埋弧焊設(shè)備更新功能提升技術(shù)改造研究

■ 王毅敏

1. 概述

本文技術(shù)改造的設(shè)備全部應(yīng)用于以生產(chǎn)壓力容器為主的國(guó)有企業(yè)中，這些企業(yè)制造的壓力容器關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和社會(huì)的穩(wěn)定，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，受?chē)?guó)家壓力容器監(jiān)察委員會(huì)的監(jiān)督。因此，企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品都精工細(xì)作，保質(zhì)保量。然而，企業(yè)埋弧焊設(shè)備都是20世紀(jì)80年代采購(gòu)的，造成工人的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，生產(chǎn)手段低下，迫切需要進(jìn)行技術(shù)改造。

2. 技術(shù)改造工藝的確定

（1）針對(duì)老設(shè)備埋弧焊機(jī)原來(lái)只能焊接φ630mm口徑的管道，在焊接內(nèi)部的環(huán)焊縫時(shí)人要鉆進(jìn)長(zhǎng)9m的管道中，趴在管道內(nèi)部進(jìn)行焊接操作。冬天貼在冰冷的鋼板上，后面還要開(kāi)著鼓風(fēng)機(jī)排除煙霧和粉塵，三伏天冒著35℃以上的室溫還要鉆進(jìn)溫度高達(dá)40℃的管道內(nèi)趴著進(jìn)行焊接操作，如果遇到需要加熱到200℃以上焊接的材料更是苦不堪言。焊工爬進(jìn)爬出，隨時(shí)有觸電危險(xiǎn)，很不安全，同時(shí)生產(chǎn)效益又低，焊接質(zhì)量不能得到充分保證（見(jiàn)圖1）。

為此，技術(shù)改造小組同專業(yè)生產(chǎn)焊接設(shè)備的企業(yè)一起，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，在老設(shè)備的系統(tǒng)上增加監(jiān)視操作系統(tǒng)，這樣既改善工人的工作環(huán)境，同時(shí)又可以利用老設(shè)備，降低了設(shè)備采購(gòu)成本，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）監(jiān)視操作系統(tǒng)的安裝，主要利用現(xiàn)有的焊接十字架胎架進(jìn)行改造。整個(gè)改造由監(jiān)視探頭、監(jiān)視顯示操作控制和焊劑收放四個(gè)部分組成。先期在焊接部位的上方安放監(jiān)控探頭和顯示屏進(jìn)行試驗(yàn)，既要保證看得清楚，又要預(yù)防飛濺和高溫將監(jiān)控探頭損壞，為此，課題組經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整和改進(jìn)，使之達(dá)到了最佳狀態(tài)（見(jiàn)圖2）。

在獲得初次試驗(yàn)成功的前提下，又將焊接操作的幾個(gè)控制部分合并在一個(gè)操作控制臺(tái)上，便于操作和控制（見(jiàn)圖3）。

為了能夠在外操作平臺(tái)控制焊劑的回收輸送，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，選擇了四川成都焊研威達(dá)科技股份有限公司的HYWD—HS100E2型焊劑回收輸送一體機(jī)。該套設(shè)備在設(shè)計(jì)上是比較合理的，能夠滿足這臺(tái)焊接十字架胎架的應(yīng)用（見(jiàn)圖4）。

整套設(shè)備由回收輸送主體、焊劑料斗、不銹鋼管、連接軟管和吸嘴組成?；厥罩鳈C(jī)懸掛安裝于橫臂尾端，焊劑斗和焊劑吸嘴安裝在焊接機(jī)頭（見(jiàn)圖5）。中間由不銹鋼管和軟管連接， 由此構(gòu)成一套焊劑自動(dòng)輸送和未熔化焊劑回收的循環(huán)系統(tǒng)。

3. 焊接操作程序

（1）本機(jī)的運(yùn)行操作系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制操作完成，由遙控盒控制在操作臺(tái)上進(jìn)行。

（2）打開(kāi)儲(chǔ)料桶蓋加入焊劑（一次性加入焊劑40kg，切忌多加，以免過(guò)多的焊劑造成堵塞），把蓋子蓋好扣緊。

（3）打開(kāi)電源和氣源，關(guān)閉回收、送料開(kāi)關(guān)和焊劑料斗下料開(kāi)關(guān)，過(guò)5min后開(kāi)始試機(jī)（讓焊劑進(jìn)入輸送倉(cāng)內(nèi)）。

（4）打開(kāi)回收開(kāi)關(guān)，用手感覺(jué)機(jī)器后面排放口的氣流方向，排放口往外吹風(fēng)表示風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，排放口往里吸風(fēng)表示風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，請(qǐng)立即停機(jī)關(guān)閉總電源，調(diào)整輸入電源的相位。

圖 1

圖 2

（5）打開(kāi)送料開(kāi)關(guān)，觀察電控箱上的氣源壓力表和送料壓力表，輸入氣源壓力應(yīng)保持在≥0.6MPa，送料壓力達(dá)到0.2～0.4MPa即可。待焊劑送至機(jī)頭焊劑料斗后，打開(kāi)回收開(kāi)關(guān)和焊劑料斗下料閥開(kāi)關(guān)開(kāi)始正常焊接。焊接過(guò)程中由于輸送倉(cāng)一直保持輸送狀態(tài)，所以焊接料斗始終保持滿的狀態(tài)，直至倉(cāng)內(nèi)的焊劑用完。

圖 3

圖 4

圖 5

（6）一體機(jī)上警燈閃爍鳴叫，說(shuō)明主機(jī)內(nèi)焊劑已少于15kg，需往主機(jī)內(nèi)加焊劑。添加焊劑的方式有兩種：①吸入式：停止焊接，利用主機(jī)的回收功能直接吸40kg優(yōu)質(zhì)焊劑至主機(jī)內(nèi)。②倒入式：關(guān)閉回收和輸送，打開(kāi)儲(chǔ)料桶蓋子，直接倒入40kg優(yōu)質(zhì)焊劑（切忌加入過(guò)多焊劑，以免堵塞）。

（7）該一體機(jī)有加熱保溫系統(tǒng)， 控制儀在主機(jī)側(cè)面，可根據(jù)需求設(shè)定溫度。溫度設(shè)定步驟按SET鍵確定（見(jiàn)圖6）。

（8）焊接過(guò)程中為了在控制操作顯示屏上能一目了然觀察到焊絲與坡口焊縫的對(duì)準(zhǔn)度，在焊絲的前面裝了一個(gè)紅外線導(dǎo)向燈，進(jìn)行導(dǎo)向，避免了因埋弧焊的焊劑覆蓋在焊道上而無(wú)法看見(jiàn)焊縫焊接時(shí)產(chǎn)生的焊偏現(xiàn)象（見(jiàn)圖7）。

4. 設(shè)備內(nèi)部節(jié)能調(diào)整研究

由于設(shè)備陳舊，使用的埋弧焊機(jī)還是20世紀(jì)80年代的MZ—1000硅整流焊機(jī)，是采用二極可控硅整流，使用時(shí)焊接電流不能在機(jī)頭的控制箱上調(diào)節(jié)，只能在焊機(jī)本體上派專人進(jìn)行調(diào)節(jié)，且噪聲大。課題組用多功能弧焊整流器改造原有的硅整流焊機(jī)，用于焊接管道的外環(huán)縫和外直縫（見(jiàn)圖8）。它由以下兩個(gè)部分組成。

（1）ZD5（D）系列晶閘管多功能弧焊整流器 主要適用于埋弧焊和電渣焊，同時(shí)，一鍵轉(zhuǎn)換也可用于碳弧氣刨、鑄鋼保溫等，符合GB15579.1—2004標(biāo)準(zhǔn)要求。采用軟啟動(dòng)方式，主交流接觸器由面板按鈕控制，此時(shí)主變壓器及晶閘管已承受工作電壓。控制信號(hào)及觸發(fā)脈沖由焊接控制箱控制。這樣主交流接觸器在無(wú)電流的情況下切換，可大大提高使用壽命，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，具有操作方便、維修簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

主要結(jié)構(gòu)包括：①主變壓器：三相干式風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，起降壓隔離作用。②整流器：三相半控橋式整流，由三支二極管，外加兩支續(xù)流二極組成，整流并控制多功能弧焊整流器輸出能量。③電抗器：干式風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，起慮波作用。④控制電路板：提供控制電源及實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的閉環(huán)控制。⑤面板：用于操作和顯示參數(shù)。⑥輸入端子：與三相380V電網(wǎng)相連接，整流器背面的接地螺栓應(yīng)可靠接地，接電纜截面積≥16mm2。⑦輸出端子（+）（-）：連接正負(fù)焊接電源。⑧風(fēng)扇：用于抽風(fēng)式冷卻。⑨溫度繼電器：當(dāng)多功能弧焊整流器溫度過(guò)高時(shí)會(huì)自動(dòng)斷電保護(hù)。⑩交流接觸器：控制主電源三相通斷。控制變壓器：提供控制電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電間電氣隔離。

工作原理：多功能弧焊整流器由主電路和控制電路組成。主電路為三相橋式半控橋晶閘管器，其中兩只二極管的陽(yáng)極連在一起，稱為“共陽(yáng)極組”：兩只晶閘管的陰極連在一起，稱為 “共陰極組”。通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角，可以改變輸出直流電壓。

圖 6

圖 7

圖 8

控制電路核心是控制板，從分流器上取得的電流信號(hào)或從輸出端取得的電壓信號(hào)，經(jīng)放大后與給定信號(hào)進(jìn)行綜合比較后輸出觸發(fā)角可調(diào)的觸發(fā)脈沖，去控制晶閘管的導(dǎo)通角，以維持電流或電壓的恒定，從而使多功能弧焊整流器具有穩(wěn)定的輸出特性。

（2）焊接小車(chē)是KZ—1型埋弧焊控制箱 焊外直縫（見(jiàn)圖9）、焊外環(huán)縫是由弧焊電源為小車(chē)控制系統(tǒng)提供控制電源，經(jīng)總控開(kāi)關(guān)送入直流調(diào)速控制電路板，分別驅(qū)動(dòng)送絲電動(dòng)機(jī)和行走電動(dòng)機(jī)工作。

本送絲和行走電路均采用單相橋式整流晶閘管斬波調(diào)速，其優(yōu)點(diǎn)是可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，互不干擾，且當(dāng)焊接電壓變化時(shí)送絲速度相應(yīng)改變，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧電壓。焊接完畢時(shí)送絲和行走停止，電弧返燒，防止粘絲并填補(bǔ)弧坑。

圖 9

在整個(gè)改造過(guò)程中，課題組經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行消化吸收，增加和改進(jìn)了部分裝置。如原來(lái)焊接外環(huán)縫和外直縫時(shí)，由于埋弧焊的工作特性，焊后的焊劑停留在焊縫上自由灑落在工件和地面上，造成大量的焊劑由于受到污染而報(bào)廢。因此，我們購(gòu)買(mǎi)了吸塵裝置，將原來(lái)人工手提的改為連在焊接小車(chē)上，使整個(gè)焊接過(guò)程中不需要將機(jī)器停下就可將焊劑吸入到焊劑倉(cāng)儲(chǔ)罐中，既降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，又節(jié)約了因焊劑灑落在地面上無(wú)法利用而產(chǎn)生的浪費(fèi)。

5. 具體實(shí)施

埋弧焊設(shè)備改造完成后，我們對(duì)2016年所焊的管道產(chǎn)品進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，X光無(wú)損檢測(cè)，共拍片2000張，合格1968張，合格率達(dá)到了98%。經(jīng)對(duì)比分析，焊縫總長(zhǎng)度5600m，手工焊需1120人完成，自動(dòng)焊需180人完成 ，不僅實(shí)際效益提高6倍多，而且焊接的工況條件得到了根本的改變（見(jiàn)圖10）。

圖 10

6. 結(jié)語(yǔ)

在整個(gè)改造過(guò)程中，課題組堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保的原則，在市場(chǎng)上尋找既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的產(chǎn)品來(lái)改造原有的設(shè)備。通過(guò)技術(shù)改造，現(xiàn)在焊接管道時(shí)工人不需要再鉆進(jìn)管道內(nèi)進(jìn)行焊接操作控制，在外輕松自如的通過(guò)顯示屏進(jìn)行遙控操作即可，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人的生產(chǎn)環(huán)境，避免人在管道內(nèi)吸入由于焊接后產(chǎn)生的煙霧和粉塵，同時(shí)也保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)在能夠從過(guò)去局限焊接φ630mm到現(xiàn)在焊接φ560mm的管道，提高了焊接管道口徑的范圍，擴(kuò)大了在市場(chǎng)承接任務(wù)的范圍。通過(guò)對(duì)所焊的產(chǎn)品進(jìn)行了X光無(wú)損檢測(cè)，共拍片91張，全部合格，一級(jí)片達(dá)到了98%。同時(shí)生產(chǎn)輔料（焊劑）的重復(fù)利用大大提高，現(xiàn)在同樣焊接一臺(tái)2000m3規(guī)格的球罐支柱，生產(chǎn)輔料用量由原來(lái)的380kg降低到現(xiàn)在的300kg，降低了生產(chǎn)成本。