筒形焊接结构焊接用变位机械的设计①

王 瑾 王 玮

(1.兰州石化职业技术学院电子电气工程系；2.兰州石化公司乙烯厂)

筒形焊接结构焊接用变位机械的设计①

王 瑾1王 玮2

(1.兰州石化职业技术学院电子电气工程系；2.兰州石化公司乙烯厂)

为提高筒体制造的机械化和自动化水平，设计了一种焊接变位机械，可方便快捷地进行筒体结构的焊接。

焊接用变位机械 筒体焊接

锅炉和压力容器是石油化工和电力行业广泛使用的设备，属于筒形焊接结构。筒形焊接结构组装方法分立装和卧装两种：对直径大、长度短、壁厚薄的筒形结构基本采用立装方法组装；而对直径小、长度长、壁厚和刚度较大的筒形结构基本采用卧式组装。立装组装时大多采用焊条电弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法，卧装方法组装时目前基本都采用埋弧自动焊。筒形焊接结构在制造过程中，纯焊接所需作业工时占全部作业工时的30%左右，直接影响生产进度。解决好这一问题的最佳途径，就是大力推广使用机械化和自动化程度较高的焊接工艺装备，即焊接变位机械[1～5]。

1 筒体外纵焊缝和外环焊缝的焊接

筒形焊接结构上的焊缝主要有两种，一种是与筒体轴线平行的焊缝，称为纵焊缝，另一种是绕筒体圆周方向的焊缝，也称环焊缝。当筒体直径较小时一般采用单面焊双面成形，当筒体直径较大时，一般采用双面焊，石油化工企业用的压力容器和火电企业用的锅炉大多直径都比较大，所以基本都采用双面焊。从焊接方法看，目前筒体的焊接几乎全部采用埋弧自动焊，焊条电弧焊只是当需要封底焊或焊接缺陷返修时才使用，在筒体壁厚较大的情况下一般采用电渣焊[6]。另外，锅炉和压力容器是具有爆炸危险的设备，对焊接质量要求比较高，同时，局部结构受力比较复杂，钢材品种比较多，有的钢材焊接性比较差，新工艺、新技术应用比较广。因此，对操作工人技术水平要求比较高，有关焊接规程、管理制度要求比较严格。

对筒体外纵缝和外环缝的焊接，在采用埋弧自动焊时，筒体一般放在滚轮架上，当焊接外纵焊缝时，筒体可以放置在滚轮架上固定不动，焊机在平台上沿专用轨道以焊接速度移动完成焊接工作；当焊接外环焊缝时，可以将焊机固定，使筒体在滚轮架上以焊接速度做回转圆周运动，完成焊接工作。这样就可以设计一台平台式变位机械(图1)，图1a为单轨式变位机，图1b为双轨式变位机。焊接时，将埋弧焊的焊机机头安置在变位机的平台上并固定，平台可以沿立柱上下移动，以调节焊机与焊件之间的距离，并按焊接速度沿轨道移动，完成筒体外纵焊缝的焊接工作。当焊接外环焊缝时，变位机固定不动，因而焊机也就固定不动，筒体在平台下方在滚轮架上转动，完成焊接工作。锅炉和压力容器直径有大有小，为了适应不同直径的筒体焊接，也可设计成悬臂式变位机械(图2)，这种变位机与图1的变位机相比具有更大的灵活性，除具有与之相同的运动形式外，焊机机头沿悬臂可直线运动，悬臂可绕立柱回转运动[7，8]。

图1 平台式焊机变位机

图2 悬臂式焊机变位机

2 筒体内纵焊缝和内环焊缝的焊接

对于筒形焊接结构直径较小时，一般采用在筒体外部进行单面焊双面成形，当筒体直径比较大、并且在筒体内部方便焊接时，一般采用双面焊。对于在筒体内部进行内纵焊缝和内环焊缝焊接时，可设计成悬臂式焊接变位机(图3)，埋弧焊焊接小车固定在悬臂的端部。焊接内纵焊缝时，将悬臂伸入到筒体内部，筒体安置在滚轮架上固定不动，变位机在轨道上按焊接速度移动，完成焊接工作；焊接内环焊缝时，悬臂伸入到筒体内部对接缝的位置，变位机固定不动，焊接滚轮架作圆周运动，在摩擦力的作用下带动筒体以焊接速度旋转，完成环焊缝的焊接工作[9～12]。

图3 筒体内焊缝焊接变位机

3 结束语

基于锅炉、压力容器等筒形焊接结构在焊接过程中，以目前大多采用埋弧自动焊为基础，研究设计了适合于筒体内外纵焊缝和环焊缝焊接用的变位机械，使锅炉和压力容器制造企业在焊接过程中，大幅提高焊接生产效率，保证接头质量，降低工人的劳动强度。

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[4] 陈裕川．大型自动化焊接设备的国内外现状及发展趋势[J].电焊机，2002，32(10)：1～4．

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[6] 王政，刘萍．焊接工装夹具及变位机械图册[M].北京：机械工业出版社，2006.

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DesignofWeldingPosionerforCylindricalWeldingStructures

WANG Jin1, WANG Wei2

(1.DepartmentofElectronicandElectricalEngineering,LanzhouPetrochemicalPolytechnic; 2.EthylenePlant,CNPCLanzhouPetrochemicalCorporation)

For purpose of improving mechanization and automation level in manufacturing cylinders, a welding posioner was designed for convenient and fast manufacturing and welding of cylindrical structures.

welding posioner, cylinder welding

王瑾(1966-)，副教授，从事自动化和机电设备维修专业的教学与研究，wangjin_lzpcc@163.com。

TQ050.6

A

0254-6094(2017)01-0057-03

2016-04-11，

2016-06-30)