螺旋埋弧焊管預(yù)精焊生產(chǎn)線導(dǎo)電刷結(jié)構(gòu)改進(jìn)

雷 浩， 高 鵬， 胡德虎， 曹文軍， 茍世峰， 閆 哲

（寶雞石油輸送管有限公司， 陜西 寶雞 721008）

1 概 述

螺旋埋弧焊管預(yù)精焊制管工藝（也稱“兩步法” 工藝） 是螺旋埋弧焊管先進(jìn)的制管工藝技術(shù)， 因其具有較高的產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率而得到廣泛應(yīng)用。 預(yù)精焊工藝的特點(diǎn)就是將成型和焊接兩者分開， 焊管機(jī)組分為預(yù)焊和精焊兩部分，鋼卷在預(yù)焊機(jī)組完成管坯成型、 預(yù)焊形成鋼管管坯， 將切斷下線后的鋼管分配到多條精焊機(jī)組進(jìn)行內(nèi)、 外焊縫埋弧焊接 （精焊）。 該工藝的優(yōu)勢(shì)是解決了高速成型與焊接速度較慢相制約的問題， 生產(chǎn)效率高， 焊縫質(zhì)量穩(wěn)定。

精焊焊接系統(tǒng)由Power Wave 1000SD 數(shù)字焊機(jī)、 MAXsa19 送絲控制器、 MAXsa29 送絲機(jī)、XM 控制系統(tǒng)以及PLC 組成。 精焊生產(chǎn)線采用內(nèi)外雙絲焊接工藝， 前絲由2 臺(tái)型號(hào)為Power Wave 1000SD 的焊機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)， 額定焊接電流為2 000 A， 采用直流反接的連接方式； 后絲由1 臺(tái)型號(hào)為Power Wave 1000SD 的焊機(jī)驅(qū)動(dòng)， 額定焊接電流為1 000 A， 為交流電源。 導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)由XM 控制器以及PLC 進(jìn)行控制， 分為自動(dòng)模式與手動(dòng)模式， 手動(dòng)條件下可通過按鈕進(jìn)行夾緊、 松開操作； 自動(dòng)條件下由焊接系統(tǒng)XM 控制器發(fā)送信號(hào)給PLC， PLC 經(jīng)過邏輯運(yùn)算后發(fā)送夾緊或松開指令， 控制氣閥開閉， 同時(shí)導(dǎo)電刷狀態(tài)通過傳感器反饋信號(hào)給XM 控制系統(tǒng)， XM 控制器判斷焊接條件是否滿足， 若滿足可進(jìn)行自動(dòng)焊接。

原有導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)是由內(nèi)焊和外焊兩條導(dǎo)電板排刷組成， 主要包括底座、 底座架、 導(dǎo)電刷板、角度調(diào)節(jié)板、 推進(jìn)氣缸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸等。 內(nèi)焊導(dǎo)電底板尺寸為2 160 mm×160 mm×16 mm， 安裝16 個(gè)導(dǎo)電刷， 組成內(nèi)焊排刷； 外焊導(dǎo)電底板尺寸為2 950 mm×160 mm×16 mm， 安裝21 個(gè)導(dǎo)電刷， 組成外焊排刷。 導(dǎo)電刷底板背面用塑料管夾絕緣固定在底座的鋼管軸上， 在底板背面的下沿用塑料管夾絕緣固定在一個(gè)帶有條形孔的角度調(diào)節(jié)板上，條形孔與底座架螺栓緊固固定， 用于不同規(guī)格鋼管生產(chǎn)時(shí)導(dǎo)電刷排刷與鋼管接觸的角度調(diào)節(jié)， 再用氣缸推動(dòng)整體底座架與管體壓緊接觸， 焊接時(shí)導(dǎo)電刷在夾緊狀態(tài)下， 鋼管在正交輥道上旋進(jìn)。

原導(dǎo)電刷在使用過程中因接觸不良經(jīng)常引起焊縫斷弧、 未焊透、 咬邊、 焊道不規(guī)則、 鋼管管體表面電弧灼傷等缺陷， 從而影響鋼管的整體質(zhì)量。

2 問題分析

隨著導(dǎo)電刷的長(zhǎng)期使用， 發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)主要存在以下幾方面的問題。

（1） 導(dǎo)電刷底板強(qiáng)度不夠， 經(jīng)過長(zhǎng)期使用，導(dǎo)電刷底板嚴(yán)重變形， 底板呈弓狀， 進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)電刷不能與鋼管表面平行接觸， 更換新導(dǎo)電刷時(shí)需要逐個(gè)增加不同厚度的墊片來調(diào)整接觸面， 使其與鋼管表面平行， 以確保整個(gè)接觸面接觸良好， 如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)電板排刷及原機(jī)構(gòu)示意圖

（2） 焊接過程中， 導(dǎo)電板排刷與管體接觸不良會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電刷鋼絲發(fā)熱燒紅， 易造成管體表面電弧灼傷， 及焊接過程中斷弧、 咬邊、 未焊透、 焊縫形貌不規(guī)則等缺陷， 同時(shí)加劇導(dǎo)電刷損耗， 而更換導(dǎo)電刷費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 進(jìn)而增大人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3） 采用螺栓緊固的方式將條形孔固定， 從而調(diào)整導(dǎo)電刷的角度， 如圖2 所示， 長(zhǎng)時(shí)間與管體轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦使接觸角度發(fā)生變化， 造成導(dǎo)電刷與管體接觸面產(chǎn)生偏角， 最終導(dǎo)致接觸面變小或者接觸不良， 影響焊接穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。

圖2 導(dǎo)電刷角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

（4） 底板采用塑料管夾固定， 長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使得底板老化， 易造成接地， 導(dǎo)致焊道不規(guī)則。

3 解決方案

根據(jù)螺旋預(yù)精焊焊接工藝特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)工況，在不改變?cè)械鬃蛯?dǎo)電架尺寸及位置的情況下對(duì)導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)， 以期實(shí)現(xiàn)以下功能： ①增加底板筋板， 增強(qiáng)其抗變形能力， 保證底板的縱向平直和導(dǎo)電刷的安裝平行； ②保證導(dǎo)電刷板整體與底座良好的絕緣性； ③導(dǎo)電刷的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)應(yīng)固定可靠， 確保調(diào)整便捷。

導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)的改進(jìn)如圖3 所示， 具體改進(jìn)措施如下：

圖3 導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)改進(jìn)圖

（1） 內(nèi)外焊在原有接地板的基礎(chǔ)上增加筋板， 增加其強(qiáng)度， 防止底板發(fā)生變形， 影響導(dǎo)電刷的整體接觸。

（2） 在安裝導(dǎo)電刷一側(cè)的底板上加裝一整塊銅板， 將導(dǎo)電刷螺栓與銅板進(jìn)行緊固連接，內(nèi)焊導(dǎo)電刷的數(shù)量不變， 外焊導(dǎo)電刷數(shù)量增加至20 個(gè)， 銅板直接與焊接大線進(jìn)行連接， 減小接觸電阻。

（3） 導(dǎo)電刷底板可轉(zhuǎn)動(dòng)底座連接時(shí)， 將底座背部與底板絕緣連接， 固定在底座軸上， 使導(dǎo)電刷底板穩(wěn)定牢靠。

（4） 導(dǎo)電刷板的下沿絕緣連接軸銷螺栓穿過底座固定套， 兩頭螺栓夾緊， 兩端夾緊固定套螺栓實(shí)現(xiàn)伸縮、 調(diào)整角度； 整條底板兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)螺栓， 實(shí)現(xiàn)整體平穩(wěn)伸縮調(diào)整。

4 應(yīng)用效果

將導(dǎo)電刷平直安裝在導(dǎo)電底板的銅板上， 焊接電纜直接與銅板連接， 然后根據(jù)鋼管管徑調(diào)整好導(dǎo)電板排刷的整體角度， 保證導(dǎo)電刷與管體外表面充分接觸， 用固定在底座上的氣缸推動(dòng)導(dǎo)電刷底板整體壓緊， 使其與鋼管管體充分接觸。

改進(jìn)完成后的導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)在焊接運(yùn)行過程中， 導(dǎo)電刷與管體摩擦接觸良好， 運(yùn)行平穩(wěn)， 鋼管的電弧灼傷現(xiàn)象消除， 焊接中由于導(dǎo)電刷接觸不良產(chǎn)生的焊接缺陷明顯減少。 導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)應(yīng)用效果如圖4 所示。

圖4 導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)應(yīng)用效果

通過連續(xù)使用， 導(dǎo)電板排刷連續(xù)焊接時(shí)發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象明顯改善， 導(dǎo)電板排刷與鋼管的接觸面未發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)， 接觸面良好。 通過對(duì)導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)的改造， 導(dǎo)電刷的磨損速度大幅度減小， 材料消耗費(fèi)用降低75%， 降低了導(dǎo)電刷的更換頻次，生產(chǎn)效率顯著提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

螺旋埋弧焊管預(yù)精焊導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)的改進(jìn)， 提高了鋼管焊接過程導(dǎo)電刷機(jī)構(gòu)可靠性， 有效解決了埋弧焊接時(shí)因?qū)щ娝⒔佑|不良產(chǎn)生的焊接缺陷和電弧灼傷造成的鋼管表面質(zhì)量問題， 進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)效率， 減少了材料消耗， 降低了導(dǎo)電刷更換頻次和工作強(qiáng)度。