直縫埋弧焊管生產(chǎn)線焊接車輸送系統(tǒng)的改進

施俊杰，耿 亮，王占理，徐 剛，劉增強，李建忠

（渤海裝備巨龍鋼管公司，河北 青縣062658）

0 前 言

渤海裝備巨龍鋼管公司制管一廠的內(nèi)外焊機組已經(jīng)使用10余年。自2012年以來，該機組在使用過程中出現(xiàn)的斷弧燒穿缺陷率明顯升高，雖然這些焊接缺陷可以通過補焊或切除的方法進行修復(fù)和去除，但卻增加了企業(yè)的經(jīng)營成本，降低了關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量[1]。因此，如何降低斷弧燒穿缺陷率成為企業(yè)技術(shù)質(zhì)量活動的一個課題。

1 斷弧燒穿缺陷統(tǒng)計和分析

1.1 斷弧燒穿缺陷統(tǒng)計和原因分類

對2012年6月—12月出現(xiàn)的斷弧燒穿缺陷進行了統(tǒng)計，并分析了產(chǎn)生缺陷的原因。統(tǒng)計的斷弧燒穿缺陷率為2.68%，主要原因分為7種：①焊接車卡阻爬行，占28%；②預(yù)焊及預(yù)焊修補焊縫淺，占21%；③電氣故障，占16%；④焊接崗位操作人為原因，占10%；⑤焊絲卡阻，占13%；⑥鋼管成型質(zhì)量，占7%；⑦其他原因，占5%。

可見，焊接車卡阻爬行造成的熔池線能量瞬間過高而產(chǎn)生的斷弧燒穿缺陷是產(chǎn)生該缺陷的主要原因。預(yù)焊和預(yù)焊修補后局部焊縫淺，造成斷弧燒穿缺陷占21%，這是由于焊接車行進過程中出現(xiàn)卡阻爬行現(xiàn)象，且焊點又處在較淺焊縫時，容易造成斷弧燒穿缺陷。統(tǒng)計結(jié)果表明，造成斷弧燒穿缺陷的最主要原因是焊接車行進時卡阻爬行，因此，亟需解決。

1.2 焊接車行進卡阻爬行原因

（1）原設(shè)計焊接車道軌與運管橫移車道軌為同水平標高的交叉道軌，為了保證焊接車和橫移車的車輪輪緣能夠通過，必須將焊接車和橫移車的道軌在交叉處各留160 mm的斷口[2]。焊接車在經(jīng)過道軌交叉斷口處時卡阻爬行現(xiàn)象較為嚴重，焊接電流會出現(xiàn)較大的提升和波動，容易產(chǎn)生斷弧燒穿。

（2）焊接車共有兩節(jié)車體，通過連桿連接。由于每節(jié)車體需要經(jīng)過焊接車道軌斷口，按原設(shè)計每節(jié)車體一側(cè)設(shè)置4個導(dǎo)向輪，另一側(cè)設(shè)置4個平輪，共8個車輪。這種設(shè)計車輪數(shù)量過多，當(dāng)一側(cè)的4個導(dǎo)向輪出現(xiàn)不同程度的磨損時，容易產(chǎn)生咬軌，表現(xiàn)為行進速度時快時慢，位置隨機，而且連續(xù)發(fā)生，焊接電流就會產(chǎn)生明顯的波動。此現(xiàn)象可以通過道軌側(cè)端面和導(dǎo)向槽輪輪緣的磨損情況觀察出來。

（3）焊接車采用鏈條傳動方式驅(qū)動，為保證鏈條與鏈輪的間隙，需經(jīng)常調(diào)節(jié)鏈條的松緊度，鏈條過松過緊都會影響焊接車行進的平穩(wěn)性。

2 改造方案

2.1 軌道的改造

針對上述問題，經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定采用將焊接車道軌與橫移車道軌水平高度錯開的改造方案。即保留原焊接車道軌標高，并將原焊接車帶斷口的道軌更換為通直道軌，同時使用一組墊板將橫移車道軌墊高，根據(jù)橫移車車輪的輪緣高度為18 mm，將橫移車道軌升高23 mm，這樣就可保證橫移車車輪經(jīng)過焊接車道軌時有5 mm的間隙，具體設(shè)計如圖1所示。

圖1 橫移車道軌墊高

2.2 焊接車的改造

焊接車道軌通直無斷口后，可將焊接車每個車體的車輪減半，保留車體四角的車輪，并全部換新。同時去除鏈條傳動，整個焊接車只有一組驅(qū)動輪。這樣就增加了單個車輪的摩擦力，使得焊接車行進定位更加理想，改造前后車體結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

圖2 焊接車車體結(jié)構(gòu)改造前后對比

由于橫移車道軌增加23 mm的高度，焊接車車體在經(jīng)過橫移車道軌時會產(chǎn)生位置干涉，所以在焊接車車輪輪組與車體之間增加30 mm厚的過渡墊板，將車體整體升高，消除位置干涉。焊接車車體升高后，設(shè)置在車體上的行走編碼器與車輪的垂直高度增加，更換型號為316XL037的加長齒形帶，改造后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。同時將原焊接車行走減速機固定板重新打安裝孔，使減速機降低30 mm與原先位置吻合，這樣可繼續(xù)使用原零部件。

圖3 焊接車車體改造

2.3 橫移車的改造

原設(shè)計的橫移車行走減速機下端面與焊接車道軌位置干涉，所以焊接車道軌開出400 mm的斷口使得橫移車能夠正常通過焊接車道軌。若將焊接車道軌改為通直道軌，即使橫移車道軌升高，此位置依然干涉，因此要將橫移車減速機的位置升高。根據(jù)橫移車尺寸選擇型號SWC150BH的十字萬向聯(lián)軸器，重新制作車輪軸和減速機軸，通過在原有安裝孔位上增加過渡墊板，將減速機提升80 mm，消除與焊接車道軌的位置干涉，改造前后比對如圖4所示。

圖4 橫移車減速機改造后對比

3 改造后效果和統(tǒng)計

利用年度設(shè)備維修和生產(chǎn)間隙對上述內(nèi)容實施改造。改造后通過目視觀察和焊接電流波動測試發(fā)現(xiàn)，焊接車行進中卡阻爬行現(xiàn)象得以明顯改善。改造后對2013年1月—9月的斷弧燒穿缺陷進行統(tǒng)計，成因比例有所變化，具體為：①預(yù)焊及預(yù)焊修補焊縫淺，占21%；②電氣故障，占20%；③焊絲卡阻，占16%；④焊接崗位操作人為原因，占13%；⑤鋼管成型質(zhì)量，占12%；⑥其他原因，占10%；⑦焊接車卡阻爬行，占8%。

2013年1月—9月的斷弧燒穿缺陷率為1.31%，較2012年6月—12月的2.68%降低了1.37%，同比降低了51.12%，缺陷率的變化趨勢如圖5所示。

圖5 2013年1月—9月斷弧燒穿缺陷率走勢圖

4 分 析

2013年1月—3月斷弧燒穿缺陷率依然較高，考慮到新?lián)Q車輪和道軌之間需要一個磨合的過程，并且當(dāng)時焊管工藝要求的焊速較慢，焊接車行走減速機變頻電機的頻率只有5 Hz，焊接車行走的穩(wěn)定性相對于高焊速時有較大的差異。

這個現(xiàn)象可以通過比對焊接電流和變頻電機電流的波動頻率多少得出：當(dāng)發(fā)生卡阻爬行時，變頻電機電流和焊接電源電流幾乎同時升高。而焊速提高后，變頻電機工作頻率提高，焊接車行走更為平穩(wěn)，發(fā)生卡阻爬行的幾率下降，斷弧燒穿缺陷概率就降低了。

現(xiàn)在焊接車從快速移動到最慢焊速之間的速度范圍較大，行走變頻電機工作頻率也較寬，快速移動時頻率達到了40 Hz，而慢速焊接時只有幾赫茲。對于這個問題，如果可以通過適當(dāng)降低焊接車快速移動的速度，同時增加行走減速的減速比，使焊接車在慢速焊接時，增加變頻電機的頻率，理論上可以提高焊接車行走速度的分辨率。

5 結(jié) 語

焊接車輸送系統(tǒng)經(jīng)過改造后對焊接質(zhì)量的促進作用是明顯的，直接減少了斷弧燒穿的概率，并且由于焊速更為穩(wěn)定，也減少了咬邊、夾渣等缺陷的出現(xiàn)幾率，達到了改造目的。

［1］劉遲，韓顯柱，盧衛(wèi)卓，等.埋弧焊管自動補焊與手工補焊的焊縫性能對比研究［J］.焊管，2013，36（04）：18-22.

［2］聞邦椿.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］吳宗澤.機械設(shè)計實用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［5］汪超，郭錦龍，馬立立.簡析直縫埋弧焊管焊接接頭常見缺陷［J］.鋼管，2013（02）：51-54.

［6］ API SPEC 5L（第 45 版），鋼管管線規(guī)范［S］.

［7］ 李曉紅.我國焊管生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鋼管，2008，32（03）：193-196.

［8］ GB/T 9711—2011，石油天然氣工業(yè)管線輸送用鋼管［S］.

［9］馬會元.大口徑直縫埋弧焊管制造技術(shù)［J］.機械研究與應(yīng)用，2010（02）：1-6.

［10］孫恒.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006.