埋弧焊小車的改進和應用

袁 莉 王 旬 丁秀云

中國化學工程第六建設有限公司 湖北襄陽 441100

在容器制造行業中，埋弧焊是應用最為普遍的一種焊接方法。與焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等焊接方法相比，埋弧焊有著效率高、外觀成形好、焊接質量穩定、產生煙塵少、無弧光、易操作、機械化自動化程度高、勞動強度低等優點。其主要使用的焊接裝備為立柱橫梁式操作機（亦稱為十字臂埋弧焊機）和埋弧焊小車，兩種機型配合焊接滾輪架都可以完成容器殼體縱縫、環縫的焊接[1]。常用的兩種埋弧焊機適用范圍見表1。

表1 兩種常用埋弧焊機適用范圍

十字臂埋弧自動焊機與焊接滾輪架配合，適用于大直徑容器殼體縱、環焊縫焊接（直徑不能超出十字臂升降范圍），見圖1。埋弧焊小車不受十字臂升降的限制，與焊接滾輪架配合可焊接直徑更大的容器殼體；也不受十字臂伸長的限制，可搭設軌道進行長直焊縫的焊接，詳見圖2。

圖1 十字臂埋弧焊機焊接縱縫和環縫

圖2 焊接小車焊接縱縫和環縫

十字臂埋弧焊機需安裝固定后才能使用，不便于搬運，且結構復雜不能隨意改造。而埋弧焊小車在使用上可不受空間和地點的限制，搬運、拆裝方便，易于改造。

1 埋弧焊使用現狀

目前焊接直徑800mm 以上的容器均能使用這兩種機型進行縱縫、環縫的焊接，直徑400～800mm 容器只能采用氬弧打底加焊條電弧焊蓋面的焊接方式，具體見表2。

為擴大埋弧焊在容器中的焊接范圍，提高焊接效率，通過兩種埋弧焊機型的對比，確定對埋弧焊小車進行改造，以符合焊接的要求。

2 埋弧焊小車改造

2.1 埋弧焊小車構造

埋弧焊小車焊接原理見圖3，常用的埋弧焊小車結構見圖4。

圖3 埋弧焊小車焊接原理圖

圖4 焊接小車結構圖

埋弧自動焊小車改進主要是針對焊接小車結構進行改造，焊接電源和操作控制系統不變。

2.2 埋弧焊小車改造方案一

2.2.1 機頭改造因焊接小車過大而無法進入小直徑容器內部，可把焊接小車焊接機頭（包括出絲部分、導電部分和焊劑出料部分）與車體“分離”，將焊接小車焊接機頭伸入筒體內部進行焊接。焊接小車的其他部分在筒體外部進行操作。

焊接小車機頭部分包括機頭托架總成、焊槍桿、導電板、三角形焊劑漏斗、焊劑軟管及其他小配件。將機頭托架總成以下的焊槍桿、導電板、三角形焊劑漏斗、焊劑軟管等部件全部拆下，在機頭托架總成和伸入筒體內部的焊接機頭兩部分之間增加連接管；焊絲通過機頭托架總成中的送絲機構從延長連接管傳送至焊接機頭，使之伸入殼體內部進行引弧焊接。連接管增加長度不超過2m，因為鋼板的板面寬度一般在1.5～2m，只要能滿足殼體的縱縫及第一道環縫焊接即可，如果連接管太長則會出現送絲不順暢和焊接不穩定的情況。

伸入殼體內部焊接部分，需將送絲裝置延伸連接管前端加工成90°彎頭。此彎頭弧度盡可能小，同時保證管子的圓度，以不影響出絲為宜；出絲口與焊接部位成90°；前端焊接一個接頭，接頭下端依次連接導電板、三角形焊劑漏斗和焊劑出料管；伸入殼體的焊接機頭不用安裝焊槍桿，總高度不超過250mm，保證能伸入殼體內部，且在焊接過程中方便觀察，容易調整操作；增加導線長度，連接導電板；安裝更小尺寸焊劑漏斗，焊劑充裝量滿足焊接2.5m 長焊縫即可。焊接機頭改造見圖5。

圖5 焊接小車機頭改造示意圖

2.2.2 送絲機構改造

延伸連接管的另一端與機頭托架上的送絲機構連接。焊接小車未改造前，機頭托架總成（含送絲機構、電機、焊劑漏斗及輸送焊劑管）是垂直安裝的，送絲機構將焊絲垂直向下送絲（與筒體待焊部位成90°）；而現在要將焊絲向焊接小車前方送絲，通過延伸連接管送到焊接機頭。因此，延伸連接管與機頭托架總成要成90°布置。

先將機頭托架總成整體順時針旋轉90°安裝，將機頭托架總成與小車主體分離，取下焊劑漏斗及輸送焊劑管，使送絲機構一面朝上，機頭托架總成與小車主體調整為水平連接安裝；再將送絲機構連接螺栓拆開，送絲滾輪等部分順時針旋轉90°安裝，將原本向下送絲改為向焊接小車前方送絲；延伸連接管通過連接絲頭與焊槍桿、送絲機構連接；焊絲通過送絲機構、焊槍桿、延伸連接管一直進入到焊接機頭部分。送絲機改造前后結構對比見圖6 和圖7。

圖6 送絲機改裝前結構

圖7 送絲機改裝后結構

2.2.3 導軌及支架改造

焊接小車機頭在焊接時為了能自由往返移入殼體內部，需加裝導軌和導向輪實現這一功能。具體做法如下：將焊接小車導軌隨著延伸連接管進行延伸，并在連接延伸管前端增加一個固定支架，固定支架下安裝兩個導向輪，導向輪可在延伸導軌上移動，導向輪中間安裝連接軸及軸承。當焊接殼體內側縱縫和環縫時，延伸導軌伸入殼體內部，機頭焊接部分就可以在導軌上前后平滑移動。

機頭焊接部分隨導向輪的前后移動而移動，但延伸部分懸空伸入殼體內部進行施焊時，必須考慮其移動過程中的穩定性（包括前后、左右及上下六個方位的偏移）。延伸導軌要考慮重量盡量輕，同時要有足夠的剛度，保證不變形，焊接時不顫動。可以采用4mm 厚鋼板折成角鋼作為導軌，并在角鋼下部增加支撐以提高導軌的強度。固定支架下的導向輪用車床加工，軸承采用外徑50mm 的滾動軸承。加裝的延伸導軌必須與焊接小車移動保持同心。焊接小車可繼續使用原輔助導軌進行移動，但是小車移動導軌與延伸導軌部分必須同心，這樣才能保證在焊接殼體縱縫時不跑偏。改造型式如圖8 所示。

圖8 加裝延伸導軌簡圖

新增一個焊接小車移動平臺，將導軌固定在移動平臺上，避免焊接小車移動時出現偏移；延伸導軌與移動平臺連接、固定，并且連接固定時注意延伸導軌的安裝高度，兩者要同軸度、水平度等；安裝過程中要不斷進行試移動，保證焊接小車移動時焊接槍頭一直在延伸導軌中心處移動，如圖9 所示。

圖9 延伸導軌與焊接小車移動保持同心

2.3 埋弧焊小車改造方案二

改造方案二主要是為了焊接殼體內部環縫，因此要將焊接小車整體尺寸縮小至DN500 人孔尺寸。將小車的控制系統從車體上取下，其余部分緊縮重新布置，小車高度不變，或將不影響焊接行走的零部件全部取下，將車體寬度縮至530mm 以內。

3 改造后埋弧焊小車的應用

按方案一改造好的焊接小車焊接殼體縱縫時，可將設備殼體放置于一個移動小車上。焊接前，將殼體上的焊縫和焊接小車焊接槍頭調整至高度一致，試移動合格后再進行焊接。焊接殼體縱縫內側過程中，當容器直徑規格不一致時，殼體焊縫高度和焊接小車焊接槍頭高度均需調整，但放置殼體的移動小車高度不能調整，那么就需要對焊接小車高度進行調整。所以在焊接小車移動平臺兩側分別增加可調整高度支架，以適應各種規格設備的焊接。

按方案一改造好的焊接小車焊接殼體環縫時，先將設備放置于焊接滾胎架上，焊接時滾胎帶動殼體轉動，同時調節焊接小車移動平臺高度，保證小車焊接機頭可在殼體內、外側進行環焊縫平位焊接，這樣就可以完成各種規格容器環焊縫的焊接。具體如圖10 所示。

圖10 埋弧焊小車改造方案一使用示例

按方式二改造好的焊接小車只適用于直徑大于DN800mm 的容器內部環焊縫焊接。

埋弧焊小車改造完成后，首先利用試板進行焊接測試，試驗過程中對焊接小車的施焊高度、行走軌道、焊槍行走軌跡、小車移動平臺水平度，以及延伸軌道水平度、穩定性等進行調整。最終測試成功，達到改造目的后，方可用于實物焊接。

隨后對直徑500mm 分汽缸殼體進行焊接，筒體規格為DN500×8mm，材質Q345R，按照焊接工藝規程進行焊接，具體參數見表3。

表3 直徑500mm 分汽缸殼體焊接工藝參數

焊接完成后，按照圖紙和標準要求，對焊接接頭外觀進行檢查，發現焊縫寬度均勻，表面光滑美觀，尺寸符合要求，結果合格。同時對焊接接頭進行射線無損檢測，評定結果為合格。

隨后對直徑600mm 換熱器進行焊接，規格為DN600×8mm，材質S30408，焊接參數見表4。

表4 直徑600mm 換熱器焊接工藝參數

奧氏體不銹鋼小直徑容器采用埋弧焊，可以免去打底焊焊縫背部充氬保護的困難，這樣既節省了焊接成本，又大大提高了焊接效率和焊接質量。

4 結束語

改造后埋弧焊小車對容器的焊接的范圍得到擴大，具體見表5。

表5 埋弧焊小車適用范圍

改造后埋弧焊小車既可以在制造車間內使用，又可在施工現場使用。當焊接大直徑容器時，還可將埋弧焊小車的增加部分拆除，機頭托架總成、送絲機構、焊接機頭部分恢復原狀，裝卸快捷，轉換方便。

埋弧焊小車改造方案解決了直徑400～800mm 容器縱縫、環縫的焊接，滿足了使用埋弧焊焊接小直徑容器的需求，具有很高的實用性和經濟性，為實現焊接機械化、自動化提供了寶貴的經驗。同時也是施工生產中降本增效行之有效的方法。今后，將在埋弧焊焊接中不斷地實踐改進，發現問題，解決問題，不斷提高焊接質量和焊接技術水平。