閥體與法蘭雙環(huán)縫自動焊機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用

我公司每年根據(jù)客戶的需求要焊接7～8萬套閥體與法蘭組合件，由于生產(chǎn)批量大、品種規(guī)格多，如果用手工鎢極氬弧焊焊接，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的需要。為了擺脫落后的設(shè)備和工藝的束縛，長期以來，我公司力求用科技手段來解決現(xiàn)有問題以實(shí)現(xiàn)科技興公司，達(dá)到多、快、好、省的目標(biāo)。
        公司首先設(shè)想進(jìn)口一臺閥體與法蘭雙焊縫自動焊接機(jī)床，但需資金在20～30萬美元，因財力所限，只能把目光轉(zhuǎn)移到國內(nèi)，尋求物美價廉的國產(chǎn)同類機(jī)床。通過查找資料、咨詢有關(guān)專家后，與國內(nèi)專業(yè)技術(shù)力量合作沒計出閥體與法蘭雙環(huán)縫自動焊機(jī)。
        我公司根據(jù)閥體與法蘭環(huán)縫焊接的特點(diǎn)及技術(shù)條件提出設(shè)備要求，由某焊接自動化設(shè)備有限公司設(shè)計、制造了一臺臥式環(huán)縫自動焊接機(jī)。專機(jī)在設(shè)計過程中，我公司有關(guān)人員捉供了許多閥體與法蘭組合件焊接工藝技術(shù)資料，供該公司參考。機(jī)床經(jīng)使用證明，其性能完全可與國外同類產(chǎn)品相媲美，能夠滿足閥體與法蘭環(huán)縫焊接工藝的要求。
        一、自動焊機(jī)的設(shè)計與原理
        1.設(shè)備焊接電源形式的配置與比較
        眾所周知，焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一是焊接電源的配置。目前圍內(nèi)外有四種電源配置或焊接方法，為了擇優(yōu)選取，我們進(jìn)行了對比分析。
        (1)CO2氣體保護(hù)電源(熔化極)利用CO2氣體做保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：CO2氣體價格低、生產(chǎn)效率高、焊接電流密度大、焊件基體熔池深、熔化效率高、熔敷速度快，生產(chǎn)效率比手工焊高2～4倍，而且抗銹、抗裂性能好；缺點(diǎn)：大電流焊接時，焊接表面成形較差、飛濺較多，焊后需人工除掉粘在工件上的飛濺物。
        (2)MIG氣體保護(hù)焊(熔化極)，利用氬氣做保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：焊接熔池深度大、焊接電弧穩(wěn)定、焊縫成形好、生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)：因保護(hù)氣體用氬氣來實(shí)現(xiàn)焊接過程，氬氣價格偏高且MIG焊接電源較CO2/MAG焊接電源在價格上貴3～4倍。
        (3)MAG氣體保護(hù)焊電源(熔化極)。利用氬氣和CO2混合氣體保護(hù)，其中氬氣為80％、CO2為20％。優(yōu)點(diǎn)：焊接熔池深度大、熔敷效率高、焊接飛濺較小，可獲得穩(wěn)定的焊接過程和美觀的焊縫。
        (4) TIG氣體保護(hù)電源(非熔化極)，利用氬氣做保護(hù)。我公司通常使用的焊接電源就是這一種(手工鎢極氬弧焊)。優(yōu)點(diǎn)：由于電極只通過電流加熱工件，使工件和焊絲形成熔池故沒有飛濺物產(chǎn)生，焊縫成形美觀；缺點(diǎn)：電弧熔池深度淺、熔敷率低、生產(chǎn)效率不高。因焊接過程全部采用氬氣做保護(hù)，價格偏高。
        通過焊接電源配置的對比及專家的建議，確定采用CO2/MAG焊接電源配置來制造雙環(huán)縫自動焊接機(jī)床。
        2.設(shè)備的構(gòu)成與工作原理
        (1)設(shè)備的構(gòu)成　該設(shè)備由導(dǎo)軌床體、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺、氣動尾頂滑臺機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、工件夾緊機(jī)構(gòu)、中間托料機(jī)構(gòu)、專機(jī)焊槍氣動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、焊槍三維微調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、焊槍夾持機(jī)構(gòu)、氣動尾頂及專機(jī)電控系統(tǒng)組成。臥式雙環(huán)縫自動焊機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        (2)工作原理　采用轉(zhuǎn)動端夾緊工件，另一端頂緊工件的方式，雙頭CO2焊槍相對不動的原理與CO2/MAG焊接電源匹配實(shí)現(xiàn)工件環(huán)縫的焊接。
        (3)設(shè)備的適用范圍　①適用于碳鋼與不銹鋼閥體、法蘭等平面圓形環(huán)縫焊接。②環(huán)縫最小直徑為25mm，最大直徑為120mm。③閥體與法蘭組焊工件最大長度為360mm，法蘭最大直徑為260mm。④工件最大重量為45kg，機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑450mm。
        (4) 設(shè)備的特點(diǎn)　①主轉(zhuǎn)動部分采用標(biāo)準(zhǔn)蝸輪減速機(jī)傳動，交流變頻電動機(jī)，轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動定位盤上裝有工件夾持機(jī)構(gòu)。②中間托料盤采用氣動上下運(yùn)動，同時托料盤與氣動尾頂滑臺機(jī)構(gòu)沿著機(jī)床可縱向調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同長度不同規(guī)格的工件。調(diào)節(jié)時方便、快捷，且定位準(zhǔn)確。③利用平臺式焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)焊槍的軸向位置；采用精密直線軸承支承，手動調(diào)節(jié)焊槍距離，焊槍三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及焊槍夾持機(jī)構(gòu)采用鋁合金十字調(diào)架使焊槍夾持牢固可靠，焊槍的位置調(diào)節(jié)也方便、靈活。④設(shè)備具有搭接量調(diào)節(jié)和自動復(fù)位到初始狀態(tài)等功能。⑤設(shè)備具有任意點(diǎn)起、收弧功能。⑥控制部分采用進(jìn)口高性能PLC作為核心控制部件，對系統(tǒng)進(jìn)行集中數(shù)據(jù)采集控制，操作界面為按鈕式操作機(jī)構(gòu)，故障率低并易于掌握。⑦一次成形雙環(huán)縫焊接。⑧操作方便、易于調(diào)整，組焊不同規(guī)格體蘭組合件時，設(shè)備調(diào)整一般只需 5min左右即可完成。
        3.設(shè)備的自動焊接程序
        按下啟動按鈕→托料盤上升到位→待焊閥體、法蘭件分別放在定位盤及托料盤上→氣動尾頂?shù)轿豁斁o工件→調(diào)整好焊槍位置和角度→調(diào)整好焊接速度、焊接電流、電壓及有關(guān)參數(shù)→工件旋轉(zhuǎn)→自動焊接→焊接完畢，氣動尾頂松開→卸下工件、進(jìn)入下一個循環(huán)。
        二、閥體與法蘭雙環(huán)縫自動焊接實(shí)例
        (1)閥體與法蘭材料為ASME A105、其熔煉分析和產(chǎn)品化學(xué)成分見下表：

         (2)鍛鋼承插焊閘閥、閥體與法蘭焊接組合件規(guī)格、尺寸見圖2。

        (3)焊接工藝　焊材選用牌號：GB/MG—49—1，型號：GB/ER—49—1或ASME ER70S—G。焊絲選用規(guī)格：φ1.2mm、電弧電壓20～30V、焊接電流200—300A、氣體流量20～25L/min。
        (4)雙環(huán)縫自動焊接結(jié)果　一次性焊接完畢，成形后的焊縫外觀美觀、流暢、整齊劃一，內(nèi)在焊接質(zhì)量經(jīng)RT檢驗(yàn)無任何焊接缺陷。
        三、新舊焊接設(shè)備與方法的對比
        僅以型號為Z41H—40FB—50的閥體與法蘭組合件為例進(jìn)行焊接對比：以往的閥體與法蘭組合件焊接通常是在專用定位機(jī)床上，先固定閥體與法蘭位置，用焊條電弧焊或手工鎢極氬弧焊進(jìn)行三點(diǎn)定位焊，然后夾持在焊接變位器上用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行環(huán)縫焊接，焊層為2～4層。一面焊接完后，再調(diào)換位置焊接另一面，一位熟練的焊工需要9～10min才能將一套組合件焊接完畢。這樣的施焊過程使得焊工勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，并受人為的操作技能影響，焊接質(zhì)量得不到保證，外觀焊縫成形差，費(fèi)工、費(fèi)時且增加了焊接成本。
        現(xiàn)在使用臥式雙環(huán)縫自動焊機(jī)，只要把閥體與帶孔法蘭在焊接機(jī)床固定、夾緊后，就可進(jìn)行雙槍雙絲同步環(huán)縫焊接，并且定位準(zhǔn)確，兩邊法蘭平行度誤差極小。焊接時間只需1.5min，一次性完成全部焊接過程。
        四、經(jīng)濟(jì)效益
        以規(guī)格為50min閥體與帶孔法蘭為例：原組焊一套閥體與法蘭固定點(diǎn)焊工時費(fèi)用0.34元，組焊工時費(fèi)用1.53元，氣消耗費(fèi)用0.82元，現(xiàn)用雙環(huán)縫自動焊機(jī)焊接，把兩道工序合并為一道工序完成。焊接工時費(fèi)用為0.65元、氣消耗費(fèi)用0.30元，計每套可節(jié)約人工費(fèi)用1.22元、節(jié)約氣消耗費(fèi)用0.50 元，按年組焊各種規(guī)格閥門8萬套計算，其他項目不計，僅生產(chǎn)成本費(fèi)用就可節(jié)約10萬元左右，而此焊機(jī)購進(jìn)費(fèi)用僅用了9.4萬元。原手工鎢極氬弧焊組焊閥體與法蘭件返修率一直在3％左右，現(xiàn)使用機(jī)床組焊返修率降到1％以下，為此每年可以節(jié)約返修費(fèi)用達(dá)1萬元以上。由此可見，其經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。
        五、結(jié)語
        清潔、高效、低成本和自動化是焊接技術(shù)長期追求的目標(biāo)，用CSW—500臥式雙環(huán)縫自動焊機(jī)替代傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊，閥體與法蘭的單絲焊接是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的開始，它對于閥門行業(yè)小型鍛鋼閥體、法蘭組合焊工序是一種新沒備、新工藝、新方法，適于批量焊接。除具有省工、省時及焊接操作技術(shù)要求不高的特點(diǎn)外，在工作中也減少了強(qiáng)烈的弧光和有毒煙塵對焊工的危害，大大減輕了焊工的勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，并使焊接生產(chǎn)效率提高3～4倍。焊接機(jī)床操作簡單、維修方便，具有較高的工藝穩(wěn)定性，顯著提高了焊接質(zhì)量。此設(shè)備的生產(chǎn)和使用為閥門行業(yè)焊接領(lǐng)域提供了良好的發(fā)展空間，使閥體與法蘭組合件焊接質(zhì)量產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，是值得大力推廣和使用的。