埋弧焊小车的改进和应用

袁 莉 王 旬 丁秀云

中国化学工程第六建设有限公司 湖北襄阳 441100

在容器制造行业中，埋弧焊是应用最为普遍的一种焊接方法。与焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等焊接方法相比，埋弧焊有着效率高、外观成形好、焊接质量稳定、产生烟尘少、无弧光、易操作、机械化自动化程度高、劳动强度低等优点。其主要使用的焊接装备为立柱横梁式操作机（亦称为十字臂埋弧焊机）和埋弧焊小车，两种机型配合焊接滚轮架都可以完成容器壳体纵缝、环缝的焊接[1]。常用的两种埋弧焊机适用范围见表1。

表1 两种常用埋弧焊机适用范围

十字臂埋弧自动焊机与焊接滚轮架配合，适用于大直径容器壳体纵、环焊缝焊接（直径不能超出十字臂升降范围），见图1。埋弧焊小车不受十字臂升降的限制，与焊接滚轮架配合可焊接直径更大的容器壳体；也不受十字臂伸长的限制，可搭设轨道进行长直焊缝的焊接，详见图2。

图1 十字臂埋弧焊机焊接纵缝和环缝

图2 焊接小车焊接纵缝和环缝

十字臂埋弧焊机需安装固定后才能使用，不便于搬运，且结构复杂不能随意改造。而埋弧焊小车在使用上可不受空间和地点的限制，搬运、拆装方便，易于改造。

1 埋弧焊使用现状

目前焊接直径800mm 以上的容器均能使用这两种机型进行纵缝、环缝的焊接，直径400～800mm 容器只能采用氩弧打底加焊条电弧焊盖面的焊接方式，具体见表2。

为扩大埋弧焊在容器中的焊接范围，提高焊接效率，通过两种埋弧焊机型的对比，确定对埋弧焊小车进行改造，以符合焊接的要求。

2 埋弧焊小车改造

2.1 埋弧焊小车构造

埋弧焊小车焊接原理见图3，常用的埋弧焊小车结构见图4。

图3 埋弧焊小车焊接原理图

图4 焊接小车结构图

埋弧自动焊小车改进主要是针对焊接小车结构进行改造，焊接电源和操作控制系统不变。

2.2 埋弧焊小车改造方案一

2.2.1 机头改造因焊接小车过大而无法进入小直径容器内部，可把焊接小车焊接机头（包括出丝部分、导电部分和焊剂出料部分）与车体“分离”，将焊接小车焊接机头伸入筒体内部进行焊接。焊接小车的其他部分在筒体外部进行操作。

焊接小车机头部分包括机头托架总成、焊枪杆、导电板、三角形焊剂漏斗、焊剂软管及其他小配件。将机头托架总成以下的焊枪杆、导电板、三角形焊剂漏斗、焊剂软管等部件全部拆下，在机头托架总成和伸入筒体内部的焊接机头两部分之间增加连接管；焊丝通过机头托架总成中的送丝机构从延长连接管传送至焊接机头，使之伸入壳体内部进行引弧焊接。连接管增加长度不超过2m，因为钢板的板面宽度一般在1.5～2m，只要能满足壳体的纵缝及第一道环缝焊接即可，如果连接管太长则会出现送丝不顺畅和焊接不稳定的情况。

伸入壳体内部焊接部分，需将送丝装置延伸连接管前端加工成90°弯头。此弯头弧度尽可能小，同时保证管子的圆度，以不影响出丝为宜；出丝口与焊接部位成90°；前端焊接一个接头，接头下端依次连接导电板、三角形焊剂漏斗和焊剂出料管；伸入壳体的焊接机头不用安装焊枪杆，总高度不超过250mm，保证能伸入壳体内部，且在焊接过程中方便观察，容易调整操作；增加导线长度，连接导电板；安装更小尺寸焊剂漏斗，焊剂充装量满足焊接2.5m 长焊缝即可。焊接机头改造见图5。

图5 焊接小车机头改造示意图

2.2.2 送丝机构改造

延伸连接管的另一端与机头托架上的送丝机构连接。焊接小车未改造前，机头托架总成（含送丝机构、电机、焊剂漏斗及输送焊剂管）是垂直安装的，送丝机构将焊丝垂直向下送丝（与筒体待焊部位成90°）；而现在要将焊丝向焊接小车前方送丝，通过延伸连接管送到焊接机头。因此，延伸连接管与机头托架总成要成90°布置。

先将机头托架总成整体顺时针旋转90°安装，将机头托架总成与小车主体分离，取下焊剂漏斗及输送焊剂管，使送丝机构一面朝上，机头托架总成与小车主体调整为水平连接安装；再将送丝机构连接螺栓拆开，送丝滚轮等部分顺时针旋转90°安装，将原本向下送丝改为向焊接小车前方送丝；延伸连接管通过连接丝头与焊枪杆、送丝机构连接；焊丝通过送丝机构、焊枪杆、延伸连接管一直进入到焊接机头部分。送丝机改造前后结构对比见图6 和图7。

图6 送丝机改装前结构

图7 送丝机改装后结构

2.2.3 导轨及支架改造

焊接小车机头在焊接时为了能自由往返移入壳体内部，需加装导轨和导向轮实现这一功能。具体做法如下：将焊接小车导轨随着延伸连接管进行延伸，并在连接延伸管前端增加一个固定支架，固定支架下安装两个导向轮，导向轮可在延伸导轨上移动，导向轮中间安装连接轴及轴承。当焊接壳体内侧纵缝和环缝时，延伸导轨伸入壳体内部，机头焊接部分就可以在导轨上前后平滑移动。

机头焊接部分随导向轮的前后移动而移动，但延伸部分悬空伸入壳体内部进行施焊时，必须考虑其移动过程中的稳定性（包括前后、左右及上下六个方位的偏移）。延伸导轨要考虑重量尽量轻，同时要有足够的刚度，保证不变形，焊接时不颤动。可以采用4mm 厚钢板折成角钢作为导轨，并在角钢下部增加支撑以提高导轨的强度。固定支架下的导向轮用车床加工，轴承采用外径50mm 的滚动轴承。加装的延伸导轨必须与焊接小车移动保持同心。焊接小车可继续使用原辅助导轨进行移动，但是小车移动导轨与延伸导轨部分必须同心，这样才能保证在焊接壳体纵缝时不跑偏。改造型式如图8 所示。

图8 加装延伸导轨简图

新增一个焊接小车移动平台，将导轨固定在移动平台上，避免焊接小车移动时出现偏移；延伸导轨与移动平台连接、固定，并且连接固定时注意延伸导轨的安装高度，两者要同轴度、水平度等；安装过程中要不断进行试移动，保证焊接小车移动时焊接枪头一直在延伸导轨中心处移动，如图9 所示。

图9 延伸导轨与焊接小车移动保持同心

2.3 埋弧焊小车改造方案二

改造方案二主要是为了焊接壳体内部环缝，因此要将焊接小车整体尺寸缩小至DN500 人孔尺寸。将小车的控制系统从车体上取下，其余部分紧缩重新布置，小车高度不变，或将不影响焊接行走的零部件全部取下，将车体宽度缩至530mm 以内。

3 改造后埋弧焊小车的应用

按方案一改造好的焊接小车焊接壳体纵缝时，可将设备壳体放置于一个移动小车上。焊接前，将壳体上的焊缝和焊接小车焊接枪头调整至高度一致，试移动合格后再进行焊接。焊接壳体纵缝内侧过程中，当容器直径规格不一致时，壳体焊缝高度和焊接小车焊接枪头高度均需调整，但放置壳体的移动小车高度不能调整，那么就需要对焊接小车高度进行调整。所以在焊接小车移动平台两侧分别增加可调整高度支架，以适应各种规格设备的焊接。

按方案一改造好的焊接小车焊接壳体环缝时，先将设备放置于焊接滚胎架上，焊接时滚胎带动壳体转动，同时调节焊接小车移动平台高度，保证小车焊接机头可在壳体内、外侧进行环焊缝平位焊接，这样就可以完成各种规格容器环焊缝的焊接。具体如图10 所示。

图10 埋弧焊小车改造方案一使用示例

按方式二改造好的焊接小车只适用于直径大于DN800mm 的容器内部环焊缝焊接。

埋弧焊小车改造完成后，首先利用试板进行焊接测试，试验过程中对焊接小车的施焊高度、行走轨道、焊枪行走轨迹、小车移动平台水平度，以及延伸轨道水平度、稳定性等进行调整。最终测试成功，达到改造目的后，方可用于实物焊接。

随后对直径500mm 分汽缸壳体进行焊接，筒体规格为DN500×8mm，材质Q345R，按照焊接工艺规程进行焊接，具体参数见表3。

表3 直径500mm 分汽缸壳体焊接工艺参数

焊接完成后，按照图纸和标准要求，对焊接接头外观进行检查，发现焊缝宽度均匀，表面光滑美观，尺寸符合要求，结果合格。同时对焊接接头进行射线无损检测，评定结果为合格。

随后对直径600mm 换热器进行焊接，规格为DN600×8mm，材质S30408，焊接参数见表4。

表4 直径600mm 换热器焊接工艺参数

奥氏体不锈钢小直径容器采用埋弧焊，可以免去打底焊焊缝背部充氩保护的困难，这样既节省了焊接成本，又大大提高了焊接效率和焊接质量。

4 结束语

改造后埋弧焊小车对容器的焊接的范围得到扩大，具体见表5。

表5 埋弧焊小车适用范围

改造后埋弧焊小车既可以在制造车间内使用，又可在施工现场使用。当焊接大直径容器时，还可将埋弧焊小车的增加部分拆除，机头托架总成、送丝机构、焊接机头部分恢复原状，装卸快捷，转换方便。

埋弧焊小车改造方案解决了直径400～800mm 容器纵缝、环缝的焊接，满足了使用埋弧焊焊接小直径容器的需求，具有很高的实用性和经济性，为实现焊接机械化、自动化提供了宝贵的经验。同时也是施工生产中降本增效行之有效的方法。今后，将在埋弧焊焊接中不断地实践改进，发现问题，解决问题，不断提高焊接质量和焊接技术水平。