埋弧焊設備更新功能提升技術改造研究

■ 王毅敏

1. 概述

本文技術改造的設備全部應用于以生產壓力容器為主的國有企業中，這些企業制造的壓力容器關系到人民生命財產的安全和社會的穩定，在整個生產過程中，受國家壓力容器監察委員會的監督。因此，企業生產的產品都精工細作，保質保量。然而，企業埋弧焊設備都是20世紀80年代采購的，造成工人的生產環境惡劣，生產手段低下，迫切需要進行技術改造。

2. 技術改造工藝的確定

（1）針對老設備埋弧焊機原來只能焊接φ630mm口徑的管道，在焊接內部的環焊縫時人要鉆進長9m的管道中，趴在管道內部進行焊接操作。冬天貼在冰冷的鋼板上，后面還要開著鼓風機排除煙霧和粉塵，三伏天冒著35℃以上的室溫還要鉆進溫度高達40℃的管道內趴著進行焊接操作，如果遇到需要加熱到200℃以上焊接的材料更是苦不堪言。焊工爬進爬出，隨時有觸電危險，很不安全，同時生產效益又低，焊接質量不能得到充分保證（見圖1）。

為此，技術改造小組同專業生產焊接設備的企業一起，經過反復的試驗，在老設備的系統上增加監視操作系統，這樣既改善工人的工作環境，同時又可以利用老設備，降低了設備采購成本，保證了產品質量。

（2）監視操作系統的安裝，主要利用現有的焊接十字架胎架進行改造。整個改造由監視探頭、監視顯示操作控制和焊劑收放四個部分組成。先期在焊接部位的上方安放監控探頭和顯示屏進行試驗，既要保證看得清楚，又要預防飛濺和高溫將監控探頭損壞，為此，課題組經過不斷調整和改進，使之達到了最佳狀態（見圖2）。

在獲得初次試驗成功的前提下，又將焊接操作的幾個控制部分合并在一個操作控制臺上，便于操作和控制（見圖3）。

為了能夠在外操作平臺控制焊劑的回收輸送，通過市場調研，選擇了四川成都焊研威達科技股份有限公司的HYWD—HS100E2型焊劑回收輸送一體機。該套設備在設計上是比較合理的，能夠滿足這臺焊接十字架胎架的應用（見圖4）。

整套設備由回收輸送主體、焊劑料斗、不銹鋼管、連接軟管和吸嘴組成。回收主機懸掛安裝于橫臂尾端，焊劑斗和焊劑吸嘴安裝在焊接機頭（見圖5）。中間由不銹鋼管和軟管連接， 由此構成一套焊劑自動輸送和未熔化焊劑回收的循環系統。

3. 焊接操作程序

（1）本機的運行操作系統由遠程控制操作完成，由遙控盒控制在操作臺上進行。

（2）打開儲料桶蓋加入焊劑（一次性加入焊劑40kg，切忌多加，以免過多的焊劑造成堵塞），把蓋子蓋好扣緊。

（3）打開電源和氣源，關閉回收、送料開關和焊劑料斗下料開關，過5min后開始試機（讓焊劑進入輸送倉內）。

（4）打開回收開關，用手感覺機器后面排放口的氣流方向，排放口往外吹風表示風機正常運轉，排放口往里吸風表示風機反轉，請立即停機關閉總電源，調整輸入電源的相位。

圖 1

圖 2

（5）打開送料開關，觀察電控箱上的氣源壓力表和送料壓力表，輸入氣源壓力應保持在≥0.6MPa，送料壓力達到0.2～0.4MPa即可。待焊劑送至機頭焊劑料斗后，打開回收開關和焊劑料斗下料閥開關開始正常焊接。焊接過程中由于輸送倉一直保持輸送狀態，所以焊接料斗始終保持滿的狀態，直至倉內的焊劑用完。

圖 3

圖 4

圖 5

（6）一體機上警燈閃爍鳴叫，說明主機內焊劑已少于15kg，需往主機內加焊劑。添加焊劑的方式有兩種：①吸入式：停止焊接，利用主機的回收功能直接吸40kg優質焊劑至主機內。②倒入式：關閉回收和輸送，打開儲料桶蓋子，直接倒入40kg優質焊劑（切忌加入過多焊劑，以免堵塞）。

（7）該一體機有加熱保溫系統， 控制儀在主機側面，可根據需求設定溫度。溫度設定步驟按SET鍵確定（見圖6）。

（8）焊接過程中為了在控制操作顯示屏上能一目了然觀察到焊絲與坡口焊縫的對準度，在焊絲的前面裝了一個紅外線導向燈，進行導向，避免了因埋弧焊的焊劑覆蓋在焊道上而無法看見焊縫焊接時產生的焊偏現象（見圖7）。

4. 設備內部節能調整研究

由于設備陳舊，使用的埋弧焊機還是20世紀80年代的MZ—1000硅整流焊機，是采用二極可控硅整流，使用時焊接電流不能在機頭的控制箱上調節，只能在焊機本體上派專人進行調節，且噪聲大。課題組用多功能弧焊整流器改造原有的硅整流焊機，用于焊接管道的外環縫和外直縫（見圖8）。它由以下兩個部分組成。

（1）ZD5（D）系列晶閘管多功能弧焊整流器 主要適用于埋弧焊和電渣焊，同時，一鍵轉換也可用于碳弧氣刨、鑄鋼保溫等，符合GB15579.1—2004標準要求。采用軟啟動方式，主交流接觸器由面板按鈕控制，此時主變壓器及晶閘管已承受工作電壓。控制信號及觸發脈沖由焊接控制箱控制。這樣主交流接觸器在無電流的情況下切換，可大大提高使用壽命，減少對電網的沖擊，具有操作方便、維修簡單、可靠性高等優點。

主要結構包括：①主變壓器：三相干式風冷結構，起降壓隔離作用。②整流器：三相半控橋式整流，由三支二極管，外加兩支續流二極組成，整流并控制多功能弧焊整流器輸出能量。③電抗器：干式風冷結構，起慮波作用。④控制電路板：提供控制電源及實現焊接參數的閉環控制。⑤面板：用于操作和顯示參數。⑥輸入端子：與三相380V電網相連接，整流器背面的接地螺栓應可靠接地，接電纜截面積≥16mm2。⑦輸出端子（+）（-）：連接正負焊接電源。⑧風扇：用于抽風式冷卻。⑨溫度繼電器：當多功能弧焊整流器溫度過高時會自動斷電保護。⑩交流接觸器：控制主電源三相通斷。控制變壓器：提供控制電源，實現強弱電間電氣隔離。

工作原理：多功能弧焊整流器由主電路和控制電路組成。主電路為三相橋式半控橋晶閘管器，其中兩只二極管的陽極連在一起，稱為“共陽極組”：兩只晶閘管的陰極連在一起，稱為 “共陰極組”。通過調節晶閘管導通角，可以改變輸出直流電壓。

圖 6

圖 7

圖 8

控制電路核心是控制板，從分流器上取得的電流信號或從輸出端取得的電壓信號，經放大后與給定信號進行綜合比較后輸出觸發角可調的觸發脈沖，去控制晶閘管的導通角，以維持電流或電壓的恒定，從而使多功能弧焊整流器具有穩定的輸出特性。

（2）焊接小車是KZ—1型埋弧焊控制箱 焊外直縫（見圖9）、焊外環縫是由弧焊電源為小車控制系統提供控制電源，經總控開關送入直流調速控制電路板，分別驅動送絲電動機和行走電動機工作。

本送絲和行走電路均采用單相橋式整流晶閘管斬波調速，其優點是可分別進行調節，互不干擾，且當焊接電壓變化時送絲速度相應改變，從而自動調節電弧電壓。焊接完畢時送絲和行走停止，電弧返燒，防止粘絲并填補弧坑。

圖 9

在整個改造過程中，課題組經過反復試驗，對設備進行消化吸收，增加和改進了部分裝置。如原來焊接外環縫和外直縫時，由于埋弧焊的工作特性，焊后的焊劑停留在焊縫上自由灑落在工件和地面上，造成大量的焊劑由于受到污染而報廢。因此，我們購買了吸塵裝置，將原來人工手提的改為連在焊接小車上，使整個焊接過程中不需要將機器停下就可將焊劑吸入到焊劑倉儲罐中，既降低了工人的勞動強度，改善了工作環境，又節約了因焊劑灑落在地面上無法利用而產生的浪費。

5. 具體實施

埋弧焊設備改造完成后，我們對2016年所焊的管道產品進行了統計，X光無損檢測，共拍片2000張，合格1968張，合格率達到了98%。經對比分析，焊縫總長度5600m，手工焊需1120人完成，自動焊需180人完成 ，不僅實際效益提高6倍多，而且焊接的工況條件得到了根本的改變（見圖10）。

圖 10

6. 結語

在整個改造過程中，課題組堅持節能環保的原則，在市場上尋找既經濟又實用的產品來改造原有的設備。通過技術改造，現在焊接管道時工人不需要再鉆進管道內進行焊接操作控制，在外輕松自如的通過顯示屏進行遙控操作即可，大大降低了工人的勞動強度，改善了工人的生產環境，避免人在管道內吸入由于焊接后產生的煙霧和粉塵，同時也保證了產品質量，提高了生產效率。現在能夠從過去局限焊接φ630mm到現在焊接φ560mm的管道，提高了焊接管道口徑的范圍，擴大了在市場承接任務的范圍。通過對所焊的產品進行了X光無損檢測，共拍片91張，全部合格，一級片達到了98%。同時生產輔料（焊劑）的重復利用大大提高，現在同樣焊接一臺2000m3規格的球罐支柱，生產輔料用量由原來的380kg降低到現在的300kg，降低了生產成本。