螺旋埋弧焊管新型外焊机构的设计

2019-04-22孙爱玢谷海龙刘晶晶

焊管 2019年3期

王洋，陈楠，孙爱玢，谷海龙，刘晶晶

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，河北青县 062658）

1 概述

螺旋埋弧焊管焊缝包括内焊缝和外焊缝，内焊缝焊接成型在以钢管轴线为轴心的时钟6 点钟位置进行，外焊缝焊接成型在与内焊位置相距二分之一螺距的时钟12 点钟位置进行[1]。焊接时，焊接机构位置固定，即内、外焊点位置不变，而成型螺旋钢管随着成型过程旋转并直线移动[2]。

目前，国内大型螺旋埋弧焊管生产厂家外焊焊接装置形式大体相似，大多是通过简单的机构使焊枪空间位置满足工艺要求。焊管机组生产不同规格钢管时，受成型参数的影响[3]，焊枪位置参数只能依靠操作经验进行粗调，在调型焊接过程中再根据焊缝形貌等进行反复精调，工作繁琐且效率低。

由于在线焊接的焊接工艺受机组影响往往不能调节到最佳状态[4]，在正常生产过程中出现焊接质量问题时，需熟练操作工根据具体情况进行摸索调整，产品质量对焊接操作人员技能依赖性较强。因为焊接设备所有调整单元无相关量化标尺，当出现变动时，无法尽早获知，容易出现批量缺陷。因此，本研究设计了一种螺旋缝埋弧焊管新型外焊机构，以实现焊枪位置参数精确化控制，从而提高焊管的质量和生产效率[5]。

2 新型外焊机构的关键技术及结构设计

2.1 关键技术

新型外焊机构需解决的问题：①具备结构紧凑、调整灵活的特点；②焊丝间距可在焊接过程中进行调整；③焊枪位置参数均可精确化控制。

2.2 结构设计

外焊机构由支撑框架、焊丝矫直器、焊枪及焊枪调整机构组成。

2.2.1 支撑框架的设计

支撑框架结构用于连接调整箱和送丝机，且送丝机可进行位置调整。先期支撑框架（图1）的设计由于考虑到三丝焊工位安装，框架整体设计体积较大，焊丝输送距离长。在实际测试过程中出现了很多困难，首先由于外焊机构整体质量较大，外焊机构连接的三维滑板负荷达到上限，长期使用可能造成三维滑板内部磨损严重甚至断裂。其次，由于外焊机构体积较大，安装送丝机位置高，焊丝输送距离长，岗位人员更换焊丝比传统焊接机构操作时间增加1 倍，影响了焊管机组的生产效率。

图1 前期设计的焊接机构支撑框架

为此，采用了新的设计方案（图2），将连接送丝机的弧形板改为简易实用的滑杆，缩短了焊丝的输送距离。滑杆安装锁紧螺丝，送丝机在固定位置上不易发生位置偏移，可达到弧形板连接送丝机的同样效果。其次，去除焊丝输送软管连接部分，焊枪由先期的长焊枪改为导电块、导电杆和导电嘴组成的传统焊枪，缩短了焊丝输送距离。通过测试，焊接机构的整体质量可满足三维滑板正常使用，更换焊丝达到正常时间值。

图2 改进后的焊接机构支撑框架

2.2.2 焊丝矫直器的设计

图3 传统焊丝矫直器

图4 新型焊丝矫直器

传统焊丝矫直器如图3所示，新型焊丝矫直器在此基础上，通过增加矫直轮数量，使焊丝充分矫直，且能平滑前行，送丝时也比较平稳，达到了理想效果。新型焊丝矫直器如图4所示。焊丝从焊丝盘输出后有一定的塑性变形，需通过矫直器后才能保证输送平稳。由于新型焊接机构送丝机距导电嘴相对距离较长，焊丝矫直不充分便会对焊丝的输送产生较大阻力，阻力过大就会使送丝速度和焊接规范不稳定[6]，因此对焊丝的矫直效果要求比较严格。

2.2.3 焊枪调整机构设计

焊枪调整机构由调整箱和枪夹构成，主要用于焊丝间距和倾角的调整。

调整箱结构如图5所示，调整箱内部滑块与水平位置的丝杆配合，滑块连接枪夹，调整箱外漏端设有旋钮，通过旋转旋钮转动丝杆可调节滑块位置，旋钮上设置锁紧装置，防止焊枪位置发生移动。滑块的移动范围为0～100 mm，调整箱上装有刻度尺，精确度为1 mm，焊枪位置移动可在焊接过程中进行调整，通过刻度尺上的数值反映位置变化，从而间接实现焊丝间距定量化。

枪夹和焊枪结构及位置如图6所示，枪夹一端连接调整箱上的滑块另一端连接焊枪，焊枪可在枪夹上旋转角度，调整范围 0°～30°，枪夹上装有角度尺，精确度1°。焊枪旋转角度不能在线调整，角度调整设置锁紧装置，防止焊枪角度发生变化。角度尺可测量焊枪的实际倾角，实现了焊丝倾角的定量化。