薄壁不锈钢环管成形及焊接工艺研究

熊长炜　范四立　舒雨锋

摘 要：针对企业生产工艺中主要问题，对生产工艺进行了分析，提出了采用激光切割连接件的工艺方法。设计了回转焊接工作台的台面、压紧机构和翻转机构，还需配套自动焊接机构，才可以提高工作效率和降低成本。

关键词：小直径薄壁不锈钢管；环形焊接；焊接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.006

1 企业产品工艺现状

企业的产品（如图1所示）是由连接管1、连接管2、小环管、大环管和中心进气管件（如图2所示）等多個薄壁不锈钢管焊接而成，其中有两个不锈钢管需要由直管弯曲成圆环形。产品设计时考虑到外形的美观，大环管的外径?19mm，管壁厚为1mm大环管的环形外径为?619mm；连接件1、连接件2和小环管的外径是?16mm，管壁厚为1mm，小环管的环形外径?316mm；中心进气管件的外? 27mm，在其上开M20螺纹进气接口；中心进气管件的螺纹连接用于燃气进气，在大环管和小环管上分别开有12和6个?4小孔用于燃气出气。产品主要用于户外休闲设备碳炉燃气输送及其燃烧，用于野炊或者户外取暖，产品主要外销到欧洲和美洲大陆。

2 环管成形及焊接工艺技术分析

企业使用6m长的直管弯成弹簧形状后切割，再焊接成大环管和小环管，成形后的环管其形状不规则，造成与其他管件的焊接处的缝隙大小不一样，缝隙相差较大，焊接困难，焊接效率很低。经过对企业产品成型和焊接工艺分析，总结有以下几项问题存在。

（1）由6m长直管弯成螺旋管（如图3和图4所示）后经过切割，两端切口圆截面中心相距19mm（如图5），经过强行压平后，大环管的周长比实际的要长，误差为1.9%；小环管的周长也比实际长，误差为2.7%；这种情况虽然对环管成形影响不大，误差较小，但还是有影响。

（2）连接件1和连接件2的切口成型采用冲压工艺，冲出的切口粗糙和和理论尺寸相差太大，如图6和图7所示，这是造成焊接处的缝隙大最主要的原因，理论焊缝如图8和9所示。

（3）焊接工作台2的固定槽太过松弛，没有起到应有的限制固定作用。

3 成形及焊接工艺技术改进

经过对企业环管成形工艺及焊接工艺分析后，采取以下方案改进。

（1）抛弃连接件1 和连接件2的冲压成形工艺方法，采用激光切割成形的方法，这样的产品相对接近理论形状和尺寸精度，如图11所示。

（2）小环管采用单独焊接工作台1进行焊接，如图10 所示，将一圈螺旋管压入图5平台槽中，将焊接处放在如图10所示开口处焊接成为环管初步设计环形槽的直径为?17mm。

（3）设计出新的焊接工作台2台面结构如图12所示，台面由电机带动旋转。

焊接工作台2的压紧机构中压件1有2个，压件2有4个，支撑件4个，气缸一个。气缸伸出时，压件压紧大环管和小环管。

（4）将焊接成环管的小环管、4个连接件1、4个连接件2 、大环管和中心进气管件全部放在焊接工作台2上，整体焊接。将小环管和大环管放入焊接工作台2后，按下压紧按钮，机构将大环管和小环管压住，然后放入连接件1和连接件2，再焊接。

（5）焊接翻转机构如图14所示。当上面焊接完成后，由左右两个水平伸缩气缸伸出，左右两个夹紧气缸夹紧大环管，上下伸缩气缸伸出将整个焊接件举起，由步进电机将整个焊接件翻转180度后，上下伸缩气缸缩回，加紧气缸松开，水平伸缩气缸缩回，进行背面焊接。

（6）设计出自动机构带动焊枪自动焊接，设计焊枪的运动轨迹，编制焊接控制程序。焊接工作台设有4个工位，每次旋转1/4周，旋转一次，换一个工位。

4 总结

企业认可生产工艺改进方法，短期的投入成本较多，长期的成本是降低了；减少了人工，降低了劳动强度。工艺改进的难度最大投入最多的核心内容机器视觉自动焊接系统，实现完全自动化。

课题项目：东莞职业技术学院政校行企项目，编号：政校行企201504

作者简介：熊长炜（1982-），男，河南信阳人，硕士研究生，教师，主要研究方向：产品数字化设计与制造和机电控制技术教学与技术研究。endprint