大口徑直縫鋼管用預(yù)焊機(jī)環(huán)型架改造及分析

盛雪麗

安徽江淮銀聯(lián)重型工程機(jī)械有限公司，安徽合肥 230051

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，許多鋼結(jié)構(gòu)建筑、石油天然氣輸送等，都大量采用大口徑鋼管。特別是西氣東輸工程為標(biāo)志的天然氣管網(wǎng)建設(shè)，對油氣管的需求量達(dá)到了高峰。由于需求量的增加，大大促進(jìn)我國焊管企業(yè)大規(guī)模的裝備技術(shù)改造，推動(dòng)了我國管線鋼和焊接鋼管生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，西氣東輸國產(chǎn)化大口徑鋼管質(zhì)量已達(dá)到國際先進(jìn)水平，我國大口徑鋼管的生產(chǎn)能力、制造技術(shù)和裝備水平都得到很大的提高。

大口徑鋼管的制造工藝主要有JCOE、UOE和螺旋管等，本文主要以JCOE生產(chǎn)線上的預(yù)焊機(jī)作為改造項(xiàng)目，預(yù)焊機(jī)作為整條制管線上的重要設(shè)備，其使用性能好壞直接影響著后續(xù)加工工藝的難易程度和最終成品鋼管的質(zhì)量。預(yù)焊機(jī)就是把成形后具有一定開口的鋼管對拼，一般分為合縫和預(yù)焊兩部分，但是兩部分又是同時(shí)進(jìn)行的。其工作原理：由于成型機(jī)對鋼板的邊緣不能加工出弧度，所以下好尺寸的鋼板必須由預(yù)彎機(jī)將鋼板的邊緣壓制成和整根鋼管具有相同的曲率半徑。然后再由成型機(jī)調(diào)整好下開口模具（根據(jù)鋼管的直徑不同，調(diào)整不同的開口距離）經(jīng)過多次壓制，形成具有一定開口的半成品鋼管，鋼管開口向上進(jìn)入預(yù)焊機(jī)前部的輸送輥道，在進(jìn)行合縫前先由安裝在預(yù)焊機(jī)入口導(dǎo)向裝置上的干燥裝置對開口鋼管的焊口進(jìn)行加熱干燥，為保障后續(xù)的焊接質(zhì)量。同時(shí)通過入口導(dǎo)向裝置和輸送裝置將鋼管緩慢地輸送到預(yù)焊機(jī)的工作區(qū)域。接著由預(yù)焊機(jī)上的壓輥對開口鋼管進(jìn)行壓力合縫，在合縫的同時(shí)進(jìn)行預(yù)焊，全過程屬于自動(dòng)化操作。

JCOE生產(chǎn)管線用預(yù)焊機(jī)環(huán)型架上安裝有主壓輥裝置，另外還有兩組45°向下的側(cè)壓輥機(jī)構(gòu)，在每組的側(cè)壓輥下都有一組下支撐輥，這兩組支撐輥和三組壓輥組成輥籠。根據(jù)鋼管的規(guī)格不同，通過傳動(dòng)裝置調(diào)整支撐輥的開口距離，以適應(yīng)鋼管的外徑弧度。鋼管進(jìn)入預(yù)焊機(jī)后，通過側(cè)壓輥和上壓輥裝置對鋼管進(jìn)行持續(xù)夾持壓緊，使開口鋼管壓緊到預(yù)焊所需的特定幾何形狀，接著再由預(yù)焊機(jī)上的焊接裝置進(jìn)行自動(dòng)焊接。但是在鋼管進(jìn)入焊接前必須對合縫后的鋼管進(jìn)行周長測量，看是否符合鋼管的幾何尺寸要求。在合縫時(shí)環(huán)型架的結(jié)構(gòu)形式對合縫的質(zhì)量、效率都起到很大的影響。

現(xiàn)國內(nèi)大多數(shù)的制管企業(yè)都用國產(chǎn)鋼管預(yù)焊機(jī)，根據(jù)制造鋼管需要選用的設(shè)備型號也不同，以下對JCOE生產(chǎn)線用預(yù)焊機(jī)，規(guī)格為￠400/1420×12500型的鋼管預(yù)焊機(jī)環(huán)型架進(jìn)行改造及分析。改造前環(huán)型架的油缸組合不能很好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)焊，因?yàn)殇摴艿腻e(cuò)邊量不易控制，采用現(xiàn)有的壓輥調(diào)節(jié)達(dá)不到技術(shù)要求。當(dāng)要調(diào)整時(shí)需要工人在鋼管開口高出的地方墊上鋼板，在主壓頭下壓的時(shí)候保證開口高度平齊，這樣需要隨時(shí)調(diào)整，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)合縫。因此，要想實(shí)現(xiàn)連續(xù)預(yù)焊也是不可能的。只有在合縫的同時(shí)，調(diào)整好鋼管的錯(cuò)邊量由焊接工人蹲在鋼管上（由于鋼管的直徑較大，且鋼管開口在上方工人高度不夠無法進(jìn)行焊接）進(jìn)行用點(diǎn)焊，鋼管通常有12m長，如果整根鋼管都由蹲在鋼管上的工人焊接，側(cè)在該工序效率太低嚴(yán)重影響后續(xù)的生產(chǎn)。為了解決此問題，將點(diǎn)焊后的鋼管再由幾個(gè)工人共同預(yù)焊。雖然效率有所提高，但是在生產(chǎn)任務(wù)較緊的情況下，依然滿足不了后續(xù)生產(chǎn)的要求。針對不同直徑的鋼管還要人工調(diào)節(jié)下支撐輥的開口，同時(shí)工人所處的工作環(huán)境較差且浪費(fèi)人力，另外側(cè)壓輥對鋼管產(chǎn)生的壓痕比較明顯，很難解決。這些問題的存在，經(jīng)過多方面分析最后總結(jié)的主要原因是環(huán)型架部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不太合理。

經(jīng)過慎重考慮并且由技術(shù)人員在電腦上多次模擬，最后決定在￠400/1420×12500環(huán)型架的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)備的其他結(jié)構(gòu)部分基本上保持不變，主要連接尺寸保持原樣，從而減少了安裝的難度，成本也得到很大的控制。設(shè)計(jì)后的環(huán)型架結(jié)構(gòu)如圖所示：

新設(shè)計(jì)的環(huán)型架比原用環(huán)型架增加兩組水平放置油缸，壓力噸位和原45°油缸噸位相同。這樣就由原先的5個(gè)油缸增加到了9個(gè)，并把對合縫時(shí)作用較小，而主要作用是為自動(dòng)預(yù)焊提供平穩(wěn)的焊接環(huán)境的原主壓輥油缸由200t變?yōu)?00t。在工作時(shí)合縫力主要靠水平的4個(gè)油缸產(chǎn)生。鋼管的支點(diǎn)在最下方，水平油缸力臂最大，產(chǎn)生的合縫力矩也大，同時(shí)水平油缸還可防止鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)，為鋼管的自動(dòng)預(yù)焊提供了有利條件。另外保留的4個(gè)45°油缸，它除了產(chǎn)生一定合縫力外，還可以調(diào)整鋼管的錯(cuò)邊量。其次改變了提升絲母的安裝位置，從而減少了絲杠的長度，合理分配了合縫時(shí)產(chǎn)生的壓力，減少了壓蓋的損壞。另外還將主壓輥和安裝梁尺寸變小。同時(shí)對下支撐輥也進(jìn)行了同步設(shè)計(jì)。

在重新設(shè)計(jì)的環(huán)型架中，所有壓輥的輪廓線都由原來的圓弧輥改為現(xiàn)用的直線輥，在以前的操作中由于工人對環(huán)型架和下支撐輥的位置調(diào)節(jié)不當(dāng)，圓弧輥凸出部分和鋼管接觸產(chǎn)生的鋼管壓痕，很難避免。從新設(shè)計(jì)的壓輥基本上解決了壓痕問題，現(xiàn)用直線輥無論輥道怎么調(diào)節(jié)都是線接觸不存在棱角對鋼管產(chǎn)生壓痕。另外為了配合環(huán)型架的改造，下支撐輥結(jié)構(gòu)由原來的45°變?yōu)榕c進(jìn)口處輸送輥角度一致的30°，鋼管可以平穩(wěn)的進(jìn)入預(yù)焊機(jī)工作區(qū)，保證了自動(dòng)預(yù)焊的工作條件，減少了鋼管的錯(cuò)邊量，同時(shí)也無需在改變鋼管規(guī)格時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力的調(diào)整下支輥開口。

絲杠結(jié)構(gòu)改變的具體技術(shù)方案是：以前合縫時(shí)壓輥產(chǎn)生的合縫力主要作用在絲母的壓蓋上（壓蓋主要靠8只M20的螺釘與環(huán)型架連接），壓蓋和螺栓容易損壞，作用力的分配上存在問題，應(yīng)將整個(gè)的作用力分解在環(huán)型架上更為科學(xué)些?，F(xiàn)在把絲母安裝位置旋轉(zhuǎn)180°，放在側(cè)壓輥的上方，改變絲母的安裝位置后，合縫時(shí)的力量主要作用在絲母上，通過絲母傳到環(huán)型架上。

這樣使絲母上的壓蓋受力情況得以改變，壓蓋不易損壞，結(jié)構(gòu)更為合理。絲杠也由原來的3.5m變?yōu)?.98m，節(jié)省了材料，降低了成本。將絲母安裝在上方，還解決了由于增加水平油缸原絲母座礙事等問題。

事實(shí)證明新環(huán)型架的使用，使預(yù)焊機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)預(yù)焊，把以前需要4個(gè)人同時(shí)焊接完成的工作，變成現(xiàn)在只需要一個(gè)操作人員即可。

生產(chǎn)效率得到提高，焊接質(zhì)量有了保證，鋼管表面壓痕現(xiàn)象基本消除。同時(shí)減少了后續(xù)修補(bǔ)和打磨的工作量。預(yù)焊機(jī)環(huán)型架的改造，僅僅在這一道工序中就能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]理論力學(xué)[M].高等教育出版社，2002，8.

[2]GYH-40/1420×1250預(yù)焊機(jī)（天水鍛壓）.使用說明書.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].化工機(jī)械出版社.