自动横向埋弧焊的探索和研究

2018-03-22许立新张翼飞王钱浦朱庆

金属加工(热加工) 2018年3期

■ 许立新，张翼飞，王钱浦，朱庆

1. 概述

中国经济发展遇到了一个好的时代，中国造船也同样遇到了一个崭新的时代。目前，科技高速发展，制造业智能化、自动化发展迅速，而反观造船过程，目前还是大量采用手工焊和CO2半自动焊进行船体焊接，远远不能满足中国造船的发展趋势。以劳动密集型和资金密集型的方式进行生产的船体，根本不能满足时代发展的需求。而船体大量横向焊缝的焊接，依靠CO2半自动手工焊，已经适应不了船舶建造的要求。因此，我们进行自动横向埋弧焊的工艺探索和研究，将其应用于船体焊接，从而以高效、自动的焊接方法和优质的产品质量满足生产和时代发展的需求。

2. 自动横向埋弧焊机的现状及优势

自动横向埋弧焊机是一种自动化的焊接设备，是由CO2自动全位置焊接小车演变而来，具有埋弧焊不怕风、无弧光、绿色环保的优点，电弧稳定，整条焊缝的焊接一气呵成，没有手工焊的大量接头，成形美观，填充金属熔敷率高，能够确保焊接参数的准确率，保证产品质量及客户要求的实现。自动横向埋弧焊设备可以拆卸，设备轻便、灵活，操作人员只需经过短期的培训，有埋弧焊操作证就能操作焊机进行焊接，持证上岗就能满足船级社要求，在船体建造中能够得到广泛的应用。

（1）第一代自动横向埋弧焊机是一种大型的自动化专机，在石油储罐、反应锅炉、压力容器的制造企业得到广泛应用，使用范围广（见图1）。可用于10~40mm（单侧坡口）不同等级和使用要求的各类材料（能适应埋弧焊工艺的各类材料）。对气候和环境要求低，适应野外作业，抗风能力强（CO2焊接风速要求＜2m/s）。与CO2焊接工艺相比，焊接效率高。一名焊工采用CO2焊完成板厚20mm，长度为12m的横对接焊缝的时间大约为6h，采用自动横向埋弧焊的时间约为4h，同时降低了对焊缝间隙的要求（间隙0~3mm）。由于是机械操作，大大降低了人为因素对焊缝质量的影响，所以焊接内外质量都明显提高，降低了劳动强度，改善了作业环境。但设备尺寸比较大（由设备操作架、送丝机构和焊剂托带组成），调运和行走都不太适合在船上运用。

（2）第二代埋弧焊机国内有一些横向埋弧焊机的生产厂家，它们的机械结构整体较重，并且在轨道上行走，硬质轨道与轨道衔接处很难做到平滑过渡，船体外板带有一定的弧度则无法进行焊接，另外铺设轨道的时间较长，在轨道接头处容易造成焊接缺陷。第二代横向埋弧焊机现场使用如图2所示。焊缝成形情况如图3所示。

（3）第三代自动横向埋弧焊机该焊机是在全位置焊接小车的基础上进行的改进，有软硬两种轨道的配置，轨道只起到导向的作用，车体吸附在船体钢板上，克服了因船体线形变化而引起的焊缝线形的变化，可广泛应用于各种船体的横向焊缝（见图4）。焊缝成形情况如图5所示。

图1 第一代埋弧焊机

图2 第二代横向埋弧焊机现场使用

图3 焊缝成形情况

第三代自动横向埋弧焊机主要有以下优点：①机器的安装轻巧方便，可以灵活拆装，由一辆全位置焊接小车加上焊剂料斗部件、焊剂回收装置组成。拆除焊剂回收装置，CO2焊和埋弧焊可以相互转换。如果间隙过大，可以摆动CO2实芯焊丝打底，埋弧焊填充盖面。②采用锂电池供电，没有电源线，可以排除电源线对焊接区域的限制。同时排除了使用电源线产生的高电压在安全上的影响。③配置实时数字显示面板，实时控制电弧电压、焊接电流等焊接参数。④整车设置磁铁及磁吸附离合手柄，安装、调整位置及时到位。

3. 应用难点与改进方法

通过以上三种自动横向埋弧焊机的比较，我们通过不断的创新改进并实践，发现全位置焊接小车+送收药粉回收装置为最理想的方案之一，为在自动横向埋弧焊机船体建造中的成功应用奠定了良好的基础。

图4 第三代横向埋弧焊机基本结构

图5 焊缝成形情况

（1）送收药粉装置的改进第一步，送收药粉装置是一个与全位置焊接小车同步的装置，因此是一个同步控制器控制的一个整体，由焊接小车控制行走速度，橡胶托粉带与船体之间通过橡胶的弹性进行贴合，当船体有一定线形时，可以通过橡胶的弹性，保证与船体之间紧密贴合，减少漏药粉的情况产生。

（2）数字显示面板的安装自动横向埋弧焊机，安装数字显示面板，能够及时的反应实时的焊接电流、电弧电压，使埋弧焊能够满足焊接参数的要求，确保焊接质量

（3）改进成应用灵活的焊接方式船体建造过程中，横对接线形比较复杂，当板缝间隙＞3mm时，可关闭药粉回收装置，打开CO2气体装置，利用φ1.6mm实芯焊丝打底，确保背面成形良好，然后打开药粉回收装置，关闭CO2气体，接入压缩空气，进行埋弧焊进行填充及盖面。当板厚较大时，可利用双丝双电单熔池的方式，进行填充和盖面，可大大提高焊接效率。

（4）更适应现场的需要自动横向埋弧焊机，利用平特性气体保护焊电源实现埋弧焊作业，无需添置专用的埋弧焊接电源，采用船舶制造厂家大量使用的CO2气体保护焊机和送丝机构作为焊接电源，选择使用φ1.4mm和φ1.6mm的实芯埋弧细焊丝实现单丝、双丝摆动或不摆动焊接作业，优质高效、最大化发挥焊接设备的优势。