小口徑不銹鋼容器焊接專機研制

覃志勤

摘 要 針對不銹鋼超精過濾器環焊焊接中存在的質量問題，將報廢的C6140車床改造為TIG自動焊接專機，提高了焊接質量和生產效率。

關鍵詞 小口徑不銹鋼容器；環縫焊接；舊車床；TIG焊接專機

中圖分類號：TG457.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0138-02

某工廠生產的不銹鋼超精過濾器是專門用于壓縮空氣凈化除菌的設備，其殼體按一類壓力容器標準制造，產品的外觀質量有很高的要求：除角焊縫外，其余焊縫需修磨至與筒體母材等高，不允許有氣孔、咬邊、凹陷等缺陷。殼體內外表面需打磨拋光至Ra=0.1μm以下，以符合醫藥、食品加工等行業的生產工藝要求。

以往，環縫采用手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型的焊接工藝，焊接質量難以控制。焊縫背面（內環縫）容易出現未焊透、凹陷、咬邊或焊縫接頭高低不平等缺陷，一次焊接合格率偏低，生產效率不高。

針對產品焊接中出現的質量問題，將報廢的C6140車床進行改造，研制開發了用于不銹鋼超精過濾器的TIG自動焊接

專機。

1 焊接工藝分析

超精過濾器殼體由封頭、筒體、法蘭等零件組成，（圖1）材質為304，封頭及筒體的壁厚為2.5～3 mm，筒體共有五種規格：φ89、φ108、φ133、φ159、φ209，產品長度由200～850 mm不等。

圖1 殼體

按產品結構和質量要求，通常采用以下焊接工藝。

1）手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型。其施焊及送絲均由人工完成，焊接質量受焊接速度、焊接弧長、焊工技能水平等因素影響較大，焊接質量不穩定，焊接生產效率不高。若內環縫出現未焊透、咬邊、凹陷、接頭過高等缺陷，難以對焊縫進行修補和打磨。

2）TIG加填焊絲單面焊雙面自動焊。采用該工藝，焊縫接頭成型質量會有明顯的改善，但容易產生內環縫接頭余高超差，同樣存在焊縫修整難的問題。

3）TIG雙面自動焊。TIG雙面自動焊將焊接工序分為二步：第一步，改進封頭與筒體的拼裝接頭形式，在封頭的直邊段用車床加工出深2 mm，厚0.5 mm的環形止口。止口的外徑與筒體內徑相等，將封頭壓進筒體內校正后點焊固定，相當于在焊接位置加裝了墊板。采用小電流、短弧長、不填絲自熔式TIG自動焊打底，能有效消除自熔式熔接時可能產生的凹陷現象，以獲得表面圓滑、組織均勻、成型美觀的焊縫，省卻了內環縫焊后打磨修整工序。第二步，用加填焊絲的TIG自動焊工藝焊接外環縫。

經多方比較分析，確定環縫焊接采用TIG雙面自動焊工藝。

2 焊接專機的主要結構及功能

根據焊接工藝和產品結構，確定焊接專機采用焊槍固定，工件轉動的結構形式。

焊接專機（圖2）由床身、工件夾持機構、焊槍調節及定位機構、主軸調速機構等部分組成。

圖2 焊接專機

1）床身。焊接專機以C6140車床作床身，具有良好的剛性，拆除尾座、四方刀架及小拖板，保留其他零部件。

2）工件夾緊機構。工件由主軸上的三爪卡盤夾緊。為適應不同產品的裝夾，避免夾持時卡爪對筒體表面造成機械損傷，將活動卡爪夾持部分，改為用鋁合金材料制作的加長軟爪。當夾持的工件長度超過500 mm時，加裝自制U型中心架作輔助支承，U型中心架的支座由三組可自動調心的滾輪組成，保證工件與卡盤軸心重合。滾輪用尼龍材料加工，中間配有軸承，能有效減少對筒體的摩擦，使工件在施焊過程中保持運轉平穩、焊接弧長穩定。變換產品規格時，可手工調整支座位置。

3）焊槍調節及定位機構。利用半自動切割機上的十字滑塊總成改裝成焊槍調節機構，安裝在中拖板上，由升降絲桿、伸縮橫臂組成。與車床的中拖板配合使用，使焊槍具有三維調節功能，移動調節范圍大。

內環縫的焊接質量，是產品質量的關鍵。內環縫施焊前，必須確保焊槍處于正確的焊接位置。受筒體結構的限制，采用人工對中容易跑偏，若采用光電數控系統對焊槍進行定位，定位精度雖然高，但結構復雜，成本較高。經多方試驗，設計了簡單實用的焊槍定位裝置：在伸縮橫臂的焊槍方向一端，設一可伸縮的定位桿，以不同規格產品的定位距離，分別在定位桿上不同位置加工定位孔。定位時，以封頭內表面頂端為定位基準，調整定位孔的位置，用螺栓固定，調整伸縮橫臂到焊槍封頭頂部的距離，即可準確地確定內環縫焊接時的焊槍位置，使用簡便快捷。

4）主軸調速機構。焊接專機的調速機構在原車床的主軸傳動系統基礎上，用P=1.5 kW變頻調速電機代替原7.5 kW電機，可使機床節省50%以上的電力消耗。為解決變頻調速電機低速運行時出現的扭矩不足現象，增設一臺i=20的WD系列蝸輪減速機與車床主軸箱連接，通過對變頻調速電機進行無級 調速，能滿足各種產品不同焊接部位對焊接速度的要求。主軸輸出扭矩可靠，速度穩定，調節方便。

3 結論

利用C6140車床改裝研制的焊接專機結構簡單，操作維護方便，大大節省了設備的投資成本，不但滿足了不同規格小口徑不銹鋼超精過濾器各種焊接接頭的TIG氬弧焊自動焊接，大大提高了產品質量和生產工效，且降低了生產成本，取得了顯著的經濟效益。

參考文獻

[1]賈寶麗，王濱，張文明.環型焊縫自動焊接機構的研制[J].現代焊接，2008（10）：J11-J15.

[2]王光斗.機床夾具設計手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000.endprint

摘 要 針對不銹鋼超精過濾器環焊焊接中存在的質量問題，將報廢的C6140車床改造為TIG自動焊接專機，提高了焊接質量和生產效率。

關鍵詞 小口徑不銹鋼容器；環縫焊接；舊車床；TIG焊接專機

中圖分類號：TG457.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0138-02

某工廠生產的不銹鋼超精過濾器是專門用于壓縮空氣凈化除菌的設備，其殼體按一類壓力容器標準制造，產品的外觀質量有很高的要求：除角焊縫外，其余焊縫需修磨至與筒體母材等高，不允許有氣孔、咬邊、凹陷等缺陷。殼體內外表面需打磨拋光至Ra=0.1μm以下，以符合醫藥、食品加工等行業的生產工藝要求。

以往，環縫采用手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型的焊接工藝，焊接質量難以控制。焊縫背面（內環縫）容易出現未焊透、凹陷、咬邊或焊縫接頭高低不平等缺陷，一次焊接合格率偏低，生產效率不高。

針對產品焊接中出現的質量問題，將報廢的C6140車床進行改造，研制開發了用于不銹鋼超精過濾器的TIG自動焊接

專機。

1 焊接工藝分析

超精過濾器殼體由封頭、筒體、法蘭等零件組成，（圖1）材質為304，封頭及筒體的壁厚為2.5～3 mm，筒體共有五種規格：φ89、φ108、φ133、φ159、φ209，產品長度由200～850 mm不等。

圖1 殼體

按產品結構和質量要求，通常采用以下焊接工藝。

1）手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型。其施焊及送絲均由人工完成，焊接質量受焊接速度、焊接弧長、焊工技能水平等因素影響較大，焊接質量不穩定，焊接生產效率不高。若內環縫出現未焊透、咬邊、凹陷、接頭過高等缺陷，難以對焊縫進行修補和打磨。

2）TIG加填焊絲單面焊雙面自動焊。采用該工藝，焊縫接頭成型質量會有明顯的改善，但容易產生內環縫接頭余高超差，同樣存在焊縫修整難的問題。

3）TIG雙面自動焊。TIG雙面自動焊將焊接工序分為二步：第一步，改進封頭與筒體的拼裝接頭形式，在封頭的直邊段用車床加工出深2 mm，厚0.5 mm的環形止口。止口的外徑與筒體內徑相等，將封頭壓進筒體內校正后點焊固定，相當于在焊接位置加裝了墊板。采用小電流、短弧長、不填絲自熔式TIG自動焊打底，能有效消除自熔式熔接時可能產生的凹陷現象，以獲得表面圓滑、組織均勻、成型美觀的焊縫，省卻了內環縫焊后打磨修整工序。第二步，用加填焊絲的TIG自動焊工藝焊接外環縫。

經多方比較分析，確定環縫焊接采用TIG雙面自動焊工藝。

2 焊接專機的主要結構及功能

根據焊接工藝和產品結構，確定焊接專機采用焊槍固定，工件轉動的結構形式。

焊接專機（圖2）由床身、工件夾持機構、焊槍調節及定位機構、主軸調速機構等部分組成。

圖2 焊接專機

1）床身。焊接專機以C6140車床作床身，具有良好的剛性，拆除尾座、四方刀架及小拖板，保留其他零部件。

2）工件夾緊機構。工件由主軸上的三爪卡盤夾緊。為適應不同產品的裝夾，避免夾持時卡爪對筒體表面造成機械損傷，將活動卡爪夾持部分，改為用鋁合金材料制作的加長軟爪。當夾持的工件長度超過500 mm時，加裝自制U型中心架作輔助支承，U型中心架的支座由三組可自動調心的滾輪組成，保證工件與卡盤軸心重合。滾輪用尼龍材料加工，中間配有軸承，能有效減少對筒體的摩擦，使工件在施焊過程中保持運轉平穩、焊接弧長穩定。變換產品規格時，可手工調整支座位置。

3）焊槍調節及定位機構。利用半自動切割機上的十字滑塊總成改裝成焊槍調節機構，安裝在中拖板上，由升降絲桿、伸縮橫臂組成。與車床的中拖板配合使用，使焊槍具有三維調節功能，移動調節范圍大。

內環縫的焊接質量，是產品質量的關鍵。內環縫施焊前，必須確保焊槍處于正確的焊接位置。受筒體結構的限制，采用人工對中容易跑偏，若采用光電數控系統對焊槍進行定位，定位精度雖然高，但結構復雜，成本較高。經多方試驗，設計了簡單實用的焊槍定位裝置：在伸縮橫臂的焊槍方向一端，設一可伸縮的定位桿，以不同規格產品的定位距離，分別在定位桿上不同位置加工定位孔。定位時，以封頭內表面頂端為定位基準，調整定位孔的位置，用螺栓固定，調整伸縮橫臂到焊槍封頭頂部的距離，即可準確地確定內環縫焊接時的焊槍位置，使用簡便快捷。

4）主軸調速機構。焊接專機的調速機構在原車床的主軸傳動系統基礎上，用P=1.5 kW變頻調速電機代替原7.5 kW電機，可使機床節省50%以上的電力消耗。為解決變頻調速電機低速運行時出現的扭矩不足現象，增設一臺i=20的WD系列蝸輪減速機與車床主軸箱連接，通過對變頻調速電機進行無級 調速，能滿足各種產品不同焊接部位對焊接速度的要求。主軸輸出扭矩可靠，速度穩定，調節方便。

3 結論

利用C6140車床改裝研制的焊接專機結構簡單，操作維護方便，大大節省了設備的投資成本，不但滿足了不同規格小口徑不銹鋼超精過濾器各種焊接接頭的TIG氬弧焊自動焊接，大大提高了產品質量和生產工效，且降低了生產成本，取得了顯著的經濟效益。

參考文獻

[1]賈寶麗，王濱，張文明.環型焊縫自動焊接機構的研制[J].現代焊接，2008（10）：J11-J15.

[2]王光斗.機床夾具設計手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000.endprint

摘 要 針對不銹鋼超精過濾器環焊焊接中存在的質量問題，將報廢的C6140車床改造為TIG自動焊接專機，提高了焊接質量和生產效率。

關鍵詞 小口徑不銹鋼容器；環縫焊接；舊車床；TIG焊接專機

中圖分類號：TG457.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0138-02

某工廠生產的不銹鋼超精過濾器是專門用于壓縮空氣凈化除菌的設備，其殼體按一類壓力容器標準制造，產品的外觀質量有很高的要求：除角焊縫外，其余焊縫需修磨至與筒體母材等高，不允許有氣孔、咬邊、凹陷等缺陷。殼體內外表面需打磨拋光至Ra=0.1μm以下，以符合醫藥、食品加工等行業的生產工藝要求。

以往，環縫采用手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型的焊接工藝，焊接質量難以控制。焊縫背面（內環縫）容易出現未焊透、凹陷、咬邊或焊縫接頭高低不平等缺陷，一次焊接合格率偏低，生產效率不高。

針對產品焊接中出現的質量問題，將報廢的C6140車床進行改造，研制開發了用于不銹鋼超精過濾器的TIG自動焊接

專機。

1 焊接工藝分析

超精過濾器殼體由封頭、筒體、法蘭等零件組成，（圖1）材質為304，封頭及筒體的壁厚為2.5～3 mm，筒體共有五種規格：φ89、φ108、φ133、φ159、φ209，產品長度由200～850 mm不等。

圖1 殼體

按產品結構和質量要求，通常采用以下焊接工藝。

1）手工TIG加填焊絲單面焊雙面成型。其施焊及送絲均由人工完成，焊接質量受焊接速度、焊接弧長、焊工技能水平等因素影響較大，焊接質量不穩定，焊接生產效率不高。若內環縫出現未焊透、咬邊、凹陷、接頭過高等缺陷，難以對焊縫進行修補和打磨。

2）TIG加填焊絲單面焊雙面自動焊。采用該工藝，焊縫接頭成型質量會有明顯的改善，但容易產生內環縫接頭余高超差，同樣存在焊縫修整難的問題。

3）TIG雙面自動焊。TIG雙面自動焊將焊接工序分為二步：第一步，改進封頭與筒體的拼裝接頭形式，在封頭的直邊段用車床加工出深2 mm，厚0.5 mm的環形止口。止口的外徑與筒體內徑相等，將封頭壓進筒體內校正后點焊固定，相當于在焊接位置加裝了墊板。采用小電流、短弧長、不填絲自熔式TIG自動焊打底，能有效消除自熔式熔接時可能產生的凹陷現象，以獲得表面圓滑、組織均勻、成型美觀的焊縫，省卻了內環縫焊后打磨修整工序。第二步，用加填焊絲的TIG自動焊工藝焊接外環縫。

經多方比較分析，確定環縫焊接采用TIG雙面自動焊工藝。

2 焊接專機的主要結構及功能

根據焊接工藝和產品結構，確定焊接專機采用焊槍固定，工件轉動的結構形式。

焊接專機（圖2）由床身、工件夾持機構、焊槍調節及定位機構、主軸調速機構等部分組成。

圖2 焊接專機

1）床身。焊接專機以C6140車床作床身，具有良好的剛性，拆除尾座、四方刀架及小拖板，保留其他零部件。

2）工件夾緊機構。工件由主軸上的三爪卡盤夾緊。為適應不同產品的裝夾，避免夾持時卡爪對筒體表面造成機械損傷，將活動卡爪夾持部分，改為用鋁合金材料制作的加長軟爪。當夾持的工件長度超過500 mm時，加裝自制U型中心架作輔助支承，U型中心架的支座由三組可自動調心的滾輪組成，保證工件與卡盤軸心重合。滾輪用尼龍材料加工，中間配有軸承，能有效減少對筒體的摩擦，使工件在施焊過程中保持運轉平穩、焊接弧長穩定。變換產品規格時，可手工調整支座位置。

3）焊槍調節及定位機構。利用半自動切割機上的十字滑塊總成改裝成焊槍調節機構，安裝在中拖板上，由升降絲桿、伸縮橫臂組成。與車床的中拖板配合使用，使焊槍具有三維調節功能，移動調節范圍大。

內環縫的焊接質量，是產品質量的關鍵。內環縫施焊前，必須確保焊槍處于正確的焊接位置。受筒體結構的限制，采用人工對中容易跑偏，若采用光電數控系統對焊槍進行定位，定位精度雖然高，但結構復雜，成本較高。經多方試驗，設計了簡單實用的焊槍定位裝置：在伸縮橫臂的焊槍方向一端，設一可伸縮的定位桿，以不同規格產品的定位距離，分別在定位桿上不同位置加工定位孔。定位時，以封頭內表面頂端為定位基準，調整定位孔的位置，用螺栓固定，調整伸縮橫臂到焊槍封頭頂部的距離，即可準確地確定內環縫焊接時的焊槍位置，使用簡便快捷。

4）主軸調速機構。焊接專機的調速機構在原車床的主軸傳動系統基礎上，用P=1.5 kW變頻調速電機代替原7.5 kW電機，可使機床節省50%以上的電力消耗。為解決變頻調速電機低速運行時出現的扭矩不足現象，增設一臺i=20的WD系列蝸輪減速機與車床主軸箱連接，通過對變頻調速電機進行無級 調速，能滿足各種產品不同焊接部位對焊接速度的要求。主軸輸出扭矩可靠，速度穩定，調節方便。

3 結論

利用C6140車床改裝研制的焊接專機結構簡單，操作維護方便，大大節省了設備的投資成本，不但滿足了不同規格小口徑不銹鋼超精過濾器各種焊接接頭的TIG氬弧焊自動焊接，大大提高了產品質量和生產工效，且降低了生產成本，取得了顯著的經濟效益。

參考文獻

[1]賈寶麗，王濱，張文明.環型焊縫自動焊接機構的研制[J].現代焊接，2008（10）：J11-J15.

[2]王光斗.機床夾具設計手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000.endprint