一種快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組

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(1.中油管道機械制造有限責任公司， 河北 廊坊 065000；2.長慶石油勘探局有限公司 北京辦事處, 北京 100000)

快開盲板是用在長輸油氣管道站場、油氣集輸站場、煤層氣井場等的壓力容器和壓力管道上，具有安全聯(lián)鎖與報警功能，能夠實現(xiàn)快速開啟和關閉的機械受壓裝置，主要由端法蘭、頭蓋、鎖圈、密封圈及轉臂等部件構成[1-5]。快開盲板端法蘭材質一般為碳鋼，設備長時間運行后，端法蘭密封面(與密封圈接觸部位)因與介質長期接觸而發(fā)生腐蝕，會對快開盲板密封性能造成不利影響。為杜絕端法蘭密封面產生腐蝕，常利用堆焊技術在端法蘭密封面堆焊1層不銹鋼[6-8]。

快開盲板端法蘭密封面堆焊面是一環(huán)形凹面，目前還沒有適合這種結構形式的成型自動化焊接設備。最初快開盲板端法蘭密封面堆焊采用的是手工焊接方法，存在工作效率低、人員勞動強度大等問題，而且手工焊接過程中天氣、焊接環(huán)境和人員等因素的影響會造成密封面堆焊完成后進行機加工過程中出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，造成二次甚至多次返修、補焊。為消除人為因素對焊接質量的影響，提高工作效率，實現(xiàn)端法蘭密封面自動化堆焊，結合堆焊工藝，借鑒埋弧焊自動化焊接系統(tǒng)[9-11]，采用變位系統(tǒng)、二氧化碳氣體保護焊機[12-15]、十字臂和電源控制柜等設備，并根據(jù)端法蘭堆焊實際情況對設備進行改造，開發(fā)了一套適用于DN250 mm～DN1 550 mm快開盲板端法蘭密封面堆焊的自動化焊接機組。

1 快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組總體結構

快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組主要由自動化焊接系統(tǒng)、變位系統(tǒng)、電源控制柜、除塵系統(tǒng)以及焊接平臺組成，見圖1。

圖1 快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組總體結構

1.1 自動化焊接系統(tǒng)

自動化焊接系統(tǒng)由改造后的二氧化碳氣體保護焊機與高度可以調整的十字臂組成。不同規(guī)格的端法蘭堆焊凹面深度不同(圖2)，為保證焊接機組可以對所有規(guī)格的快開盲板端法蘭進行施焊，主要進行了以下幾點改進：①選用了高度可以調節(jié)的十字臂。②將二氧化碳氣體保護焊機焊槍進行了加長。③在十字臂端部設置專用夾具，用來固定二氧化碳氣體保護焊機焊槍。④把二氧化碳氣體保護焊機送絲機構固定在十字臂端部上方(圖3)，保證了焊槍與送絲機構的相對位置保持不變，確保施焊時送絲速度平穩(wěn)。

圖2 端法蘭堆焊結構示圖

圖3 二氧化碳氣體保護焊機送絲機構與十字臂位置圖

1.2 變位系統(tǒng)

采用手工焊接進行快開盲板密封面堆焊時，盲板固定不動，焊工沿著密封面進行圓周焊接，焊槍的移動速度主要靠人工掌握，不可能完全達到焊接工藝的要求，焊接質量不佳。為消除焊槍移動對焊接質量的影響，借鑒埋弧自動焊機的優(yōu)點，保持焊槍不動，采用變位系統(tǒng)，使盲板周向旋轉，且盲板轉動速度可以根據(jù)不同規(guī)格端法蘭的焊接轉動速度要求進行調節(jié)。

變位系統(tǒng)主要由旋轉平臺和控制旋轉平臺速度的手控盒組成。旋轉平臺只能進行周向旋轉，旋轉平臺的托盤最大直徑、承載能力以及配套電機的功率由堆焊機組所施焊的最大規(guī)格快開盲板端法蘭的尺寸和質量確定。旋轉平臺的轉速范圍則是根據(jù)不同規(guī)格快開盲板堆焊焊接工藝的焊接速度參數(shù)來確定的。

手控盒用來調節(jié)旋轉平臺的轉向及轉速，采用數(shù)字顯示保證其準確度。施焊時，根據(jù)需要堆焊的端法蘭規(guī)格，通過手控盒選用相應的轉速即可。

1.3 電源控制柜

電源控制柜主要用于控制堆焊機組各部件的動作，設有電源啟動按鈕、急停按鈕、正反轉按鈕、轉速調節(jié)觸屏、十字臂高度調節(jié)按鈕、焊接電壓調節(jié)按鈕、焊接電流調節(jié)按鈕、送絲速度調節(jié)按鈕、送氣氣壓調節(jié)按鈕及除塵系統(tǒng)開關按鈕。電源啟動按鈕用于控制整個機組的電源開啟及斷開。急停按鈕是在出現(xiàn)突發(fā)狀況時，可以實現(xiàn)機組的急停。正反轉按鈕和轉速調節(jié)觸屏與變位系統(tǒng)的手控盒功能一致，具有調節(jié)旋轉平臺的轉向及轉速的功能。根據(jù)不同規(guī)格快開盲板堆焊的焊接工藝，通過電源控制柜調節(jié)堆焊機組各部件的參數(shù)，保證快開盲板堆焊高效進行。

1.4 除塵系統(tǒng)

堆焊時會產生大量在空氣中懸浮的對人體有害的細小金屬顆粒，從安全環(huán)保及人員健康考慮，在焊接機組上配套了移動式焊接煙塵凈化器。凈化器上配有2～3 m長的柔性吸氣臂，適用于不同規(guī)格的快開盲板堆焊，移動靈活，操作方便，凈化效率高。

焊接煙塵凈化器主要部件包括萬向吸塵臂、耐高溫吸塵軟管、吸塵罩(帶風量調節(jié)閥)、阻火網(wǎng)、阻燃高效濾芯、脈沖反吹裝置、脈沖電磁閥、壓差表、潔凈室、活性碳過濾器、沉灰抽屜組合、阻燃吸音棉、帶剎車的新韓式腳輪、風機、電機以及電控箱等。通過風機引力作用，焊接煙塵廢氣被萬向吸塵罩吸入設備進風口，設備進風口處設有阻火器，火花經(jīng)阻火器被阻留，煙塵氣體進入沉降室，利用重力與上行氣流將粗粒煙塵直接降至灰斗，微粒煙塵被濾芯捕集在外表面。潔凈氣體經(jīng)濾芯過濾凈化后，由濾芯中心流入潔凈室，再經(jīng)活性碳過濾器吸附進一步凈化后由出風口達標排出。

1.5 焊接平臺

焊接平臺由型鋼和鋼板焊接而成，根據(jù)快開盲板端法蘭堆焊時的尺寸要求，在平臺上打孔，把十字臂與變位機構固定。為便于焊接操作，并盡量保證不受焊接煙塵的影響，將電源控制柜擺放在操作位置的左側，便于操作控制柜及觀察堆焊工件。除塵系統(tǒng)則擺放在與操作位置相對的工件的另一側，以盡量降低除塵系統(tǒng)對操作的不利影響。這樣，自動化焊接系統(tǒng)、變位系統(tǒng)、電源控制柜及除塵系統(tǒng)通過焊接平臺集中到一個平面上，形成一個焊接機組，可以根據(jù)生產需要整體移動調用。

2 應用效果

快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組制造完成后，在中俄東線天然氣管道工程、北京新機場項目供油工程津京第二輸油管道機場段及末站工程、乍得Ronier-Kome原油管道500×104t/a增輸工程項目和陜京四線輸氣管道工程等國內外重大工程項目中得到實際運用。通過實際運用以及對多個項目不同規(guī)格的快開盲板端法蘭堆焊后無損檢測及焊接時間統(tǒng)計，與手工焊相比，焊接效率至少提高了2倍，焊接一次合格率從原來手工焊的50%提高到超過95%，工作效率大為提高，有效降低了人員的勞動強度，并極大提高了堆焊質量。

3 結語

結合生產需要，采用二氧化碳氣體保護焊機、十字臂、變位系統(tǒng)和電源控制柜等設備，根據(jù)端法蘭堆焊實際情況對設備進行改造，開發(fā)了一套適用于DN250 mm～DN1 550 mm快開盲板端法蘭密封面堆焊的自動化焊接機組。生產應用實踐證明，快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組操作簡單，實際應用效果良好，解決了生產中遇到的實際困難。與手工焊相比，采用快開盲板端法蘭密封面自動化堆焊機組的焊接效率、焊接一次合格率均大幅提高，對解決實際生產中類似問題具有借鑒意義。