便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

王 麗，龔 君，趙壽寬

（正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210000）

隨著中國(guó)機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，一些新技術(shù)新設(shè)備在工程項(xiàng)目制造安裝中大放異彩。如今人們對(duì)于切割焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高，在保障質(zhì)量的前提下，還需要提高生產(chǎn)工作效率。為滿足機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，也為滿足人們的需求，便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)比傳統(tǒng)的相貫線切割機(jī)，便攜式一體機(jī)更加便捷，同時(shí)因?yàn)轶w積較小，不用準(zhǔn)備專門(mén)的廠房，節(jié)約了成本。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)因其高效性和便捷性，現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用于建筑、化工、機(jī)械工程等各行各業(yè)的管道制作安裝過(guò)程中。要想更好地應(yīng)用便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)，將設(shè)備推廣開(kāi)來(lái)提高各行各業(yè)的工作效率，就需要掌握和了解其設(shè)計(jì)原理，結(jié)合實(shí)際情況，提出有效的應(yīng)用策略，才能提高生產(chǎn)效率，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

1 便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的內(nèi)涵與優(yōu)勢(shì)

1.1 便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的內(nèi)涵

便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)是一種可以自動(dòng)完成對(duì)金屬方形管、圓形管、異型管的相貫線端頭、管道彎頭或者是相貫線孔類進(jìn)行切割焊接的設(shè)備。該設(shè)備廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、建筑、化工等各行各業(yè)的管道制作安裝過(guò)程中。它能夠?qū)崿F(xiàn)在管材上開(kāi)孔、切割、焊接等一些列操作，同時(shí)還能在截?cái)嗝娴钠驴谶M(jìn)行切割，這樣能夠使得各個(gè)管材的相貫線處結(jié)合得更加細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，使其更加美觀和牢固，符合現(xiàn)代人對(duì)于切割焊接技術(shù)的高要求、高標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的發(fā)展，如今人們對(duì)于切割焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高，不僅質(zhì)量要有保障，在提高工作效率的同時(shí)還需要節(jié)約成本。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)必然要符合加工業(yè)的發(fā)展和人們的需求。

1.2 便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的優(yōu)勢(shì)

在壓力容器、石油管道等項(xiàng)目的制造安裝過(guò)程中人們會(huì)發(fā)現(xiàn)管道結(jié)構(gòu)是非常多樣化的。有圓形管、方形管、矩形管甚至是異性管，傳統(tǒng)的相貫線切割機(jī)在面對(duì)這一問(wèn)題時(shí)，往往缺乏靈活度，切割的角度較為單一，操作難度加大，性能變差，容易影響最終的切割焊接效果。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)相較于傳統(tǒng)的相貫線切割機(jī)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。首先它解決了設(shè)備移動(dòng)困難的問(wèn)題，不需要專門(mén)配備生產(chǎn)廠房，這就大大提高了生產(chǎn)工作效率。對(duì)于使用場(chǎng)地的要求降低，就使得它更適應(yīng)那些地理位置較差、空間較小的環(huán)境。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的移動(dòng)性較強(qiáng)，安裝起來(lái)非常方便，從一定程度上說(shuō)，節(jié)約了使用成本。與傳統(tǒng)相貫線切割機(jī)相比，它加大了切割的寬度和界面，設(shè)備剛性增強(qiáng)，針對(duì)一些材質(zhì)較硬的管道更有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)它還將焊接技術(shù)合理地融入進(jìn)去，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率，操作難度降低，使用更加便捷靈活。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的優(yōu)勢(shì)，讓人們發(fā)現(xiàn)了機(jī)械加工業(yè)的新方向，在掌握了它的設(shè)計(jì)和應(yīng)用原理后，一定會(huì)為生產(chǎn)加工行業(yè)注入新的生命力。

2 便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在掌握相貫線數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上展開(kāi)的，整體機(jī)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)電機(jī)、支撐卡爪、便攜式手柄、垂直量調(diào)節(jié)、水平量調(diào)節(jié)、焊槍夾持器等構(gòu)成。首先將支撐卡爪置于平緩的地面，槍頭姿態(tài)調(diào)整及擺動(dòng)電機(jī)要去支撐卡爪處于同一水平面，保障設(shè)備的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需注意水平量調(diào)節(jié)與垂直量調(diào)節(jié)的靈活性，保障設(shè)備在使用過(guò)程中操作精準(zhǔn)。除此之外在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還需要注意材料的選擇，材料整體質(zhì)量不能過(guò)重，最好控制在15～20 kg 之間，確保在使用時(shí)能夠單手操作拎起設(shè)備，移動(dòng)靈活攜帶便利，同時(shí)不需要大量的安裝時(shí)間，充分體現(xiàn)其“便攜式”。值得注意的是，在機(jī)械節(jié)后設(shè)計(jì)過(guò)程中，要在控制設(shè)備重量的前提下，保障設(shè)備的剛性。在進(jìn)行管道切割焊接時(shí)有力度、有速度，對(duì)于一些材質(zhì)堅(jiān)硬的管道也能進(jìn)行很好的處理。針對(duì)以上設(shè)計(jì)考量，便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)最好選用鋁合金材料，在保障設(shè)備剛性的前提下，控制設(shè)備質(zhì)量，便于日后的操作和攜帶。

2.2 控制方案設(shè)計(jì)

控制方案的設(shè)計(jì)是便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，也是它區(qū)別于傳統(tǒng)相貫線切割機(jī)的亮點(diǎn)之一。系統(tǒng)的選擇上以PLC 為控制核心。它是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上加入了自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，相較于傳統(tǒng)的人為控制，PLC 控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使其結(jié)果更具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。通過(guò)PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控，能夠根據(jù)操作過(guò)程中遇到的具體情況進(jìn)行切割焊接、參數(shù)調(diào)節(jié)。通過(guò)人機(jī)界面，自動(dòng)擬合相貫線，比人為的擬合更加精準(zhǔn)。PLC 控制系統(tǒng)操控升降軸，自動(dòng)調(diào)節(jié)垂直位置，水平軸自動(dòng)調(diào)節(jié)水平位置，在減少人工工作量的同時(shí)，還能更具科學(xué)性和高效性，確保最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外控制系統(tǒng)還能對(duì)機(jī)頭垂直進(jìn)槍、機(jī)頭回轉(zhuǎn)作出調(diào)整和控制，完成橫向和縱向兩方面的持續(xù)切割焊接。除此之外，PLC 控制系統(tǒng)還有一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)，在設(shè)備實(shí)際操作中，各移動(dòng)軸能夠根據(jù)管道或材料的實(shí)際情況進(jìn)行輕微的自動(dòng)調(diào)節(jié)，在不影響焊接切割的前提下，使各個(gè)管材的相貫線處結(jié)合得更加細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，使其更加美觀和牢固。在管材的切割上，切割方式有很多種，比如火焰切割、水下等離子切割、等離子切割等，針對(duì)不同的材料選擇不同的切割方式。根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制方案，此便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)更適合火焰切割。在實(shí)際操作中，只需要修改控制系統(tǒng)中的焊接參數(shù)，更換焊槍或切割槍，即可快速完成切割焊接，操作過(guò)程非常靈活且便捷。

3 便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)應(yīng)用實(shí)例

便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮了很大的價(jià)值，近些年來(lái)有許多成功的應(yīng)用實(shí)例。比如在2018-08-22，長(zhǎng)沙地鐵3 號(hào)線完成了中石油高壓管道遷改工程。在這個(gè)項(xiàng)目中，便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)發(fā)揮了不容忽視的重要作用。它在短時(shí)間內(nèi)完成了切割、焊接一系列工業(yè)作業(yè)，保障了工作效率。此次管道遷改是由中石油西氣東輸管道公司和長(zhǎng)沙地鐵共同施工完成的，具體實(shí)施操作的難度非常大。這主要是因?yàn)殚L(zhǎng)沙地鐵3 號(hào)線部分站點(diǎn)與中石油管道發(fā)生了重疊交叉的現(xiàn)象，像是螺絲塘區(qū)間隧道、星沙文體中心等站點(diǎn)都有類似問(wèn)題。針對(duì)這一情況，如果不及時(shí)處理，會(huì)給地鐵未來(lái)運(yùn)營(yíng)埋下安全隱患。此次高壓管道遷改工程總長(zhǎng)度為3.68 km，管道直徑為610 mm，壓力為6.3 MPa。鑒于管道的特殊性，需要對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行搶修，爭(zhēng)取在最短的時(shí)間內(nèi)完成，降低對(duì)西氣東輸工程的影響。結(jié)合高壓管道的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)切割焊接技術(shù)的要求，需要采用單面焊接的方法，在截?cái)嗝娴钠驴谶M(jìn)行切割，保障各個(gè)管材的相貫線處結(jié)合得更加細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，使其更加牢固。該項(xiàng)目由于施工地形復(fù)雜、時(shí)間緊促，使得施工難度加大。如果采用傳統(tǒng)的相貫線切割技術(shù)，不僅施工場(chǎng)地面積無(wú)法滿足，工作效率也得不到保障。單純依靠人工力量，很難在短時(shí)間內(nèi)完成大工程量。高強(qiáng)度作業(yè)對(duì)于操作人員的安全健康也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)能夠有效解決空間和時(shí)間問(wèn)題，提高工作效率，減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)。通過(guò)PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控，根據(jù)操作過(guò)程中遇到的具體情況進(jìn)行切割焊接參數(shù)調(diào)節(jié)。通過(guò)人機(jī)界面自動(dòng)擬合相貫線。對(duì)機(jī)頭垂直進(jìn)槍、機(jī)頭回轉(zhuǎn)作出調(diào)整和控制，完成橫向和縱向兩方面的持續(xù)切割焊接。通過(guò)長(zhǎng)沙地鐵3 號(hào)線中石油高壓管道遷改工程，不難發(fā)現(xiàn)便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)在實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)揮了重要價(jià)值，它的移動(dòng)性較強(qiáng)，安裝起來(lái)非常方便，從一定程度上說(shuō)，節(jié)約了施工成本。項(xiàng)目完工至今沒(méi)有發(fā)生任何安全問(wèn)題，表明其質(zhì)量達(dá)標(biāo)，有著較大的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)今人們對(duì)于切割焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高，切割焊接質(zhì)量、生產(chǎn)工作效率以及成本問(wèn)題，都是人們考慮的重點(diǎn)。為滿足機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，也為滿足人們的需求，便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它所具備的高效性和便捷性為行業(yè)帶來(lái)了巨大改變。如今便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)被應(yīng)用于建筑、化工、機(jī)械工程等各行各業(yè)的管道制作安裝過(guò)程中。通過(guò)分析其設(shè)計(jì)原理以及在實(shí)踐中取得的巨大成效了解到了它的優(yōu)勢(shì)，相信在未來(lái)加工業(yè)中便攜式相貫線切割焊接一體機(jī)一定會(huì)發(fā)揮更大的價(jià)值，為人們的生活帶來(lái)更大便利。