MZHF-||型埋弧自動橫焊機

卞金玉

（河南機電高等?？茖W(xué)校，河南新鄉(xiāng)453003）

MZHF-||型埋弧自動橫焊機

卞金玉

（河南機電高等專科學(xué)校，河南新鄉(xiāng)453003）

介紹了MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫縫焊接機的系統(tǒng)組成和控制電路。該焊接機通過多家企業(yè)使用，質(zhì)量可靠，焊縫成形美觀，焊接效率大幅度提高，是一種較成熟的大型儲罐焊接設(shè)備，具有較好的應(yīng)用前景。

橫縫焊接；埋弧焊；邏輯控制

0 前言

從目前我國石油及化工企業(yè)的發(fā)展趨勢看，今后儲罐的發(fā)展將向大容積、國產(chǎn)化、自動化（其中包括大型儲罐的自動化焊接）方向發(fā)展。在大型儲罐建設(shè)方面，盡管我們不斷學(xué)習(xí)外國的先進(jìn)技術(shù)及相關(guān)經(jīng)驗，并結(jié)合我國具體情況，創(chuàng)造了各種大型儲罐的施工方法，但總的來看，目前我國的儲罐建設(shè)不論是儲罐的容積、數(shù)量還是生產(chǎn)自動化水平，均處于起步的初級階段，對大型儲罐的自動化焊接技術(shù)的研究還任重而道遠(yuǎn)。MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫縫焊接機在以往的基礎(chǔ)上，對控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、焊劑回收系統(tǒng)以及機械部分等系統(tǒng)進(jìn)行了大量的改進(jìn)，其性能更加穩(wěn)定，功能更加完善，焊接質(zhì)量和焊接效率都得到很大提高[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫縫焊接機（以下簡稱橫焊機）主要由系統(tǒng)控制箱、焊接電源和埋弧焊接機頭、焊劑托持裝置和循環(huán)回收系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)以及其他配套設(shè)備組成。其系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1除了配電箱和焊接電源外，均安裝于機架的相應(yīng)部位。機架采用標(biāo)準(zhǔn)矩形管或方管，經(jīng)焊接制成高剛性穩(wěn)定（長方形結(jié)構(gòu)）的上架和下架，上架和下架的連接由四根可插入的方管立柱組成，根據(jù)立柱插入的多少調(diào)節(jié)整個機架的高度，并由高強度定位柱銷、立柱連接緊固裝置連接。此設(shè)計保證了機架的整體剛度和強度，使整個系統(tǒng)堅固穩(wěn)定，同時通過調(diào)整伸縮裝置滿足不同高度的焊接，當(dāng)裝置調(diào)至最小時，整機高度只有1 700 mm，方便了運輸。圖2為橫焊機在試驗架上調(diào)試完畢、等待運行時的照片。

在橫焊機上，裝有拋光機、射燈、卷揚機以及其他配套設(shè)備。拋光機在焊槍前面拋光焊面，和焊接同步進(jìn)行；射燈有利于夜晚作業(yè)；卷揚機可以幫助操作人員將焊劑、焊料等重物提升到橫焊機上。這些設(shè)備的加入完善了整機系統(tǒng)，使系統(tǒng)比過去更加人性化，方便了現(xiàn)場施工，提高了工作效率。

2 電氣主控系統(tǒng)

MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫焊機主控系統(tǒng)電氣原理如圖3所示。

從安全角度考慮，系統(tǒng)設(shè)計時拋棄了以往的電源直接接入方法，加入隔離變壓器，有效保證了處于操作架內(nèi)的工作人員的安全。在控制盒設(shè)計時，采用人性化的設(shè)計理念，采用數(shù)字顯示和兩類面板控制：人機界面（觸摸屏GTO-40）面板和硬開關(guān)操作面板。觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，硬開關(guān)進(jìn)行功能性操作。設(shè)計時充分考慮操作人員的視角角度、操作角度以及操作習(xí)慣，將系統(tǒng)功能和邏輯控制重新整合、合理調(diào)配，操作時比其他機型更加簡單、直觀和人性化，避免了因操作忙亂和繁瑣導(dǎo)致的焊接失敗，提高了焊接質(zhì)量和焊接效率。

3 焊接系統(tǒng)

大型儲罐焊接是高空、行進(jìn)型作業(yè)，設(shè)備更換和人員調(diào)動都比較困難，這就要求焊接電源要具有自動焊、手工焊和碳弧氣刨等多種功能，要能夠做到一機多用。配套的DC-1000晶閘管多用途直流弧焊電源具有“恒電壓”和“恒電流”兩種可調(diào)特性，既可以作為埋弧焊焊接電源使用，又可以作為焊條電弧焊和碳弧氣刨使用。操作人員只需按轉(zhuǎn)換開關(guān)，即可選擇自己需要的功能進(jìn)行工作，避免了系統(tǒng)在高處工作時更換設(shè)備的麻煩。這樣，既節(jié)約了成本，又方便了操作人員，提高了工作效率[2]。

MZS-Ⅲ自動埋弧送絲機是MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫焊機的標(biāo)準(zhǔn)配置，該送絲機與DC-1000直流弧焊電源配合使用，也可在“恒電壓”或“恒電流”特性模式下進(jìn)行選擇操作。MZS-Ⅱ送絲機的引弧模式設(shè)置為“反抽引弧”，另外根據(jù)使用需要也可設(shè)定為“滑擦引弧”模式，可根據(jù)現(xiàn)場實際的工作環(huán)境進(jìn)行選擇。焊接系統(tǒng)程序控制流程如圖4所示。

在此將系統(tǒng)的行進(jìn)功能歸并到啟動系統(tǒng)之內(nèi)，這樣，行進(jìn)系統(tǒng)既可單獨操作，也可歸入到焊接邏輯控制之內(nèi)，使得焊接和行進(jìn)同步進(jìn)行，簡化了操作步驟；“滑擦引弧”不僅可以用在準(zhǔn)備完善的焊接啟動，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了意外的“斷弧”（如停電、波動等），無需清理焊劑，清除焊渣，直接按動“啟動”按鍵，系統(tǒng)即可引弧焊接；按動“停止”按鍵后，系統(tǒng)停止行進(jìn)，同時送絲停止，但焊接電源仍然開通，焊絲仍在熔化。隨著焊絲的熔化，弧壓越來越高，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定電壓（55～58 V）時，邏輯電路控制焊接電源斷電，這樣就完成了“填弧坑”功能，一個焊接周期結(jié)束。

4 行進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)

儲罐橫焊機工作時不同于地面工件的焊接，行進(jìn)平穩(wěn)性要求較高，所以要求系統(tǒng)啟動沖擊力小，調(diào)速均勻。在此采用交流變頻調(diào)速雙驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動設(shè)備的行進(jìn)。變頻電機選用德國SEW公司生產(chǎn)的FA47/GDM71D4電機，變頻器選用三菱公司生產(chǎn)的大功率FR-S-520SE變頻器。采用雙驅(qū)動設(shè)計：前后兩個獨立的行走輪均有驅(qū)動電機驅(qū)動。這種設(shè)計的優(yōu)點是：交流變頻電機的機械特性相對于直流伺服電機來講偏軟，兩個電機的同步控制精度較低，雙電機同步控制較容易實現(xiàn)。電機與行走輪軸間的傳動采用平行軸斜齒減速器，該套系統(tǒng)無級調(diào)速，傳動精度高，平穩(wěn)度好，行走速度為0～2 900 mm/min，該焊接機最小焊接直徑可達(dá)φ4 500 mm。其電氣控制原理如圖3所示。

5 焊劑循環(huán)系統(tǒng)

焊劑循環(huán)系統(tǒng)主要由焊劑托承裝置、焊劑料倉（分為負(fù)壓倉和常壓倉）、焊劑進(jìn)出口、焊劑供給和回收軟管、真空風(fēng)機（1 400 W）、翻板裝置以及焊劑濾網(wǎng)等組成。焊劑托承裝置由表面壓花的滾輪（兩個）、焊劑托承帶和調(diào)整機構(gòu)組成，焊劑托承帶由特殊的石棉制成，耐高溫。托承裝置上下、左右、前后可調(diào)，托承帶緊貼罐壁，其與罐壁的夾角約60°。系統(tǒng)工作時，打開焊劑供給閥門（流量可調(diào)），焊劑依靠重力輸送到焊劑托舉裝置，覆蓋焊接區(qū)的焊道，保護(hù)焊接順利進(jìn)行。同時，真空風(fēng)機在負(fù)壓倉內(nèi)形成負(fù)壓，通過回收軟管，將多余的焊劑吸入到料倉內(nèi)，完成焊劑的工作循環(huán)。

該系統(tǒng)在設(shè)計時拋棄了以往常用的負(fù)壓吸收式和直射式設(shè)計，而采用負(fù)壓和常壓“雙箱分離式”設(shè)計，將焊劑料倉設(shè)計成兩個：一個是負(fù)壓倉，負(fù)責(zé)吸收焊劑；一個是常壓倉，負(fù)責(zé)輸送焊劑。兩箱由翻板裝置連接，不定時由負(fù)壓倉給常壓倉輸送焊劑。其基本結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

經(jīng)驗證，該系統(tǒng)只要位于焊接位置的上方即可順利工作，其工作狀態(tài)穩(wěn)定，焊劑輸送順暢，回收完全，利用率高，明顯優(yōu)于原有的焊劑循環(huán)系統(tǒng)。

6 焊接工藝

MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫焊機適應(yīng)焊接鋼板幅面為1 700～3 600 mm，焊接罐體最小直徑為4 500 mm，罐體壁厚大于18 mm。MZS-Ⅲ送絲機可選擇的焊絲有φ3.2 mm、φ4.0 mm、φ5.0 mm等多種型號，對于Q235鋼，可選用H08A或H08MaA焊絲，焊劑可選用SJ101埋弧焊焊劑。操作人員可根據(jù)施工的需要進(jìn)行選擇[3]。

儲罐橫焊采用多層多道焊接方法，焊接時需對母材開單邊V型45°的坡口，坡口狀如圖6所示。第一層采用手弧焊從內(nèi)打底，外側(cè)稍加清理即可使用埋弧焊進(jìn)行焊接，其焊接層次分布示意如圖7所示。焊接工藝參數(shù)如表1所示（以φ3.2 mm焊絲為例）。

7 結(jié)論[4]

使用MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫焊機焊接的焊縫，外觀無咬邊、下垂、流掛等缺陷，符合GB150-1998國家標(biāo)準(zhǔn)。采用X光探傷，按照J(rèn)B4730-2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定，75%達(dá)到Ⅰ級片標(biāo)準(zhǔn)，其他均達(dá)到Ⅱ級片標(biāo)準(zhǔn)。尤其是接頭部分，因其獨特的收弧功能，接頭平整美觀，焊接質(zhì)量可靠。MZHF-Ⅱ型埋弧自動橫焊機自投入市場以來，得到了用戶的一致好評，是進(jìn)行大型儲罐橫縫焊接的一種較好的焊接設(shè)備。

[1]楊立軍.材料連接設(shè)備及工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]劉志遠(yuǎn).先進(jìn)連接方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3]張 強，劉 軍，付春宇.大型儲罐環(huán)縫自動焊接單面焊雙面成型施工方法的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè)，2008（4）：26-29.

[4]上海市焊接協(xié)會.現(xiàn)代焊接生產(chǎn)手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007.

Study on MZHF-Ⅱmodel automatic submerged-arc transverse welding machine

BIAN Jin-yu
（He’nan Mechanical and Electric Engineering College，Xinxiang 453003，China）

The systematic composition and control circuit of MZHF-Ⅱ model automatic submerged-arc transverse welding machine is introduced in this paper.Used by many companies,this machine is proved to be of dependable quality,attractive appearance,and highly-improved welding efficiency.This efficient large storage tank welding machine seems to have a prosperous application.

transverse seam welding；submerged-arc welding；logic control

TG434

：B

：1001-2303（2014）02-0048-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.10

2013-08-18

卞金玉（1975—），男，河南原陽人，工程師，實驗師，學(xué)士，主要從事焊接設(shè)備的研究和設(shè)計工作。