚工件以及寬焊縫的情況，為了滿足焊接工藝對(duì)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(zhì)量，減少焊接缺陷的產(chǎn)生，增強(qiáng)自動(dòng)焊設(shè)備對(duì)不同焊件厚度及焊接質(zhì)量要求的適應(yīng)能力，設(shè)計(jì)焊接擺動(dòng)器。把焊槍安裝在一個(gè)可以擺動(dòng)的機(jī)械裝置上,焊接時(shí)，焊槍可以在焊縫表面上左右擺動(dòng),擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)頻率可調(diào),使焊槍左右擺動(dòng)向前焊接，一般用于需熔敷焊縫寬度較大的焊件。擺動(dòng)器預(yù)存波形、鋸齒、三角形等多種擺動(dòng)路線，可根據(jù)實(shí)際需要選擇擺動(dòng)模式，并且根據(jù)焊縫寬度調(diào)節(jié)擺動(dòng)幅度。

1.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是整個(gè)小型自動(dòng)焊接設(shè)備的核心部分，它決定了焊機(jī)裝置的啟動(dòng)與停止、運(yùn)行速度、焊槍位置的調(diào)節(jié)以及人機(jī)之間的交互，從而控制整個(gè)焊接裝置的和焊槍的運(yùn)行軌跡。控制系統(tǒng)選用16位msp430單片機(jī)和專用的控制模塊組成。

2 小型自動(dòng)焊接裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 功能性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)包括焊接裝置的安裝時(shí)間、行走速度、擺動(dòng)速度、擺動(dòng)角度、電機(jī)負(fù)載能力以及控制等。

表1

結(jié)論：設(shè)備安裝時(shí)間3～4min；裝置非擺動(dòng)狀態(tài)最大焊接速度：800mm/min；擺動(dòng)焊接狀態(tài)最大焊接速度：370mm/min。

2.2 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)6個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，小型自動(dòng)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(yùn)行穩(wěn)定。適用于各種鋼結(jié)構(gòu)的角焊，尤其是在需要擺動(dòng)的場(chǎng)合，擺動(dòng)速度、擺動(dòng)幅度、中心位置和左右停留時(shí)間均可以調(diào)整，適合各種不同規(guī)格的焊道。體積小、重量輕，安裝移動(dòng)方便，非熟練工也可以進(jìn)行焊接。分別在固控罐、野營(yíng)房制作上進(jìn)行了應(yīng)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(zhì)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(wú)法達(dá)到的。裝置安裝有感應(yīng)停止開(kāi)關(guān)，焊接到工件末端時(shí)可以自動(dòng)停止工作，便于一人可以操作多臺(tái)設(shè)備，如一人操作2臺(tái)設(shè)備，可節(jié)約一個(gè)工人勞動(dòng)成本，每推廣2臺(tái)小型自動(dòng)焊接裝置便可節(jié)約人工費(fèi)：8（小時(shí)/天）×32（元/小時(shí)）×250天/年=6.4萬(wàn)元/年，而且不用近距離操作，有利于職業(yè)健康。

3 結(jié)語(yǔ)

小型自動(dòng)焊接裝置可以完成固控罐及野營(yíng)房等常見(jiàn)鉆井配套設(shè)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(dòng)強(qiáng)度，并能節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，并且有利于職工的身體健康。