一種新型焊接設備在壓力鋼管制作中的運用

摘要：在壓力鋼管制作過程中，焊接設備關系到鋼管制作的質量與成本，自動式回旋焊接中心替代傳統的手工焊接從事環縫和縱縫焊接，大大降低了生產成本，起到了高效能、低污染且質量穩定的效果，其焊接設備和焊接方法的使用和推廣使壓力鋼管制作水平有了明顯的提升。

關鍵詞：自動式回旋焊接中心；壓力鋼管；新型焊接設備；環縫焊接；縱縫焊接 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG43 文章編號：1009-2374（2015）16-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.016

本文以某水電站所采用的Q345R和WDB620材質的壓力鋼管為例，通過施工前期的調研以及在實際施工中和手工焊接的參數對比分析，探討自動式回轉焊接中心焊接技術在壓力鋼管制作中的運用問題。

1 工程應用概況及壓力鋼管的制作特點

1.1 某水電站概況

該水電站的裝機容量為86.7MW，最高蓄水位為820m，最低蓄水位為790m，有效庫容為1.32億m?，其引水系統主要由調壓井、明管、低壓隧洞以及高壓鋼管隧洞組成。

1.2 壓力鋼管的制作特點分析

該水電站所采用的壓力鋼管主要經過下料、坡口、卷材、焊接和防腐等工序制作而成，其內徑為200cm。該工程采用的壓力鋼管原材料為14～40mm等不同板厚的鋼板，主要分為明管段和埋管段。明管段的總長為2234m，板厚為14～38mm；洞內鋼管分別由上平段、豎井段以及下平段組成，總長度為1957m，板壁厚度為14～40mm。另外，該工程所采用的壓力鋼管標準節長度為2.5m，鋼管出廠前在工廠內拼裝成為2節一組，即長度為5m的鋼管，明管段的鋼管可以根據不同情況進行拼裝，所采用的壓力鋼管共有1768節。

2 制作工藝的選擇及前期市場調研

2.1 施工工藝的選擇

該工程作為一項國際性工程，其壓力鋼管制作工期為720個工作日，具有工期緊、任務重、質量要求較高的特點。由于施工現場包含明管段、豎井段以及暗管段等眾多現場工作面，為保證各個工作面的同時施工，勢必造成高水平的焊接技術人員分散，急需一套可行的制作工藝以便提升工程施工效率，達到降低施工成本的

目的。

作為壓力鋼管制作的重要工序，縱縫和環縫的焊接工作效率對壓力鋼管制作的整體施工進度有著重要的影響，但是當前大多數水電施工單位所采用的手工焊接工藝不能滿足施工進度的要求，會對后續施工進度產生不良的影響，所以決定采用新型焊接設備——回旋式焊接操作中心進行壓力鋼管道的制作。

2.2 市場調研

在該工程的前期籌備工作中，籌備人員走訪了行業內其他單位的施工現場，了解到濟南某科技有限公司在多年的對焊接工藝和焊接方法的試驗研究基礎上，通過與國內外焊接協會的交流合作，改進出了一種新型的回旋式焊接操作中心設備，并已在國內外的大型船廠投入使用。經過與該工程的壓力鋼管制作要求對比分析，并在對其焊接試件的外形檢查及超聲波探傷檢測基礎上，認定其設備和方法滿足該工程使用要求。

3 自動式回旋焊接中心在壓力鋼管制作中的應用

3.1 回旋式焊接中心工作原理

自動式回旋焊接中心是由自動焊機和一組滾輪架外加一臺焊接設備和送絲小車共同組成的，其鋼管放置在滾輪架之上并在滾輪架的驅動下進行環縫的焊接，或者在滾輪架固定不動的情況下，通過伸縮臂的伸縮作用進行縱縫的焊接處理，其主要是采用埋弧焊的焊接方式，并可以通過滾輪架和伸縮臂的變頻調速，使鋼管在速度穩定的情況下不會出現爬行現象，對焊接點起到了相對的穩定作用。

3.2 各部件組成及功能

3.2.1 伸縮臂：伸縮臂上安裝有相應的齒條，通過安裝在滑座上的齒輪帶動伸縮臂在滑座上左右伸縮。

3.2.2 拖鏈：拖鏈的主要作用是對操作機控制箱和焊接電源機頭位置的電纜進行約束處理，使線纜不致外露，并實現安全可靠和外形美觀的效果。

3.2.3 立柱：立柱安裝在回旋支撐上，并可以進行180°的正反旋轉，其主要作用是在提升機構的作用下帶動滑座和伸縮臂的上下升降。

3.2.4 滑座：滑座是完成伸縮臂和伸縮臂上下升降的主要部件。

3.2.5 伸縮臂提升減速機：伸縮臂提升減速機是指雙極蝸輪蝸桿減速機，其具有較大的輸出扭矩并具有良好的自鎖性，主要作用是保證伸縮臂系統的升降穩定性。

3.2.6 安全爪：安全爪的主要作用是在突發情況下（比如鏈條斷裂時）可以迅速翻起并緊扣在立柱圓孔中，從而防止伸縮臂的下落，起到對人員的安全保護作用。

3.2.7 鏈條：伸縮臂的升降主要是依靠鏈條的拉動作用來實現的，在進行鏈條的選擇時應采用承載能力較高的優質鏈條。

通過以上對于自動式回旋焊接中心各部件組成和功能之間的分析，可以看出焊接中心是通過伸縮臂運動從而進行縱縫環縫焊接的，其具有速度穩定、無滑動、不易受外力影響等優點，只需要調整好適當的角度就能實現自動式焊接。另外，在焊接設備的前部安裝有紅外攝像頭在焊接過程中通過紅外線對焊縫的對準作用，引導焊頭始終位于正常焊道內，并對存在的偏差運用手操器進行控制。在進行焊接的過程中，焊接的自動化程度相對較高，只需要一位熟練的操作人員和焊劑清理工人即可，不需要專業水平的焊接技術人員，所以其依賴性相對較小，并且有利于焊接成本的降低。

3.3 自動式回旋焊接中心和手工焊的參數對比

自動式回旋焊接中心和手工焊的參數對比如表1所示：

以上主要是在實施過程中的自動焊和手工焊之間關于環縫焊接的基本參數對比，通過參數對比分析和工程實踐操作可以看出，在操作得當的情況下，咬邊、夾渣以及氣孔出現的情況極少，其外觀一次通過率高達99%，在進行超聲波探身時，自動式回旋焊接中心的通過率是95%，而手工焊接的通過率僅為75%。由此可見，自動焊接中心的焊接設備和焊接工藝具有相當大的優越性。自動焊接中心焊接工藝與設備的出現，很大程度上提高了鋼管制作的質量，同時還能夠節約成本。相信隨著我國科學技術的發展，自動焊接中心焊接工藝會被不斷完善，為我國制造業的發展做出更大的貢獻。

4 結語

自動式回旋焊接中心憑借其焊接速度快、焊接外形美觀、焊道寬以及焊接質量高的優點，在國內的大型船廠以及金屬結構制作中得到了較為廣泛的應用，但是其也有一定的缺陷，比如操作中心需要固定在相對堅固的地基上，同時過大的設備體積也限制了其使用范圍的推廣。相信隨著施工水平和各種新型設備的研發的利用，自動式回旋焊接中心設備及技術方法將得到更大的進步，壓力鋼管制作水平也會得到進一步的提升。

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作者簡介：黃建生（1968-），江西省電力設備總廠工程師，研究方向：電力機械制造工藝及設計。

（責任編輯：周 瓊）