一种自动熔化极气体保护焊焊接装置设计及应用

(大庆石油化工机械厂， 黑龙江 大庆 163714)

不锈钢复合板材质制造的压力容器筒体的环焊缝焊接，通常基层采用埋弧自动焊，过渡层和覆层采用手工电弧焊或半自动药芯焊丝熔化极气体保护焊。这2种焊接操作以手工方式为主，劳动强度大、焊接效率低，在实际生产过程中存在焊缝成型不良、焊缝接头数量多、吊装次数多和焊接时间长等问题。文中介绍了大庆石油化工机械厂利用现有埋弧自动焊机机架结构设计的改进型焊接装置及其应用。

1 改进型焊接装置结构和功能设计

1.1 焊接装置结构

改进型焊接装置结构示意见图1。控制箱、电动焊接摆动器、焊枪夹持器和二维十字托板等核心部件通过横梁组合在一起，固定在埋弧焊机机架上。这些机械装置满足了环焊缝焊接时焊枪随工件的转动在相对焊缝固定位置进行左右摆动的需要，代替了人工对焊枪的操控，解决了传统手工焊在焊接压力容器筒体环焊缝时费时、费力、焊缝成型受人为因素影响大等问题，极大降低了设备投资[1-2]。

1.埋弧焊自动焊机架 2.横梁 3.控制箱 4.二维十字托板5.电动焊接摆动器 6.连接杆 7.焊枪夹持器图1 改进型焊接装置结构示图

该装置与埋弧自动焊机机架之间采用螺栓进行连接和固定，在焊接压力容器筒体环焊缝时，可随时使用、随时安装，能够满足在同一台焊机上交替进行埋弧自动焊和熔化极气体保护焊的需要，避免了筒体的二次吊装。而且焊接中一道环焊缝一次焊接完成，只有一处接头，焊缝成型美观[3-4]。

1.2 部件及功能设计

(1)设计兼顾新旧2种焊接功能，切换方便。横梁结构为L型，采用100 mm×100 mm×3 mm槽钢焊接制作而成，上端长度为1 300 mm，下端高度为500 mm，横梁一端采用Ø32 mm螺栓与埋弧自动焊机机架连接固定，随时使用随时安装，不破坏机架结构和原有使用功能[5]。

(2)二维十字托板对焊枪的移动起支撑作用。焊接过程中，工件沿着椭圆轨迹运动以及在焊接滚轮架上转动时会出现轴向位移，因此需要实时调整焊枪的高度及水平位置，这时通过手动调节二维十字托板(尺寸为100 mm×100 mm)，可以使焊枪相对焊缝的位置始终保持在焊接要求之内[6]。

(3)焊枪的自动摆动功能。熔化极气体保护焊焊接时，为了使焊缝宽度达到要求需要左右摆动焊枪，使用电动焊接摆动器及控制箱可以实现焊枪的自动摆动。电动焊接摆动器由摆动头、控制箱组成，摆动器有效行程为200 mm，摆幅宽度为50 mm。摆动头尺寸为200 mm×100 mm×70 mm，控制箱尺寸为120 mm×175 mm×75 mm。控制箱用于频率、方式及边停时间等自动摆动参数的设置，可以随机调节，使焊缝宽度一致且满足焊接工艺要求[7-8]。

(4)焊枪的固定及角度调整功能。焊枪夹持器通过连接杆与电动焊接摆动器相连，起到固定焊枪和调整焊枪角度的作用。焊枪夹持器由压片、调压螺栓、转角盘组成。压片尺寸为Ø30 mm×3 mm，调压螺栓规格为M12×35，转角盘尺寸为Ø60 mm×3 mm[9]。

2 改进型焊接装置使用方法

2.1 参数设置

将配件按设计图样组装完成，紧固螺栓使工装与埋弧焊机机架可靠连接。将工件置于焊接滚轮架上后准备焊接，按照焊接工艺要求设置焊机电流、电压等相关参数，通过电动焊接摆动器的控制箱设置焊枪摆动参数，摆幅为10～20 mm，频率为5 Hz，边停时间为0.5～1.5 s。设置熔化极气体保护焊焊机送焊丝速度为200～2 000 mm/min，焊接滚轮架的转动速度为150～300 mm/min[10-11]。

2.2 焊枪就位

调整埋弧自动焊机机架，使焊枪位于焊缝中心位置，按照焊接要求调节焊枪夹持器，使焊枪角度为60～85°，紧固调节螺栓保持焊枪固定不动[12]。

2.3 焊接

在焊接过程中，要观察焊枪与焊缝的相对位置，根据位置变化调节二维十字托板，使焊枪相对焊缝的位置始终保持在焊接要求的范围之内。完成焊接后松开横梁上的螺母将工装整体拆下，不会影响埋弧焊功能的继续正常使用[13-14]。

2.4 检验

首先外观要满足要求。在焊接过程中，要做到焊枪的焊接角度、摆动幅度及频率始终不变，这是保证焊缝形状一致的关键。此外无损检测要满足要求，按照JB/T 4730.2—2005《承压设备无损检测 第2部分：射线检测》进行100%的X射线检测，焊缝质量要全部符合I级要求，检测结果为合格[15]。

3 焊接装置实际应用

改进型焊接装置在大庆石油化工机械厂的实际生产中得到了充分应用，完成了天然气公司6台直径为3 000 mm不锈钢复合板储罐的焊接任务，累计射线检测拍片800张，一次焊接合格率98.6%。与手工焊相比，提高生产效率近3倍。

4 结语

改进型焊接装置保留了原有埋弧自动焊功能，增加了自动气体保护焊功能，实现了焊机的多功能和自动化使用。此次改进利用了现有设备资源，提高了焊接水平和质量，缩短了制造工期，降低了生产成本，极大降低了工人劳动强度。