接管埋弧自動焊機電氣系統改造

王福臣

1.中國第一重型機械股份公司核電石化事業部工程師，遼寧 大連 116113

接管埋弧自動焊機是用于化工容器筒體與接管的埋弧自動焊接專用設備，也可以用于化工容器環縫、縱縫的埋弧自動焊接，具有接管焊接質量好，生產率高等特點。由于加氫公司現有的兩臺接管埋弧自動焊機不能滿足接管焊接生產任務的需要，決定對閑置的交流接管埋弧自動焊機進行技術改造。

1 閑置焊機組成及現狀

接管埋弧自動焊機（俗稱旋轉焊機）主要由焊接操作機、焊接電源、旋轉系統、十字滑架、焊接機頭及焊接過程控制器等部分組成。工作時先由焊接操作機將焊接機頭運行到接管焊縫的圓心附近，調整十字滑架和旋轉機構確定實際圓形焊接位置；焊機主軸做360°連續旋轉完成接管與筒節的焊接。通過十字滑架橫梁行走可改變焊接回轉直徑以適應接管大小變化。焊槍與送絲機構固定在電動升降梁上，隨時調整焊接時的干身長度。待改造的這臺交流接管埋弧自動焊機是一重集團公司80年代自行研制的第一臺接管埋弧自動焊機，至今已使用超過20年，主要的電氣控制部分為自制組裝而成，交流焊接電源采用日本早期產品。如今，電氣部分損壞嚴重，加之備件短缺，雖幾經修復仍不能降低故障率，最終停機閑置。

2 改造方案的提出

2.1 方案一

（1）將交流焊接電源改為進口DC-1000型焊接電源；

（2）將原有的焊接程序控制系統改為進口NA3型焊接過程控制器；

（3）將原操作機橫梁水平伸縮電機驅動部分、立柱旋轉電機驅動機構以及大車行走電機驅動機構改為進口超小型直流調速器；

（4）十字滑架控制機構改為進口超小型直流調速器。

2.2 方案二

（1）將原有交流焊接電源改換為國產MZ-1000型逆變焊接電源；

（2）將原有自制焊接程序控制系統改為國產FD11－200T型焊接過程控制器；

（3）將原操作機橫梁水平伸縮電機驅動部分、立柱旋轉電機驅動機構以及大車行走電機驅動部分改為進口超小型直流調速器；

（4）十字滑架控制機構改為進口超小型直流調速器。

3 方案分析

3.1 調速器

為確保焊接操作機將旋轉機頭有效運送到所需位置，焊接操作機需要完成四個方向的動作：橫梁升降，橫梁伸縮，立柱旋轉以及大車行走。這臺交流接管埋弧自動焊機當初配備的是國產焊接操作機，橫梁升降由三相交流異步電動機驅動，而橫梁伸縮、立柱旋轉、大車行走是由直流電動機驅動，三臺直流電動機共用一臺直流電動機調速器，這臺直流電動機調速器是當時廠家自己開發的非標產品，與市面其它直流電動機調速器沒有互換性，由于選件及質量原因經常出現故障。因此屬于本次改造的重點之一。經考察論證，決定選用加氫公司其它設備正在使用的KBMG-212D進口超小型直流調速器。這種超小型直流調速器優點很多：

（1）能夠很好的控制直流電動機，在超負載情況下保持恒速運行及可控制動；

（2）利用其極佳的可控性和快速響應能力，可在50：1的電動機基準速度內提供高達1%的負載調節能力；

（3）可以為測速發電機提供反饋，在需要時可進行優質的負載調節；

（4）在制造廠內已經進行過校準，免除了在大多數使用中對于I R補償和電流限定進行重新校正的步驟；

（5）可利用電子方式通過一個觸點的閉合使電動機停止或啟動；

（6）可以通過一個跳線控制電動機快速停止或慣性停止。

而且，選擇該調速器可在公司范圍內實現設備通用及減少備件種類和數量，起到了事半功倍的效果。此外，十字滑架控制部分采用進口超小型直流調速器后，解決了原十字滑架只有一個高速控制擋，不能調速的問題，使焊槍的定位更精確，對提高產品的焊接質量和工作效率起到積極的作用。

3.2 焊接電源確定

兩種改造方案的不同之處，一個是選用進口DC-1000型焊接電源和NA3型焊接過程控制器。另一個是國產MZ-1000型逆變焊接電源和FD11－200T型焊接過程控制器。方案一中的進口焊接電源及焊接過程控制器無論操控性能還是焊縫成形在同類進口焊接設備中排列中游，價格約為10萬多人民幣，供貨周期為調劑后2周，主要技術參數是：輸入電源電壓為三相380 V/50 Hz，暫載率100%時輸入電流為112 A,暫載率100%時輸出電流為1 000 A，輸出電壓為44 V，焊接電流、電壓輸出范圍為150 A/16 V～1 300 A/46 V，輸出空載電壓為72 V。其中DC-1000是可控硅三相直流焊接電源，用于埋弧自動焊和半自動焊接以及空氣碳弧切割，使用電位計控制。該型焊接電源提供了可選三模式開關分別用于恒壓自保護、恒壓埋弧焊和恒流埋弧焊接。而FD11－200T型焊接過程控制器和MZ-1000型逆變焊接電源是比較典型的國產焊接設備，在操控性能和焊縫成形上并不遜于進口產品。購買FD11－200T型焊接過程控制器和MZ-1000型逆變焊接電源的價格為4萬多人民幣，供貨周期為現貨，主要技術參數是：輸入電源電壓為三相380 V±15/50 Hz，暫載率100%時輸入電流為80 A，暫載率100%時額定輸出電流為1 000 A、額定輸出電壓為44 V，焊接電流、電壓輸出范圍為150 A/20 V～1 000 A/50 V，輸出空載電壓為68 V。一次空載電流0.8 A，一次空載損耗500 W,MZ-1000型逆變焊接電源同樣適用于埋弧自動焊和半自動焊以及空氣碳弧切割，也使用電位計控制。該焊接電源提供有可選的二模式開關，分別用于恒壓埋弧焊和恒流埋弧焊接?？梢灶A設焊接電壓、焊接電流、焊接速度，數字顯示，直觀準確。而且由于MZ-1000型焊接電源采用的是逆變技術，抗工業電網波動能力強，比同容量的其它可控硅三相直流焊接電源更節能，體積更小，重量更輕。

綜合以上分析在價格方面進口DC-1000型焊接電源是國產MZ-1000型逆變焊接電源的2倍還多，從供貨期看國產設備占有絕對優勢；在節能方面國產設備也占優勢。考慮到本公司現有的13臺MZ-1000型逆變埋弧焊接設備在使用中操作維護良好，又兼有整機、備件價格低、采購周期短，設備整體性能和主要技術參數完全能夠滿足焊接生產需要的優勢，最終確定第二套為最終改造方案。

4 實施改造

4.1 整機功能設計思路

（1）操作機橫梁升降及伸縮、立柱旋轉、大車行走均采取兩地控制。調解架前與主軸旋轉機構連接，后與操作機相連，與固定式操作機形成三維可調空間，便于焊接中心定位；

（2）主軸旋轉機由箱體、圓錐滾子軸承、深溝球軸承、主軸、開式直齒輪、兩能蝸桿減速器、直流電機、拐臂以及360°無限制旋轉動力及控制信號的滑環和電刷等組成。將主軸旋轉機構旋轉導電部分改用新型24路免維護導電環，能充分確保各電氣信號傳遞良好。機頭旋轉電機控制機構改用國產焊接控制器直流調速控制，旋轉平穩均勻、主軸轉動時無抖動現象，可以預設旋轉速度，并有數字面板表顯示，有利于旋轉焊接及焊前和焊中調節；

（3）十字滑架由直流電機、蝸桿減速機、滾珠螺桿、直線導軌副、梁本體及行程開關組成。橫梁和升降梁的剛性設計制造保證旋轉焊機的穩定工作，機構移動時無顫動和抖動現象。將十字滑架控制機構改用進口超小型直流調速器控制以后，焊接前及焊接中調整會更方便、更準確，降低故障率。采用國產送絲機構更具有結構簡單，運轉可靠，耗材價格低廉，采購周期短的優勢。

4.2 過程控制概述

（1）電源及焊接控制

焊接電源及焊接過程控制與操作機相對獨立，負責完成引弧、旋轉焊接、收弧整個焊接過程，焊接電流、焊接電壓、旋轉速度可預置和數字式顯示，焊接中可隨時進行調整。

（2）電器控制

操作機控制 采用KBMG-212D調速器控制橫梁行走，立柱旋轉和臺車行走3臺直流電機。通過選擇開關控制KM5，KM6，KM7 3個接觸器來分別選擇相應電機投入動作，接觸器的輔助觸點用于互鎖控制，只要接觸器不下來，其它的接觸器就投不上，即使接觸器粘連，其它接觸器也不能投入，避免電器故障的發生。驅動器的EN端子是驅動器使能信號，KM3，KM4為正反向控制繼電器。

十字滑架調速器 也是KBMG-212D型，電位器w3為本地控制，w4為遠控。整機的電器控制簡潔可靠，故障率低。

4.3 安裝調試

（1）調試操作機橫梁升降、伸縮、旋轉，由低速到高速無級可調，在調速范圍內設備運行平穩，無異常，各限位反應靈敏。大車行走平穩，無異常。并能夠實現遠/近兩地控制；

（2）調試旋轉機構，由低速到高速無級可調，在調速范圍內旋轉運行平穩，無異常；

（3）調試十字滑架水平滑板及垂直滑板，由低速到高速無級可調，在調速范圍內運行平穩，無異常，各限位反應靈敏可靠；

（4）設定焊接工藝參數，松開焊絲壓緊輪，啟動空載焊接，驗證空載電壓正常，送絲輪旋轉方向正常；

（5）電器線路接好后，一定要核對線號是否正確。送電時先把變壓器的下口保險或空開空斷開，用萬用表核對好變壓器下口電壓后，再將變壓器投入工作，避免線路錯誤燒毀調速器。調速器調試中，要先將給定電位器旋到0位置，然后緩慢增加給定電壓，同時注意動作方向，方向不對及時改正，避免損壞設備；

（6）安裝好焊絲、填充焊劑，調整好桿身長度后，開始試焊。

4.4 改造后技術指標

5 結語

改造后的直流接管埋弧自動焊機，焊接電流、焊接電壓、焊接速度穩定可靠，焊接成形良好，旋轉機構、水平滑架、垂直滑架運行平穩，調整方便，整機故障率低，投入成本低，能耗低，備件價格低，為今后埋弧自動焊設備快速改造探索出一條新路。