接管埋弧自动焊机电气系统改造

王福臣

1.中国第一重型机械股份公司核电石化事业部工程师，辽宁 大连 116113

接管埋弧自动焊机是用于化工容器筒体与接管的埋弧自动焊接专用设备，也可以用于化工容器环缝、纵缝的埋弧自动焊接，具有接管焊接质量好，生产率高等特点。由于加氢公司现有的两台接管埋弧自动焊机不能满足接管焊接生产任务的需要，决定对闲置的交流接管埋弧自动焊机进行技术改造。

1 闲置焊机组成及现状

接管埋弧自动焊机（俗称旋转焊机）主要由焊接操作机、焊接电源、旋转系统、十字滑架、焊接机头及焊接过程控制器等部分组成。工作时先由焊接操作机将焊接机头运行到接管焊缝的圆心附近，调整十字滑架和旋转机构确定实际圆形焊接位置；焊机主轴做360°连续旋转完成接管与筒节的焊接。通过十字滑架横梁行走可改变焊接回转直径以适应接管大小变化。焊枪与送丝机构固定在电动升降梁上，随时调整焊接时的干身长度。待改造的这台交流接管埋弧自动焊机是一重集团公司80年代自行研制的第一台接管埋弧自动焊机，至今已使用超过20年，主要的电气控制部分为自制组装而成，交流焊接电源采用日本早期产品。如今，电气部分损坏严重，加之备件短缺，虽几经修复仍不能降低故障率，最终停机闲置。

2 改造方案的提出

2.1 方案一

（1）将交流焊接电源改为进口DC-1000型焊接电源；

（2）将原有的焊接程序控制系统改为进口NA3型焊接过程控制器；

（3）将原操作机横梁水平伸缩电机驱动部分、立柱旋转电机驱动机构以及大车行走电机驱动机构改为进口超小型直流调速器；

（4）十字滑架控制机构改为进口超小型直流调速器。

2.2 方案二

（1）将原有交流焊接电源改换为国产MZ-1000型逆变焊接电源；

（2）将原有自制焊接程序控制系统改为国产FD11－200T型焊接过程控制器；

（3）将原操作机横梁水平伸缩电机驱动部分、立柱旋转电机驱动机构以及大车行走电机驱动部分改为进口超小型直流调速器；

（4）十字滑架控制机构改为进口超小型直流调速器。

3 方案分析

3.1 调速器

为确保焊接操作机将旋转机头有效运送到所需位置，焊接操作机需要完成四个方向的动作：横梁升降，横梁伸缩，立柱旋转以及大车行走。这台交流接管埋弧自动焊机当初配备的是国产焊接操作机，横梁升降由三相交流异步电动机驱动，而横梁伸缩、立柱旋转、大车行走是由直流电动机驱动，三台直流电动机共用一台直流电动机调速器，这台直流电动机调速器是当时厂家自己开发的非标产品，与市面其它直流电动机调速器没有互换性，由于选件及质量原因经常出现故障。因此属于本次改造的重点之一。经考察论证，决定选用加氢公司其它设备正在使用的KBMG-212D进口超小型直流调速器。这种超小型直流调速器优点很多：

（1）能够很好的控制直流电动机，在超负载情况下保持恒速运行及可控制动；

（2）利用其极佳的可控性和快速响应能力，可在50：1的电动机基准速度内提供高达1%的负载调节能力；

（3）可以为测速发电机提供反馈，在需要时可进行优质的负载调节；

（4）在制造厂内已经进行过校准，免除了在大多数使用中对于I R补偿和电流限定进行重新校正的步骤；

（5）可利用电子方式通过一个触点的闭合使电动机停止或启动；

（6）可以通过一个跳线控制电动机快速停止或惯性停止。

而且，选择该调速器可在公司范围内实现设备通用及减少备件种类和数量，起到了事半功倍的效果。此外，十字滑架控制部分采用进口超小型直流调速器后，解决了原十字滑架只有一个高速控制挡，不能调速的问题，使焊枪的定位更精确，对提高产品的焊接质量和工作效率起到积极的作用。

3.2 焊接电源确定

两种改造方案的不同之处，一个是选用进口DC-1000型焊接电源和NA3型焊接过程控制器。另一个是国产MZ-1000型逆变焊接电源和FD11－200T型焊接过程控制器。方案一中的进口焊接电源及焊接过程控制器无论操控性能还是焊缝成形在同类进口焊接设备中排列中游，价格约为10万多人民币，供货周期为调剂后2周，主要技术参数是：输入电源电压为三相380 V/50 Hz，暂载率100%时输入电流为112 A,暂载率100%时输出电流为1 000 A，输出电压为44 V，焊接电流、电压输出范围为150 A/16 V～1 300 A/46 V，输出空载电压为72 V。其中DC-1000是可控硅三相直流焊接电源，用于埋弧自动焊和半自动焊接以及空气碳弧切割，使用电位计控制。该型焊接电源提供了可选三模式开关分别用于恒压自保护、恒压埋弧焊和恒流埋弧焊接。而FD11－200T型焊接过程控制器和MZ-1000型逆变焊接电源是比较典型的国产焊接设备，在操控性能和焊缝成形上并不逊于进口产品。购买FD11－200T型焊接过程控制器和MZ-1000型逆变焊接电源的价格为4万多人民币，供货周期为现货，主要技术参数是：输入电源电压为三相380 V±15/50 Hz，暂载率100%时输入电流为80 A，暂载率100%时额定输出电流为1 000 A、额定输出电压为44 V，焊接电流、电压输出范围为150 A/20 V～1 000 A/50 V，输出空载电压为68 V。一次空载电流0.8 A，一次空载损耗500 W,MZ-1000型逆变焊接电源同样适用于埋弧自动焊和半自动焊以及空气碳弧切割，也使用电位计控制。该焊接电源提供有可选的二模式开关，分别用于恒压埋弧焊和恒流埋弧焊接。可以预设焊接电压、焊接电流、焊接速度，数字显示，直观准确。而且由于MZ-1000型焊接电源采用的是逆变技术，抗工业电网波动能力强，比同容量的其它可控硅三相直流焊接电源更节能，体积更小，重量更轻。

综合以上分析在价格方面进口DC-1000型焊接电源是国产MZ-1000型逆变焊接电源的2倍还多，从供货期看国产设备占有绝对优势；在节能方面国产设备也占优势。考虑到本公司现有的13台MZ-1000型逆变埋弧焊接设备在使用中操作维护良好，又兼有整机、备件价格低、采购周期短，设备整体性能和主要技术参数完全能够满足焊接生产需要的优势，最终确定第二套为最终改造方案。

4 实施改造

4.1 整机功能设计思路

（1）操作机横梁升降及伸缩、立柱旋转、大车行走均采取两地控制。调解架前与主轴旋转机构连接，后与操作机相连，与固定式操作机形成三维可调空间，便于焊接中心定位；

（2）主轴旋转机由箱体、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、主轴、开式直齿轮、两能蜗杆减速器、直流电机、拐臂以及360°无限制旋转动力及控制信号的滑环和电刷等组成。将主轴旋转机构旋转导电部分改用新型24路免维护导电环，能充分确保各电气信号传递良好。机头旋转电机控制机构改用国产焊接控制器直流调速控制，旋转平稳均匀、主轴转动时无抖动现象，可以预设旋转速度，并有数字面板表显示，有利于旋转焊接及焊前和焊中调节；

（3）十字滑架由直流电机、蜗杆减速机、滚珠螺杆、直线导轨副、梁本体及行程开关组成。横梁和升降梁的刚性设计制造保证旋转焊机的稳定工作，机构移动时无颤动和抖动现象。将十字滑架控制机构改用进口超小型直流调速器控制以后，焊接前及焊接中调整会更方便、更准确，降低故障率。采用国产送丝机构更具有结构简单，运转可靠，耗材价格低廉，采购周期短的优势。

4.2 过程控制概述

（1）电源及焊接控制

焊接电源及焊接过程控制与操作机相对独立，负责完成引弧、旋转焊接、收弧整个焊接过程，焊接电流、焊接电压、旋转速度可预置和数字式显示，焊接中可随时进行调整。

（2）电器控制

操作机控制 采用KBMG-212D调速器控制横梁行走，立柱旋转和台车行走3台直流电机。通过选择开关控制KM5，KM6，KM7 3个接触器来分别选择相应电机投入动作，接触器的辅助触点用于互锁控制，只要接触器不下来，其它的接触器就投不上，即使接触器粘连，其它接触器也不能投入，避免电器故障的发生。驱动器的EN端子是驱动器使能信号，KM3，KM4为正反向控制继电器。

十字滑架调速器 也是KBMG-212D型，电位器w3为本地控制，w4为远控。整机的电器控制简洁可靠，故障率低。

4.3 安装调试

（1）调试操作机横梁升降、伸缩、旋转，由低速到高速无级可调，在调速范围内设备运行平稳，无异常，各限位反应灵敏。大车行走平稳，无异常。并能够实现远/近两地控制；

（2）调试旋转机构，由低速到高速无级可调，在调速范围内旋转运行平稳，无异常；

（3）调试十字滑架水平滑板及垂直滑板，由低速到高速无级可调，在调速范围内运行平稳，无异常，各限位反应灵敏可靠；

（4）设定焊接工艺参数，松开焊丝压紧轮，启动空载焊接，验证空载电压正常，送丝轮旋转方向正常；

（5）电器线路接好后，一定要核对线号是否正确。送电时先把变压器的下口保险或空开空断开，用万用表核对好变压器下口电压后，再将变压器投入工作，避免线路错误烧毁调速器。调速器调试中，要先将给定电位器旋到0位置，然后缓慢增加给定电压，同时注意动作方向，方向不对及时改正，避免损坏设备；

（6）安装好焊丝、填充焊剂，调整好杆身长度后，开始试焊。

4.4 改造后技术指标

5 结语

改造后的直流接管埋弧自动焊机，焊接电流、焊接电压、焊接速度稳定可靠，焊接成形良好，旋转机构、水平滑架、垂直滑架运行平稳，调整方便，整机故障率低，投入成本低，能耗低，备件价格低，为今后埋弧自动焊设备快速改造探索出一条新路。