应用于横环缝焊接的新型自动化设备

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在钢铁建设工程中，随着市场规模的扩大，大型筒体的钢板焊接质量、焊接速度已经难以满足焊接要求，具有新型焊接工艺的焊机带来的技术有效地解决了这些问题。

随着经济的迅速发展，我国已经成为世界钢铁产量大国。钢结构建设的规模越来越大，钢板越来越厚，焊接的工作量也越来越多。传统的冶金建设施工队伍均采用手工焊接或CO2半自动焊接施工，体力繁重，劳动强度大，远远满足不了施工进度和建设质量的要求。我们在前期开发研制自动化焊机的基础上，根据筒体厚板的特点，推出了成套自动化焊接设备，立缝采用“高效气电立焊机GLH-II”、横环缝采用“横缝埋弧自动焊接机GHH-II”。在我国多个大型钢铁建设项目如2800~5800m3等高炉、板厚达120mm热风炉建设、电力建设和氧化铝工程建设等施工中应用，取得了圆满成功。

施工工艺方法

大型筒体一般在φ5m以上，最大时可达φ10~φ25m,容积达2000m3以上，钢板厚度达60~120mm，最大高度达几十米。这类大型筒体的制造、安装由于运输困难，所以大都要在现场安装制造。其制造方法有分片正装法、分片倒装法和现场分节预制后整节吊上正装法等几种。

本文介绍的现场分节预制后整节吊上正装法，是在施工现场的基础旁进行炉体单节（既一带）制造，采用“气电立焊机”进行立缝焊接，完成组装、焊接每一节。然后用吊车（或其他方法）将组装焊接完的一节炉体吊起安装到基础上；每装好一节后采用“横缝埋弧自动焊机”进行横环缝焊接，再装配下一节，一节一节的往上安装，再进行横环缝焊接。这种装配方法具有施工方便、进度快、效率高等优点，因此被广大施工单位所采用。

横缝埋弧自动焊接

设备组成

1. 横缝埋弧自动焊接机GHH-II设备主要部分由铝合金板罩面载体操作车、大车行走机械系统、控制系统、焊接送丝系统、焊枪调整装置、焊剂自动循环输送回收器、焊接自动控制系统、焊接电源以及配电装置等组成。

2. 设备的主要特点：横缝埋弧自动焊接机其大车悬挂在筒体的壁上，以壁上边缘为导向沿壁行走，行走轮采用自位机构，可以随筒体壁的曲率自行转弯，能适宜小直径炉体，完成横环缝的多道多层埋弧自动化焊接。埋弧焊剂自动输送回收，循环使用，减少消耗损失。由于埋弧自动焊接时抗风能力较强，焊接操作大车载体外形封闭且带有铝合金板罩面，抗风性能更好，因此更适合野外、高空作业。车体轻便，操作员可在其内部作业，安全可靠，操作简单且容易掌握。焊接效率高，是普通手工焊接的10~20倍。焊机全部采用先进的元件和材料，制造成本低，维修容易。

这种焊机特别适用于正装法施工的圆筒型罐体、冶金高炉和热风炉炉体等横环缝焊接，罐体直径一般应大于4m，焊机根据板幅宽度（筒体每节高度）可在1.4~3.0m范围内调节，可以焊接板厚的范围在8~120mm。焊机的主要技术参数如下表所示。

横缝埋弧自动焊接机GHH-II设备主要技术参数

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横缝埋弧自动焊接工艺

横缝焊接的焊缝位置与传统的埋弧自动焊平焊有明显的不同，主要区别于焊接熔池形成时铁水流动的状态，由于重力作用铁水要往下流淌，因此横向埋弧自动焊接必须解决托弧问题。

由于大型筒体的主体壁板很厚，可以依筒壁上边缘为导向，埋弧自动焊接机要悬挂在高壁上，沿壁行走，设计有焊剂转动托轮外套耐热橡胶拖带，当焊接操作车自动行走时转动托轮紧靠炉壁同步转动，耐热橡胶拖带受压紧轮作用，也紧靠炉壁将焊剂托住，保证焊剂与焊接点位置相对静止，实现可靠的埋弧。在托盘上焊接点的前方设计安装了焊剂自动输送咀，后方设计安装了焊剂自动回收咀，由自动回收电机系统回收到焊剂箱，焊剂循环使用。

由于横缝埋弧焊采用多道多层焊接工艺，其焊接坡口、焊缝层次等规范参数，都要按其特定的条件做相应的变动，以适应焊接过程的需要。

1.坡口形式：横缝焊接坡口形式与传统的埋弧自动焊平焊不同，与手工横缝焊接也不同。焊接时，坡口形式、焊枪在坡口的位置以及相应参数如图1所示。横向焊缝埋弧自动焊接，罐壁板筒体上侧的坡口要根据板厚情况可以加工成等边或不等边K形坡口，单边V形40~45的坡口。钝边1~2mm，间隙1~2mm。

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图1 焊接坡口形式焊接后的情况

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2.坡口的制作：为保证坡口加工的一致性，罐壁板筒体上的坡口最好采用机械法刨削。如果现场加工有困难，也可以采用火焰切割法加工，但要求采用半自动割机来进行，以保证坡口的形状和尺寸的准确。

根据横缝焊接坡口形式的比较，自动焊坡口比手工焊坡口小1/3，自动化焊接时的金属填充量要比手工焊接量少，有利于降低施工成本，而且焊接变形小，有利于提高焊接质量。

3.焊缝层次：横缝埋弧自动焊宜采用多层多道焊法施焊。焊接的板厚不同，层数不同，板越厚，焊接层数越多。焊接时，一般先焊外壁，后焊内壁。步骤是：打底层-填充-盖面。

焊接压道方式如图2所示。

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图2 厚板横缝坡口形式焊缝层次示意图

（1）焊接打底层：如果坡口组对的好，间隙一致，一般不需要先用手工电弧焊封底，可直接进行埋弧自动焊打底层焊接。打底焊道是最关键的一条焊缝，打底焊道易出现焊穿、夹渣、未熔合等缺陷，打底焊道的好坏直接影响了以下焊道的焊接质量和操作者施焊的难易度。因此，打底焊道的焊肉要均匀一致、上下熔合良好。焊好打底焊道，是保证焊接质量的前提。

（2）填充焊接：焊接后一道焊缝前，应对前一道焊缝进行修整清理，进行填充焊接，保证焊缝的熔合性。焊缝的填充量要根据坡口大小调节焊接速度来控制。

（3）焊缝外观焊道即盖面：焊道要排列整齐，宽度比坡口面增宽2~4mm，余高0~2mm。余高差≤2mm，无较明显的凸起或沟槽。

外侧壁焊接完毕，对罐体内侧坡口用碳弧气刨或角磨砂轮清根，然后再用埋弧自动焊封焊。

焊前可通过调整装置旋转，确定焊枪角度，一般应为20~30的倾斜角度，有利于焊缝的成形。

技术特点

1. 新型焊机通过几年来在十几个大型罐体、筒体高炉、热风炉炉体、氧化铝种分槽和脱硫塔等施工工程中的应用，结果证明其焊接技术先进，设备稳定可靠，焊接质量好，极大地减轻了工人的劳动强度，焊接速度是手弧焊的10多倍，降低了综合成本。

2. 采用横缝埋弧自动焊接工艺，提高了野外施工的抗风能力，对制定合理的焊接工艺，避免焊接缺陷，获得优良的焊缝质量具有重要意义。

3. 新型焊机对筒体为40~90mm的厚板焊接尤其具有优越性，现在已经应用于120mm的厚板焊接。焊接效率更高，综合成本更低。为这种高效自动化焊接技术及设备的推广应用提供了广阔的前景。 【MechNet】