管道全自動焊接技術(shù)及工藝控制

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管道全位置自動焊接就是指在管道相對固定的情況下，焊接小車帶動焊槍沿軌道圍繞管壁運動，從而實現(xiàn)自動焊接。一般而言，全位置自動焊接裝置由焊接小車、行走軌道、自動控制系統(tǒng)等部分組成。研制全位置自動焊接裝置的目的就是為了提高焊接質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、減輕工人的勞動強度。  
    1、焊接小車  
    焊接小車是實現(xiàn)自動焊接過程的驅(qū)動機構(gòu)，它安裝在焊接軌道上，帶著焊槍沿管壁作圓周運動，是實現(xiàn)管口自動焊接的重要環(huán)節(jié)之一。焊接小車應(yīng)具有外形美觀、體積小、重量輕、操作方便等特點。它的核心部分是行走機構(gòu)、送絲機構(gòu)和焊槍擺動調(diào)節(jié)機構(gòu)。行走機構(gòu)由電機和齒輪傳動機構(gòu)組成，為使行走電機執(zhí)行計算機控制單元發(fā)出的位置和速度指令，電機應(yīng)帶有測速反饋機構(gòu)，以保證電機在管道環(huán)縫的各個位置準(zhǔn)確對位，而且具有較好的速度跟蹤功能。送絲機構(gòu)必須確保送絲速度準(zhǔn)確穩(wěn)定，具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，動態(tài)性能較好，同時應(yīng)具有足夠的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。而焊槍擺動調(diào)節(jié)機構(gòu)應(yīng)具有焊槍相對焊縫左右擺動、左右端停留、上下左右姿態(tài)可控、焊槍角度可以調(diào)節(jié)的功能。焊接小車的上述各個部分，均由計算機實現(xiàn)可編程的自動控制，程序啟動后，焊接小車各個部分按照程序的邏輯順序協(xié)調(diào)動作。在需要時也可由人工干預(yù)焊接過程，而此時程序可根據(jù)干預(yù)量自動調(diào)整焊接參數(shù)并執(zhí)行。  
    2、焊接軌道  
    軌道是裝卡在管子上供焊接小車行走和定位的專用機構(gòu)，其的結(jié)構(gòu)直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)度和位置度，也就影響到焊接質(zhì)量。軌道應(yīng)滿足下列條件：裝拆方便、易于定位；結(jié)構(gòu)合理、重量較輕；有一定的強度和硬度，耐磨、耐腐蝕。軌道分為柔性軌道和剛性軌道兩種。所謂剛性軌道就是指軌道的本體剛度較大、不易變形，而柔性軌道則是相對剛性軌道而言。兩種類型的軌道各自有各自的特點。剛性軌道定位準(zhǔn)確、裝卡后變形小，可以確保焊接小車行走平穩(wěn)，焊接時焊槍徑向調(diào)整較小，但重量較大、裝拆不方便。而柔性軌道裝拆方便、重量較輕，精度沒有剛性軌道高。  
    3、送絲方式  
    送絲的平穩(wěn)程度直接影響焊接質(zhì)量。送絲方式可以簡單分為拉絲和推絲兩種方式。拉絲時焊槍離送絲機的安裝位置較近，焊接過程中焊絲離開送絲機后受到的阻力較小，因此可以保證送絲過程平穩(wěn)，但送絲機和焊絲盤均須安裝在焊接小車之上，增加了焊接小車的重量，給人工裝拆增加了困難，重量增加還容易造成焊接小車行走不平穩(wěn)。使用直徑為0.8mm或1.0mm的小盤焊絲（重量約為5kg）減輕了焊接小車的重量和負載，又使得焊接過程容易控制，但對焊接效率有一定的影響。采用推絲方式時，將送絲機構(gòu)安裝于焊接小車之外，減小了焊接小車的體積和重量，可以使用大功率的送絲機和直徑為1.2mm的大盤焊絲（重量約為20kg），從而提高焊接效率。然而，由于推絲時送絲機離焊槍較遠，兩者之間須有送絲軟管相連，當(dāng)焊絲被連續(xù)推送到焊槍嘴處時，焊絲受到的摩擦阻力較大，而且，焊接過程中送絲軟管的彎曲度對送絲的平穩(wěn)程度有一定的影響，嚴(yán)重時造成送絲不暢，因此使用推絲時須充分考慮上述因素。  
    4、焊接工藝的選擇  
    目前，除采用手工焊接外，管道焊接較多的是采用埋弧自動焊接工藝和氣體保護焊工藝。  
    埋弧自動焊有焊縫成型好、焊接效率高、焊接成本低等特點，對于管道施工而言，埋弧自動焊可用于雙管聯(lián)焊，簡稱“二接一”，即焊槍固定在某一位置，管子轉(zhuǎn)動。顯然長距離管道焊接時不可能讓管子轉(zhuǎn)動，因而“二接一”只能用于管子的預(yù)制。如果管道全位置自動焊采用埋弧焊工藝，那么焊接裝置上必須配加焊劑的投放、承托與回收機構(gòu)，使得焊接裝置的結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，給操作與裝拆帶來不便，而且增加了行走小車的負載，影響小車行走的平穩(wěn)性。埋弧焊一般采用粗焊絲、大電流的焊接方式，用于全位置自動焊可能會由于熔敷率較高出現(xiàn)熔滴下垂、流動等焊接缺陷，影響焊縫的成型與質(zhì)量，因此將埋弧焊應(yīng)用于管道全位置自動焊接實現(xiàn)起來困難較大。  
    采用藥芯焊絲加氣體保護的焊接工藝，若是多遍成型，則每次焊縫表面清渣費工費時；若是強迫成型，則須配加一個與焊槍一起運動的成型銅滑塊，并通入循環(huán)冷卻水，可以大大提高焊接效率，這樣一來不僅焊接裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且重量增加。因為藥芯焊絲的價格較高，同時還要解決保護氣體的氣源，所以焊接成本較高。單一使用自保護焊絲，雖然節(jié)省了保護氣體，但存在清渣困難問題。  
    采用實芯焊絲加氣體保護的焊接工藝，若是多遍成型，則焊接過程可簡單分為打底、填充、蓋面三個階段，無須對焊縫表面進行清理而直接進行下一道工序，但焊接速度相對強迫成型而言慢一些。保護氣體一般為純二氧化碳氣體、二氧化碳和氬氣或二氧化碳和氧氣的混合氣體。二氧化碳和氬氣的混合氣體可以使得焊接時的電弧燃燒穩(wěn)定、飛濺較小，但在野外施工時氬氣氣源難尋、價格較高，從經(jīng)濟方面考慮，在焊接輸油管道時，最好盡量使用純二氧化碳作為保護氣體。在有條件的地區(qū)施工，使用二氧化碳和氬氣作為保護氣體較為理想。
    5、控制方式  
    在焊接過程中，焊接小車的行走速度、送絲速度以及焊槍的左右振動頻率是三個主要的參數(shù)，焊槍的上下調(diào)節(jié)可以不考慮在內(nèi)。用一條垂線將管子的圓周分為左右兩個半圓，然后將兩個半圓沿順時針、逆時針方向等分，定出焊接節(jié)點。通過大量的試驗可以在焊縫的每個節(jié)點處獲取理想的焊接參數(shù)。但實際焊接與試驗時的數(shù)據(jù)不會完全相同，在焊接過程中可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，如送絲速度、振動頻率等參數(shù)。但這些參數(shù)的調(diào)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的，送絲速度調(diào)節(jié)合適了，振動頻率、焊車速度卻不一定合適，只有通過一定時間的摸索才能將幾個參數(shù)調(diào)節(jié)匹配。若采用另一種控制方法，情況則不大相同。將送絲速度、焊車行走速度、焊槍振動頻率作為三個因變量，置于一個空間坐標(biāo)系中，以時間作為自變量，以焊接電流、電壓作為邊界條件，最后得出送絲速度、焊接小車行走速度、焊槍振動頻率之間的關(guān)系，即空間坐標(biāo)方程。在實際焊接時，每一次調(diào)節(jié)均是上述三個參數(shù)同時調(diào)節(jié)，從而確保調(diào)節(jié)過程的準(zhǔn)確性。
    面對日趨激烈的國際市場競爭，要想在管道焊接市場中占據(jù)一席之地，必須提高施工裝備和技術(shù)水平，因此，研究管道全位置自動焊接裝置對提高我國的管道施工水平具有十分重要的現(xiàn)實意義。