筒形焊接結(jié)構(gòu)焊接用變位機械的設(shè)計①

王 瑾 王 瑋

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系；2.蘭州石化公司乙烯廠)

筒形焊接結(jié)構(gòu)焊接用變位機械的設(shè)計①

王 瑾1王 瑋2

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系；2.蘭州石化公司乙烯廠)

為提高筒體制造的機械化和自動化水平，設(shè)計了一種焊接變位機械，可方便快捷地進行筒體結(jié)構(gòu)的焊接。

焊接用變位機械 筒體焊接

鍋爐和壓力容器是石油化工和電力行業(yè)廣泛使用的設(shè)備，屬于筒形焊接結(jié)構(gòu)。筒形焊接結(jié)構(gòu)組裝方法分立裝和臥裝兩種：對直徑大、長度短、壁厚薄的筒形結(jié)構(gòu)基本采用立裝方法組裝；而對直徑小、長度長、壁厚和剛度較大的筒形結(jié)構(gòu)基本采用臥式組裝。立裝組裝時大多采用焊條電弧焊、CO2氣體保護焊等焊接方法，臥裝方法組裝時目前基本都采用埋弧自動焊。筒形焊接結(jié)構(gòu)在制造過程中，純焊接所需作業(yè)工時占全部作業(yè)工時的30%左右，直接影響生產(chǎn)進度。解決好這一問題的最佳途徑，就是大力推廣使用機械化和自動化程度較高的焊接工藝裝備，即焊接變位機械[1～5]。

1 筒體外縱焊縫和外環(huán)焊縫的焊接

筒形焊接結(jié)構(gòu)上的焊縫主要有兩種，一種是與筒體軸線平行的焊縫，稱為縱焊縫，另一種是繞筒體圓周方向的焊縫，也稱環(huán)焊縫。當(dāng)筒體直徑較小時一般采用單面焊雙面成形，當(dāng)筒體直徑較大時，一般采用雙面焊，石油化工企業(yè)用的壓力容器和火電企業(yè)用的鍋爐大多直徑都比較大，所以基本都采用雙面焊。從焊接方法看，目前筒體的焊接幾乎全部采用埋弧自動焊，焊條電弧焊只是當(dāng)需要封底焊或焊接缺陷返修時才使用，在筒體壁厚較大的情況下一般采用電渣焊[6]。另外，鍋爐和壓力容器是具有爆炸危險的設(shè)備，對焊接質(zhì)量要求比較高，同時，局部結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜，鋼材品種比較多，有的鋼材焊接性比較差，新工藝、新技術(shù)應(yīng)用比較廣。因此，對操作工人技術(shù)水平要求比較高，有關(guān)焊接規(guī)程、管理制度要求比較嚴(yán)格。

對筒體外縱縫和外環(huán)縫的焊接，在采用埋弧自動焊時，筒體一般放在滾輪架上，當(dāng)焊接外縱焊縫時，筒體可以放置在滾輪架上固定不動，焊機在平臺上沿專用軌道以焊接速度移動完成焊接工作；當(dāng)焊接外環(huán)焊縫時，可以將焊機固定，使筒體在滾輪架上以焊接速度做回轉(zhuǎn)圓周運動，完成焊接工作。這樣就可以設(shè)計一臺平臺式變位機械(圖1)，圖1a為單軌式變位機，圖1b為雙軌式變位機。焊接時，將埋弧焊的焊機機頭安置在變位機的平臺上并固定，平臺可以沿立柱上下移動，以調(diào)節(jié)焊機與焊件之間的距離，并按焊接速度沿軌道移動，完成筒體外縱焊縫的焊接工作。當(dāng)焊接外環(huán)焊縫時，變位機固定不動，因而焊機也就固定不動，筒體在平臺下方在滾輪架上轉(zhuǎn)動，完成焊接工作。鍋爐和壓力容器直徑有大有小，為了適應(yīng)不同直徑的筒體焊接，也可設(shè)計成懸臂式變位機械(圖2)，這種變位機與圖1的變位機相比具有更大的靈活性，除具有與之相同的運動形式外，焊機機頭沿懸臂可直線運動，懸臂可繞立柱回轉(zhuǎn)運動[7，8]。

圖1 平臺式焊機變位機

圖2 懸臂式焊機變位機

2 筒體內(nèi)縱焊縫和內(nèi)環(huán)焊縫的焊接

對于筒形焊接結(jié)構(gòu)直徑較小時，一般采用在筒體外部進行單面焊雙面成形，當(dāng)筒體直徑比較大、并且在筒體內(nèi)部方便焊接時，一般采用雙面焊。對于在筒體內(nèi)部進行內(nèi)縱焊縫和內(nèi)環(huán)焊縫焊接時，可設(shè)計成懸臂式焊接變位機(圖3)，埋弧焊焊接小車固定在懸臂的端部。焊接內(nèi)縱焊縫時，將懸臂伸入到筒體內(nèi)部，筒體安置在滾輪架上固定不動，變位機在軌道上按焊接速度移動，完成焊接工作；焊接內(nèi)環(huán)焊縫時，懸臂伸入到筒體內(nèi)部對接縫的位置，變位機固定不動，焊接滾輪架作圓周運動，在摩擦力的作用下帶動筒體以焊接速度旋轉(zhuǎn)，完成環(huán)焊縫的焊接工作[9～12]。

圖3 筒體內(nèi)焊縫焊接變位機

3 結(jié)束語

基于鍋爐、壓力容器等筒形焊接結(jié)構(gòu)在焊接過程中，以目前大多采用埋弧自動焊為基礎(chǔ)，研究設(shè)計了適合于筒體內(nèi)外縱焊縫和環(huán)焊縫焊接用的變位機械，使鍋爐和壓力容器制造企業(yè)在焊接過程中，大幅提高焊接生產(chǎn)效率，保證接頭質(zhì)量，降低工人的勞動強度。

[1] 陳裕川，江維，何奕波．現(xiàn)代機器人焊接變位機的設(shè)計準(zhǔn)則[J].現(xiàn)代焊接，2011，41(5)：40～42．

[2] 陳登豐．用埋弧成形焊法制造容器零件[J].石油化工設(shè)備，1986，15(10)：19～21．

[3] 陳裕川．我國自動化焊接裝備的當(dāng)代發(fā)展水平[J].現(xiàn)代焊接，2010，40(1)：115～117．

[4] 陳裕川．大型自動化焊接設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電焊機，2002，32(10)：1～4．

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[8] 宗培言．焊接結(jié)構(gòu)制作技術(shù)及裝備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[9] 陳裕川．現(xiàn)代焊接生產(chǎn)實用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

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[11] 孫愛芳，吳金杰．焊接結(jié)構(gòu)制造[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

[12] 肖增文，楊小蘭，劉極峰．塞拉門弧焊機器人柔性工作站夾具與變位機設(shè)計[J].焊接技術(shù)，2008，37(1)：65～66．

DesignofWeldingPosionerforCylindricalWeldingStructures

WANG Jin1, WANG Wei2

(1.DepartmentofElectronicandElectricalEngineering,LanzhouPetrochemicalPolytechnic; 2.EthylenePlant,CNPCLanzhouPetrochemicalCorporation)

For purpose of improving mechanization and automation level in manufacturing cylinders, a welding posioner was designed for convenient and fast manufacturing and welding of cylindrical structures.

welding posioner, cylinder welding

王瑾(1966-)，副教授，從事自動化和機電設(shè)備維修專業(yè)的教學(xué)與研究，wangjin_lzpcc@163.com。

TQ050.6

A

0254-6094(2017)01-0057-03

2016-04-11，

2016-06-30)