一种新型十字架型SAW焊机的研究应用

一种新型十字架型SAW焊机的研究应用
摘要：通过对十字架型saw焊机机头结构和焊丝输送机构三维模拟设计，研制适合本saw焊机的焊剂自动输送系统，选配合理的焊接监视系统，对分散的控制器的集成优化后安装在一个控制柜上，最终实现了使十字架型saw焊机的焊接范围扩大，焊剂下料输送操作自动化控制，施焊过程单人实时监视控制，焊接作业环境的改善，大大降低工人劳动强度的目标。

关键词：saw焊机优化研制扩大焊接范围单人集成监控
目前，埋弧焊是焊接生产中应用较为普遍的工艺方法之一，由于该方法具有焊接熔深大、生产效率高、焊接成型美观、焊接缺陷少等优点，大大减少了焊工的劳动强度，而且机械化程度高、焊工的操作难度小。

在造船、锅炉、压力容器、化工、桥梁、工程机械及核电设备等制造中都是不可缺少的焊接工艺手段。

但是，通过市场调查发现在筒体内焊接时，一般均使用焊接直径为ф1000型号的常规十字架型saw焊机，其焊接局限性比较大，难以适应行业的发展现状。

1 常规设备局限性分析
通过对我公司目前的常规十字架型saw焊机分析认为，这种焊机存在四个方面问题：
①对于在ф600直径以下的筒体内部纵环缝焊接只有少数制造厂采用超小型saw焊机，大多数只能用大直径的管子替代。

②对于ф600～ф1000范围内焊接时，一般均采用手工焊接或超
小型saw焊机。

③对于焊工在筒体内焊接时，焊接材料燃烧产生大量有毒气体，造成施焊环境恶劣，给焊工的身体健康带来很大伤害。

④控制点较多且分散、需两人同时配合进行操作，尤其在焊接工作量大时，造成操作不便，同时生产成本提高。

因此，首先对我公司现有常规十字架型saw焊机的焊接范围及功能进行二次优化研究，并投入使用，使埋弧焊技术迈上一个新的台阶，有效提高企业经济效益。

（见图1）
2 优化研究的技术方案
2.1 在保证原焊接性能的前提下，改进机头整体结构，扩大焊接范围
①改进电机、小机头、导电杆和漏斗。

对机头结构进行分析研究，收集机头各部件结构尺寸并模拟实施，将原大型机头改为小型机头，90型传送电机换为70型，导电杆加工至原尺寸的1/2，旧导流漏斗更换为新型导流漏斗，缩小机头结构尺寸，达到设定的要求。

②改进送丝传动结构。

将原有行走机构为200型更换为100型，缩小行走距离，并利用机头结构的特殊功能将机头旋转90度，使导电杆到机头正前方空间缩小150mm，
同时可将机头周径缩小100mm，实现机头周径二次缩小。

③改进送丝整体机构。

针对焊丝盘装配位置占据整个机头尺寸50%的问题，通过核算焊丝输送电源的最大载荷量后，确定采用后置送丝，将焊丝盘放置于横臂最后端，为了保证送丝顺畅，在机头
顶端加装滑动轮，最终使机头空间尺寸第三次缩小。

2.2 研究焊剂下料阀的自动开关，焊剂的均匀化、自动化输送
根据机头位置空间需要和焊件直径的限制，将原有的自流式焊剂大漏斗改为微型漏斗，取消原有的支架，将微型漏斗安装在机头l 板上；增加气动自动输送焊剂装置和气动开关焊剂下料阀，改善原人工添加焊剂和手工开关焊剂下料阀的不便，实现了机头最小化，焊剂输送自动化。

2.3 选用合适的内窥镜系统，实现焊接过程实时监视
按照传统的焊接方法，在施焊小直径筒体和筒体内焊缝时，操作人员进入筒体内施焊时，焊剂燃烧产生的有毒气体对人身伤害极大，通过对机头空间位置分析，可配置内窥镜、激光指示器，同时为避免大量烟雾影响内窥镜的清晰度，可配置微型排烟器均安装在机头导电杆前端的支架上，实现施焊过程实时监视。

2.4 控制点集成优化，操作自动化监视控制
十字架型saw焊机在焊接环缝时，控制器为：滚轮架控制、焊接控制、焊剂自动输送控制、监视控制四部分，且需同时进行控制，控制器也分散。

通过分析研究，将原控制线路重新策划，并定制操作集成柜，把四大控制部分集中安装在集成柜上，实现控制集成化，操作自动化监视控制的目标。

（见图2）
3 关键技术及创新点
3.1 改进机头结构
通过对常规十字架型saw焊机机头结构部件测量数据，建立计算
机三维模型设计，对模型改进和可行性分析后，将机头结构尺寸由ф880mm缩小到ф680mm，可焊接直径由ф1000mm 以上扩大到了ф760mm以上，取得了机头结构的首次缩小，焊接范围得到了扩大。

3.2 改进送丝机构
通过核算电机荷载量后将焊丝盘置于横臂末端，将机头身架水平旋转90°，且在顶端装有滑动轮，选用100型送丝电机进行送丝，满足了送丝要求，也使机头整体结构尺寸缩小了250mm，可焊接直径由ф760mm 以上扩大到了ф480mm以上，再次缩小机头结构，焊接范围得到二次扩大，很大程度上减少了手工焊接量，减少了高标准规格管子替代焊接筒体的频率，节约了成本。

3.3 焊剂输送系统
研制出封闭式、存储量小的微型焊剂漏斗，并在顶盖设有通气阀。

通过焊剂输送装置的输送管与微型焊剂漏斗连接，通过压力自动调节焊剂输送量，另在漏斗下料口安装气动下料阀，在装置中引出两路压力适中的气体与下料阀连接，最终形成一种焊剂输送下料自动控制系统，不再需要人工添加焊剂和控制下料开关，大大减轻了工人劳动强度。

3.4 焊接监视系统
在机头位置装有两组针孔型内窥镜和微型排烟器，与控制柜上的显示器相连，形成一种焊接过程监视系统。

这种监视系统的内窥镜分辨率高，占用空间小，微型排烟器可降低镜头上的烟雾粉尘，保障了内窥镜成像效果，两组内窥镜可在焊接纵、环焊缝时同时通过
切换屏幕完成，显示屏上效果非常好，也减少了焊接有毒烟雾对工人的危害。

3.5 集成控制系统
将分散的焊接控制器、滚轮架控制器、焊剂自动输送控制器及焊接监视系统控制器重新策划，全部设定在集成控制柜上，实现了焊接全过程的集成监视控制，使必须两人配合完成，改变为一人独立焊接完成。

4 运行效果
通过使用优化后的十字架型saw焊机，其焊接范围大幅拓宽，对于直径在ф480mm以上的筒体纵、环缝均能焊接；焊剂自动输送装置能够顺利将焊剂输送到封闭的微型漏斗中，下料阀也能够自由开启，保证了焊接过程中焊剂的供给量；通过在显示屏上实时监视，调整各系统控制点，完全满足了焊接全过程实时监视控制，保证了焊接质量、提高了焊接效率、改善了焊接作业环境。

5 经济效益、社会效益及推广前景
5.1 新型十字架型saw焊机的成功应用，焊接范围得到扩大，使ф480mm以上的筒体纵环缝均可进行saw焊接；降低了人为因素产生焊接缺陷的概率，焊接一次合格率达到96%，提高了45%；降低了高标准规格管子替代焊接筒体的频率，节约了材料成本，从而使得经济效益大幅提高，特别是大批量生产效果尤为显著。

5.2 新型十字架型saw焊机的成功应用，有效降低了焊工的劳动强度，改善了焊接作业环境，减少电弧对人体的伤害，保护了焊工
的身体健康，达到了安全环保、节能减排的效果，取得了良好的社会效益。

5.3 对于我公司每年生产的压力容器设备中，直径大于等于ф480mm的设备就在100台以上，均能应用新型saw焊机焊接，焊接效率得到很大提高，我们还将这种saw焊机在各大油田及涉及saw 技术的不同行业进行推广，其具有很大推广应用空间。

6 结论
新型十字架型saw焊机拓宽了常规十字架型saw焊机的焊接范围，可减少手工焊接量，降低劳动强度，降低人为因素产生焊接缺陷的概率，保证焊接质量，提高焊接效率，降低高标准规格管子替代焊接筒体的材料成本，能够满足任务量饱满的生产现状。

同时，这种新型saw焊机完全响应国家提倡的向数字化、集成化、高科技技术发展方向，对焊接生产厂家saw焊机的改进具有借鉴意义。

参考文献：
[1]中国机械工程学会焊接学会编.《焊接手册》（1）焊接方法与设备.
[2]上海市焊接学会编.《现代焊接生产实用手册》.
[3]压力容器相关标准法规.
作者简介：
林范军（1982-），男，陕西澄城人，现任职务：焊接技术员。