懸臂式自動焊機技術改進及應用

曾靜森 李代濤 周建普

中國化學工程第六建設有限公司 湖北襄陽 441000

在石油化工、新能源等施工項目中需要焊接大量不同材質、各類管徑和壁厚的工藝管道，具有效率快、合格率高、焊縫成形美觀等特點的自動焊成為焊接領域的排頭兵。加強管道自動焊預制水平和預制深度，是提高管道預制速度和質量、降低施工成本、保障項目順利完成的重要途徑之一。根據現階段各個項目自動焊設備的實踐應用，結合不同項目的特點和施工現場的自動焊接需要，中國化學工程第六建設有限公司（以下簡稱六化建）摸索出一整套管道自動焊技術改進及應用的實踐經驗。

1 部分懸臂式自動焊機的焊接局限性

無論是懸臂式還是壓緊式，不同廠家不同型號的自動焊機焊接管徑的大小范圍均受限于產品設計，也可以說受限于產品價格。如何在利弊間選擇性價比更高、更為合適的產品，避免造成單臺焊機的使用局限性？當然，在當前管道自動焊預制的生產加工過程中，可根據價位選擇機具設備。而通過技術革新改變機具設備的各種限制，為施工現場真正的降本增效，以最低的成本獲得更大的效益，尤為關鍵。

目前，懸臂式自動焊機常選用的機型為加工DN200～800mm 范圍內管件的設備，基本可以滿足施工現場管道自動焊的需要。但遇到DN1000mm 以上的大口徑中長管件，則無能為力。如果通過自動焊接進行加工，必須采購能夠覆蓋≥1000mm 范圍管件的機型，這又將是一大筆支出。在當前大力推廣和應用自動焊的同時，盲目為了單一的管徑預制購置新設備，必將帶來某一型號設備的閑置和使用局限性的突出問題。

為了改變這種現狀、節約成本，六化建通過大量的試驗和測試，以及上機操作和數據統計等工作，結合自動焊焊工的實際操作過程，在原有機具設備基礎上，調節相關的技術參數；通過改進懸臂式自動焊機焊臂、焊接卡盤及底座，合理搭配滾胎、壓緊鏈條固定工裝，解決了大口徑中長管件的自動焊接問題。不僅使現有機具設備焊接的管件范圍擴大，減少新機具設備的購置，而且解決了預制場地的占用問題，以及機具設備轉運過程中的物流費用和保養等一系列開銷。可以說，應用小功能創造出了大效能。

2 改進懸臂式自動焊機技術要點

2.1 技術措施

（1）改變自動焊機原有的焊臂長度、高度，增加配重；

（2）加寬、加高焊機底座；

（3）增大卡盤、卡爪夾具的可調節尺寸；

（4）改裝托架小車；

（5）管道直徑≥DN1200 自動焊接時加裝滾胎；

（6）利用壓緊鏈條固定工裝。

懸臂式自動焊機各部件改進參數如表1 所示。

表1 懸臂式自動焊機各部件改進參數

2.2 改進后的焊接范圍

改進后的懸臂式自動焊機焊接范圍擴大，可以焊接DN800～1900mm 的大口徑中長管件，包括管件+ 彎頭/法蘭/ 三通、管件+ 三通/ 法蘭+ 彎頭和大型罐體等。焊接參數和焊機配置根據現場實際情況進行相應調整，通過不同的搭配方式進行自動焊接，在保證焊接安全的前提下，焊接質量和焊接速度可與原機型媲美。

2.3 懸臂式自動焊機各部件改進方法

2.3.1 增加配重

關于焊臂的改裝和配重問題，采用加工制作標準件長臂和機械液壓桿來解決原有設計不嚴謹的問題，做好安全文明施工。設計改裝的方案便于安裝和拆卸，也便于使用和維修保養。這樣有利于其他項目的統一改裝，并且提供標準化的圖紙，使改裝成本更低，提高經濟效益。焊臂加長、加高焊接實景如圖1 所示。

圖1 焊臂加長、加高焊接實景

2.3.2 改進焊機底座

底座部分是整個升降頭架的支撐部件，設備中的升降驅動裝置安裝在該部件上。安裝在溜板上的驅動旋轉部分采用回轉驅動齒輪+ 回轉支撐到連接卡盤的結構形式，承載能力較大，傳動效率高，可以在惡劣的環境下工作；夾持定位部分改裝為手動六爪卡盤夾緊，此結構可實現工件自動定心，并具有定心精度高、操作簡單迅速的特點。底座加高、加寬實景如圖2 所示。

圖2 底座加高、加寬實景圖

2.3.3 增大卡盤、卡爪夾具

卡盤示意如圖3 所示，增大卡盤可調節尺寸如表2 所示。采用6 個L 型卡爪，通過螺栓與卡盤進行固定。前期使用的卡爪是自行設計定制的，需要單獨開孔進行安裝，調節夾具大小的過程也相對比較麻煩。需要拆卸之后重新固定卡爪伸出的長度，并且卡盤的改動也對原有的機具設備造成了一定的影響。后期為了提高對機具設備的保護，采用齒輪式，并且可以加長、加高；通過螺栓加裝固定的卡槽，不用再單獨開孔，調節夾具的大小也更為靈活。改進后卡盤卡爪實景如圖4 所示。

表2 增大卡盤可調節尺寸表

圖3 卡盤示意圖

圖4 改進后卡盤卡爪實景圖

2.3.4 改進托架小車

托架小車之前是用直接焊接的三角支撐架和安裝滾輪組成的，后期在原有機具設備上以開孔的方式，通過螺栓進行連接固定。這樣不僅不會損壞機具設備，加大了對固定資產的保護，而且機具設備在搬運過程中的拆卸更為方便。

2.3.5 其他改進

直徑≥DN1200mm 的管道自動焊不再適合用卡盤夾具，改為滾胎配合焊接。利用滾胎焊接實景如圖5 和圖6所示。另外，壓緊鏈條固定工裝如圖7 所示。

圖5 改裝后焊機利用滾胎焊接長管兩端接彎頭

圖6 改裝后焊機利用滾胎焊接大口徑管件

圖7 壓緊鏈條固定工裝圖

3 懸臂式自動焊機改進初步成效

利用改裝后的懸臂式自動焊機固定好需要焊接的大直徑中長管件，按照正確的焊接操作規程進行焊接，大口徑中長管件必須特別注意轉動過程中的穩定性，以確保安全。如果搭配滾胎進行焊接，轉速和相應參數要進行適當的調整，上機前要認真檢查需要焊接的管徑大小，調節好之后再做好焊接前的各項準備工作。準備工作包括不起弧空轉確認轉速、管件的水平度和平穩程度，以及達到管件焊接過程中焊接參數的最佳匹配等。

經過大量測試件的反復應用與實踐，六化建掌握了一整套的焊接參數，并順利完成了各類大口徑中長管件的焊接，簡單易操作且高效快捷。改裝后的機具設備提高了工效≈50%，初步達到降本增效的目的。截至目前，焊接量初步統計已突破15000DIN。具體如表3 所示。

表3 大直徑中長管件焊接量 DIN

4 結語

經過多個項目施工現場的自動焊實踐，改裝的懸臂式自動焊機有效解決了大口徑中長管件的自動焊難題。自動焊工在經過培訓和上機操作后，能夠適應不同機型，具備應用新技術的能力，并可保障焊接質量和進度。