全位置焊中自動焊接設備的應用

周銀,楊曉燕,王文紅,周夢醒

(寧夏吳忠市好運電焊機有限公司,寧夏 吳忠 750001)

全位置焊中自動焊接設備的應用

周銀,楊曉燕,王文紅,周夢醒

(寧夏吳忠市好運電焊機有限公司,寧夏 吳忠 750001)

現(xiàn)階段,信息化的應用范圍不斷拓展,焊接技術水平也呈現(xiàn)穩(wěn)步提高的趨勢,我國管道的建設速度極快,各個種類的自動焊接設備不斷投入使用,在鍋爐電站設備以及石油化工單位安裝和生產中,要保證管道和管板之間的焊縫質量,必須采用全位置焊接,為了滿足焊接質量的要求,將自動焊設備科學的應用于全位置焊中具有積極的意義.技術人員需要結合焊接的實際狀況,及時解決操作中存在的問題,實現(xiàn)焊接質量的提高和優(yōu)化.

全位置焊;自動焊接設備;應用

1 全位置焊中自動焊接設備的結構和應用特點

1.1 整體結構

自動焊接設備的構成主要包括幾個主要部分,分別為焊接機頭、行走環(huán)、導軌、控制系統(tǒng),這些部分按照從上到下的順序構成一個整體.

1.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由微型計算機和控制箱構成,計算機也可以是筆記本電腦,主要包括幾個重要的組成部分,分別為主機、鍵盤、顯示器、輸入設備以及輸出設備等.控制箱的構成包括輸出接口電路、功率驅動電路以及控制焊槍的控制系統(tǒng)等.

1.3 焊接作業(yè)方式

基于焊接位置的固定程度較高,所以生產方式相對簡單,通常是采用管道對接焊的專用自動焊設備,易于操作的功能較為單一,只能夠進行自動焊接操作.

1.4 焊接電弧

進行國內管道焊接的全位置自動焊設備、國外全自動焊設備所配置的弧焊電源和焊接機頭之間是從屬關系.能夠實現(xiàn)焊接工藝參數(shù)控制的旋鈕、按鈕都集中在控制盒或者焊接機頭的位置,在旋鈕、按鍵的操作過程中,實現(xiàn)工藝參數(shù)的改變,所以弧焊電源基本上都是專屬應用的.

1.5 成熟的焊接工藝

進行焊接操作的主要部件是焊接機頭.在管道全位置焊接中,為了保證焊接質量,焊接機頭在進行焊接的過程中,要進行多個種類的復合式的運動,使焊槍保持特定的姿勢.但是焊接機頭會受到運動自由度的限制,不容易實現(xiàn)種類較多的復合式的運動.在這一過程中,合理控制焊接工藝的參數(shù)尤為重要,通常采用分段的形式進行工藝參數(shù)的確定.在全自動的焊接過程中,生產工人要將焊接機頭和焊槍的位置進行適當?shù)恼{整,但是缺點是對于相對成熟的焊接工藝,再現(xiàn)性差,繼承性差.

2 全位置焊中自動焊接設備技術的性能分析

2.1 開發(fā)技術路線

現(xiàn)階段,焊接機頭和導軌組合的方式已經在世界范圍內很多國家的野外管道位置自動焊接中得以應用,采用往復運動形式控制焊槍.自動焊接設備的研制,主要關注焊接和工藝的優(yōu)化以及實現(xiàn),只有保證焊接工藝參數(shù)的合理化,才有可能保證焊接質量.所以,為了保證焊接質量,通常對于同一操作內容,存儲了多套焊接工藝.一些焊接操作會對焊接質量產生直接的影響,但是技術人員卻沒有對其進行認真研究,自動焊接設備是一類機電一體化的設備,要從機、電、控制以及焊接等多個角度、多個方面展開分析,進行調節(jié).伴隨著移動存儲設備應用范圍的不斷拓展,在其中存儲大量的工藝程序已經不再有意義,沒有較強的實用性.可以通過在光盤上存儲焊接工藝的方式,再通過計算機進行數(shù)據(jù)的傳輸,將數(shù)據(jù)傳遞到自動焊接設備上,再由設備完成存儲.在移動存儲設備的使用過程當中,將存儲設備中節(jié)約得到的空間再進行有效的利用,可以編制更多數(shù)量的控制程序,進行全自動焊的過程中,對焊縫進行全面的控制,以解決管道全位置的自動焊質量.

2.2 電氣及執(zhí)行元件

將直流電機驅動技術應用于我國的自動焊接設備當中,合理使用負反饋來進行電路的控制,控制的實質為:電弧電壓、電流在傳感設備檢測得到的信號中,和基準信號進行對比,完成以后再在運算放大器的作用下實現(xiàn)放大,使其有效的進行直流電機的驅動.在上述操作中,運算放大電路或者集成式電路都會出現(xiàn)飄移現(xiàn)象,就是在操作溫度升高以后,運算放大設備或者集成電路從原來的工作點開始移動,導致驅動直流電機的電壓值發(fā)生改變,進而導致轉動速度的改變.直流電機是一類電壓控制型執(zhí)行元件,轉速的大小對降低直流電機控制系統(tǒng)中的電壓值具有較大的影響,如果電壓值發(fā)生了變化,則會導致直流電機轉速的變化,使焊槍的位置發(fā)生偏離.

野外操作的環(huán)境中,采用上述的焊接設備,基于運行環(huán)境較差,受到的外界干擾相對嚴重,所以溫度的持續(xù)升高可能會導致偏移問題更加嚴重,上述原因是現(xiàn)階段管道全焊接中,國內管道全位置自動焊設備、國外全自動焊設備仍然需要人工干預的主要原因所在.

2.3 自動控制方式

現(xiàn)階段,選擇導軌的方式來進行國內管道全位置自動焊機的應用.將自動焊接機頭沿著導軌移動的方向完成焊接操作,只有合理控制焊機機頭,才能有效的實現(xiàn)焊槍位置、姿態(tài)的控制.但是在實際的操作過程中,常常出現(xiàn)和上述問題相矛盾的現(xiàn)象.主要的原因在于通過對直流電動機軸的合理利用來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制方面.直流電機的轉速在減速設備的作用下實現(xiàn)減速,驅動焊加強機構對焊縫進行跟蹤,然后進行弧長的調節(jié).基于減速設備傳動鏈存在一定的傳動誤差,所以光電傳感器的檢測信號無法反映出焊槍的實際位置,進而導致檢測誤差的產生.另外,焊槍在移動副的控制作用下,其跟蹤能力較差,所以管道全位置自動焊設備是主要的結構控制系統(tǒng),也是人工進行全自動焊設備在管道焊接中干預的主要原因.

3 自動焊接設備常見的焊接缺陷與防治

3.1 氣孔

在全位置焊中應用自動焊接設備時,氣孔是一種比較常見的問題,導致該問題產生的原因有很多.鑒于此,為有效地防止這一問題,在實施焊接時,應加強氣體的保護,焊接溫度不可過高,嚴格按照比例以及相關要求來充裝氣體,確保充裝純度達到要求.同時還要注意施焊場地周圍的環(huán)境,若施工場地的風速每秒超過8米,應用防風棚來實施防護,且環(huán)境濕度不可過大.此外,為確保施焊位置保持干燥,可利用環(huán)形火焰加熱器或中頻感應加熱器來實施加熱.

3.2 未熔合

未熔合一般常出現(xiàn)于立焊位置,導致該問題的原因有焊道打磨形狀不正確、在焊接時偏離焊縫或者焊槍擺動的寬度不夠合理等.鑒于此,在焊接過程中,在實施焊道打磨作業(yè)時,應盡量打磨平整.同時在焊接之前,還應對焊絲進行仔細地觀察,察看其擺動寬度是否正確.此外,在焊接過程中,如發(fā)現(xiàn)焊接熔池和焊道中心出現(xiàn)偏離,應及時實施調整,以免出現(xiàn)未熔合問題.

4 全位置焊中自動焊接設備的發(fā)展展望

我國大口徑管道的建設速度逐漸加快,正在研究性能較為優(yōu)異的自動焊接設備,實現(xiàn)全自動焊接設備的應用是不可逆轉的發(fā)展趨勢.

4.1 機械結構

如果有些元件應用與自動焊接操作中,其被驅動完全是在旋轉副的作用下來實現(xiàn)的,基于旋轉副的摩擦力和移動副的摩擦力大小不等,所以其數(shù)值差實現(xiàn)了旋轉副的靈活應用.實現(xiàn)焊槍位置以及狀態(tài)的調整,可以高質量、高效率的應用于管道的全位置自動焊當中.將焊接操作元件進行妥善的驅動,可以減小其運行功率.保證焊接機頭的使用性能和耐久性.焊槍上要設置傳感設備,以實現(xiàn)準確的定位和狀態(tài)的獲取.這一形式的安裝,可以在國內外的自動焊設備中焊槍的定位以及狀態(tài)檢測中得以應用,檢測快速,結果準確,精度高,客觀全面.在存儲設備中輸入焊縫跟蹤控制程序以及焊接參數(shù),在焊弧電源中存入其他信息,實現(xiàn)電源功能以及優(yōu)勢的全面發(fā)揮.將不同的存儲方式結合起來,相互配合,可以有效的解決在全焊接操作中的質量問題.

4.2 弧焊電源

弧焊電源已經在我國成功應用了幾年,經過這一階段的發(fā)展,技術更加優(yōu)化,伴隨著技術的不斷更新,將逆變技術為主要設計依據(jù),開發(fā)出了氬弧焊設備,氣體保護焊設備等一系列設備,滿足了野外的焊接操作要求,已經有一些設備在中國石油集團公司的工程中得以成功的使用.這些產品所應用的自動送絲閉環(huán)控制系統(tǒng),使送絲的質量滿足設備的實際要求,技術得到進一步推廣.

管道的全位置焊接,可以通過焊接機頭和國內的通用型電源結合起來實現(xiàn),使全自動焊接設備的價格得到顯著地降低.這類組合方式,不僅充分體現(xiàn)了有弧焊電機制造上的技術優(yōu)勢,而且對電源進行了進一步的優(yōu)化研究,實現(xiàn)了生產廠家對焊接機頭的集中研制,推進了自動焊設備的技術進步.使應用自動焊接技術的企業(yè)將原來的弧焊電源得到了再次利用,降低了在自動焊方面的資金投入量.這種類型的操作方式,弧焊電源和自動焊接設備保持著并列關系,無需采用自動焊接技術,通過對弧焊電源和半自動焊槍的綜合利用,實現(xiàn)半自動焊接.

5 結語

將焊接設備應用與全位置焊接操作中,一方面實現(xiàn)了資金投入量的減少,滿足了自動化操作的要求,減少了人力資源的使用量,另一方面提高了焊接操作的質量以及效率,減少了制造時間,取得了較好的經濟效益.基于自動焊接設備結構以及執(zhí)行元件的局限性,還不能夠在野外焊接中完全徹底應用自動焊接技術.也無法實現(xiàn)大范圍的推廣.所以技術人員需要進一步對焊接設備的結構以及電氣執(zhí)行元件進行研究和優(yōu)化,實現(xiàn)技術的全面性應用.開發(fā)出資金投入量少,性能良好、操作簡單的自動焊接設備,可以在石油化工、電力水利工程的管道焊接中得到廣泛的應用.

[1]張毅,任亞龍,王長江等.基于PMAC,ARM單弧雙絲管道全位置自動焊接控制系統(tǒng)設計[J].焊接技術,2013,42(10):48-50.

[2]周燦豐,焦向東,陳家慶等.深水海底管線鋪設自動焊接技術研究[J].焊接,2012(1): 23-26.

TG43

A

1671-0711(2017)11(下)-0121-02