全位置焊中自动焊接设备的应用

周银,杨晓燕,王文红,周梦醒

(宁夏吴忠市好运电焊机有限公司,宁夏 吴忠 750001)

全位置焊中自动焊接设备的应用

周银,杨晓燕,王文红,周梦醒

(宁夏吴忠市好运电焊机有限公司,宁夏 吴忠 750001)

现阶段,信息化的应用范围不断拓展,焊接技术水平也呈现稳步提高的趋势,我国管道的建设速度极快,各个种类的自动焊接设备不断投入使用,在锅炉电站设备以及石油化工单位安装和生产中,要保证管道和管板之间的焊缝质量,必须采用全位置焊接,为了满足焊接质量的要求,将自动焊设备科学的应用于全位置焊中具有积极的意义.技术人员需要结合焊接的实际状况,及时解决操作中存在的问题,实现焊接质量的提高和优化.

全位置焊;自动焊接设备;应用

1 全位置焊中自动焊接设备的结构和应用特点

1.1 整体结构

自动焊接设备的构成主要包括几个主要部分,分别为焊接机头、行走环、导轨、控制系统,这些部分按照从上到下的顺序构成一个整体.

1.2 控制系统

控制系统由微型计算机和控制箱构成,计算机也可以是笔记本电脑,主要包括几个重要的组成部分,分别为主机、键盘、显示器、输入设备以及输出设备等.控制箱的构成包括输出接口电路、功率驱动电路以及控制焊枪的控制系统等.

1.3 焊接作业方式

基于焊接位置的固定程度较高,所以生产方式相对简单,通常是采用管道对接焊的专用自动焊设备,易于操作的功能较为单一,只能够进行自动焊接操作.

1.4 焊接电弧

进行国内管道焊接的全位置自动焊设备、国外全自动焊设备所配置的弧焊电源和焊接机头之间是从属关系.能够实现焊接工艺参数控制的旋钮、按钮都集中在控制盒或者焊接机头的位置,在旋钮、按键的操作过程中,实现工艺参数的改变,所以弧焊电源基本上都是专属应用的.

1.5 成熟的焊接工艺

进行焊接操作的主要部件是焊接机头.在管道全位置焊接中,为了保证焊接质量,焊接机头在进行焊接的过程中,要进行多个种类的复合式的运动,使焊枪保持特定的姿势.但是焊接机头会受到运动自由度的限制,不容易实现种类较多的复合式的运动.在这一过程中,合理控制焊接工艺的参数尤为重要,通常采用分段的形式进行工艺参数的确定.在全自动的焊接过程中,生产工人要将焊接机头和焊枪的位置进行适当的调整,但是缺点是对于相对成熟的焊接工艺,再现性差,继承性差.

2 全位置焊中自动焊接设备技术的性能分析

2.1 开发技术路线

现阶段,焊接机头和导轨组合的方式已经在世界范围内很多国家的野外管道位置自动焊接中得以应用,采用往复运动形式控制焊枪.自动焊接设备的研制,主要关注焊接和工艺的优化以及实现,只有保证焊接工艺参数的合理化,才有可能保证焊接质量.所以,为了保证焊接质量,通常对于同一操作内容,存储了多套焊接工艺.一些焊接操作会对焊接质量产生直接的影响,但是技术人员却没有对其进行认真研究,自动焊接设备是一类机电一体化的设备,要从机、电、控制以及焊接等多个角度、多个方面展开分析,进行调节.伴随着移动存储设备应用范围的不断拓展,在其中存储大量的工艺程序已经不再有意义,没有较强的实用性.可以通过在光盘上存储焊接工艺的方式,再通过计算机进行数据的传输,将数据传递到自动焊接设备上,再由设备完成存储.在移动存储设备的使用过程当中,将存储设备中节约得到的空间再进行有效的利用,可以编制更多数量的控制程序,进行全自动焊的过程中,对焊缝进行全面的控制,以解决管道全位置的自动焊质量.

2.2 电气及执行元件

将直流电机驱动技术应用于我国的自动焊接设备当中,合理使用负反馈来进行电路的控制,控制的实质为:电弧电压、电流在传感设备检测得到的信号中,和基准信号进行对比,完成以后再在运算放大器的作用下实现放大,使其有效的进行直流电机的驱动.在上述操作中,运算放大电路或者集成式电路都会出现飘移现象,就是在操作温度升高以后,运算放大设备或者集成电路从原来的工作点开始移动,导致驱动直流电机的电压值发生改变,进而导致转动速度的改变.直流电机是一类电压控制型执行元件,转速的大小对降低直流电机控制系统中的电压值具有较大的影响,如果电压值发生了变化,则会导致直流电机转速的变化,使焊枪的位置发生偏离.

野外操作的环境中,采用上述的焊接设备,基于运行环境较差,受到的外界干扰相对严重,所以温度的持续升高可能会导致偏移问题更加严重,上述原因是现阶段管道全焊接中,国内管道全位置自动焊设备、国外全自动焊设备仍然需要人工干预的主要原因所在.

2.3 自动控制方式

现阶段,选择导轨的方式来进行国内管道全位置自动焊机的应用.将自动焊接机头沿着导轨移动的方向完成焊接操作,只有合理控制焊机机头,才能有效的实现焊枪位置、姿态的控制.但是在实际的操作过程中,常常出现和上述问题相矛盾的现象.主要的原因在于通过对直流电动机轴的合理利用来实现对系统的控制方面.直流电机的转速在减速设备的作用下实现减速,驱动焊加强机构对焊缝进行跟踪,然后进行弧长的调节.基于减速设备传动链存在一定的传动误差,所以光电传感器的检测信号无法反映出焊枪的实际位置,进而导致检测误差的产生.另外,焊枪在移动副的控制作用下,其跟踪能力较差,所以管道全位置自动焊设备是主要的结构控制系统,也是人工进行全自动焊设备在管道焊接中干预的主要原因.

3 自动焊接设备常见的焊接缺陷与防治

3.1 气孔

在全位置焊中应用自动焊接设备时,气孔是一种比较常见的问题,导致该问题产生的原因有很多.鉴于此,为有效地防止这一问题,在实施焊接时,应加强气体的保护,焊接温度不可过高,严格按照比例以及相关要求来充装气体,确保充装纯度达到要求.同时还要注意施焊场地周围的环境,若施工场地的风速每秒超过8米,应用防风棚来实施防护,且环境湿度不可过大.此外,为确保施焊位置保持干燥,可利用环形火焰加热器或中频感应加热器来实施加热.

3.2 未熔合

未熔合一般常出现于立焊位置,导致该问题的原因有焊道打磨形状不正确、在焊接时偏离焊缝或者焊枪摆动的宽度不够合理等.鉴于此,在焊接过程中,在实施焊道打磨作业时,应尽量打磨平整.同时在焊接之前,还应对焊丝进行仔细地观察,察看其摆动宽度是否正确.此外,在焊接过程中,如发现焊接熔池和焊道中心出现偏离,应及时实施调整,以免出现未熔合问题.

4 全位置焊中自动焊接设备的发展展望

我国大口径管道的建设速度逐渐加快,正在研究性能较为优异的自动焊接设备,实现全自动焊接设备的应用是不可逆转的发展趋势.

4.1 机械结构

如果有些元件应用与自动焊接操作中,其被驱动完全是在旋转副的作用下来实现的,基于旋转副的摩擦力和移动副的摩擦力大小不等,所以其数值差实现了旋转副的灵活应用.实现焊枪位置以及状态的调整,可以高质量、高效率的应用于管道的全位置自动焊当中.将焊接操作元件进行妥善的驱动,可以减小其运行功率.保证焊接机头的使用性能和耐久性.焊枪上要设置传感设备,以实现准确的定位和状态的获取.这一形式的安装,可以在国内外的自动焊设备中焊枪的定位以及状态检测中得以应用,检测快速,结果准确,精度高,客观全面.在存储设备中输入焊缝跟踪控制程序以及焊接参数,在焊弧电源中存入其他信息,实现电源功能以及优势的全面发挥.将不同的存储方式结合起来,相互配合,可以有效的解决在全焊接操作中的质量问题.

4.2 弧焊电源

弧焊电源已经在我国成功应用了几年,经过这一阶段的发展,技术更加优化,伴随着技术的不断更新,将逆变技术为主要设计依据,开发出了氩弧焊设备,气体保护焊设备等一系列设备,满足了野外的焊接操作要求,已经有一些设备在中国石油集团公司的工程中得以成功的使用.这些产品所应用的自动送丝闭环控制系统,使送丝的质量满足设备的实际要求,技术得到进一步推广.

管道的全位置焊接,可以通过焊接机头和国内的通用型电源结合起来实现,使全自动焊接设备的价格得到显著地降低.这类组合方式,不仅充分体现了有弧焊电机制造上的技术优势,而且对电源进行了进一步的优化研究,实现了生产厂家对焊接机头的集中研制,推进了自动焊设备的技术进步.使应用自动焊接技术的企业将原来的弧焊电源得到了再次利用,降低了在自动焊方面的资金投入量.这种类型的操作方式,弧焊电源和自动焊接设备保持着并列关系,无需采用自动焊接技术,通过对弧焊电源和半自动焊枪的综合利用,实现半自动焊接.

5 结语

将焊接设备应用与全位置焊接操作中,一方面实现了资金投入量的减少,满足了自动化操作的要求,减少了人力资源的使用量,另一方面提高了焊接操作的质量以及效率,减少了制造时间,取得了较好的经济效益.基于自动焊接设备结构以及执行元件的局限性,还不能够在野外焊接中完全彻底应用自动焊接技术.也无法实现大范围的推广.所以技术人员需要进一步对焊接设备的结构以及电气执行元件进行研究和优化,实现技术的全面性应用.开发出资金投入量少,性能良好、操作简单的自动焊接设备,可以在石油化工、电力水利工程的管道焊接中得到广泛的应用.

[1]张毅,任亚龙,王长江等.基于PMAC,ARM单弧双丝管道全位置自动焊接控制系统设计[J].焊接技术,2013,42(10):48-50.

[2]周灿丰,焦向东,陈家庆等.深水海底管线铺设自动焊接技术研究[J].焊接,2012(1): 23-26.

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1671-0711(2017)11(下)-0121-02