CSW-500卧式双环缝自动焊机的设计与应用

HEATS

公司根据客户的需求要-焊接7～8万套阀体与-法兰组合件，由于生产批量大、品种规格多，如果用手工钨极氩弧焊焊接，效率远远满足不了生产发展的需要。为了摆脱落后的设备和工艺的束缚，长期以来，我公司力求用科技手段来解决现有问题以实现科技兴公司，达到多、快、好、省的目标。
　　公司首先设想进口一台阀体与法兰双焊缝自动-焊接机床，但需资金在20～30万美元，因财力所限，只能把目光转移到国内，寻求物美价廉的国产同类-机床。通过查找资料、咨询有关专家后，与国内专业技术力量合作没计出阀体与法兰双环缝自动焊机。

　　我公司根据阀体与法兰环缝焊接的特点及技术条件提出设备要求，由某焊接自动化设备有限公司设计、制造了一台卧式环缝自动焊接机。专机在设计过程中，我公司有关人员捉供了许多阀体与法兰组合件焊接工艺技术资料，供该公司参考。机床经使用证明，其性能完全可与国外同类产品相媲美，能够满足阀体与法兰环缝焊接工艺的要求。

　　一、自动焊机的设计与原理

　　1.设备焊接电源形式的配置与比较

　　众所周知，焊缝质量的关键因素之一是焊接电源的配置。目前围内外有四种电源配置或焊接方法，为了择优选取，我们进行了对比分析。

　　（1）CO2气体保护电源（熔化极）利用CO2气体做保护。优点：CO2气体价格低、生产效率高、焊接电流密度大、焊件基体熔池深、熔化效率高、熔敷速度快，生产效率比手工焊高2～4倍，而且抗锈、抗裂性能好；缺点：大电流焊接时，焊接表面成形较差、飞溅较多，焊后需人工除掉粘在工件上的飞溅物。

　　（2）MIG气体保护焊（熔化极），利用氩气做保护。优点：焊接熔池深度大、焊接电弧稳定、焊缝成形好、生产效率高；缺点：因保护气体用氩气来实现焊接过程，氩气价格偏高且MIG焊接电源较CO2/MAG焊接电源在价格上贵3～4倍。

　　（3）MAG气体保护焊电源（熔化极）。利用氩气和CO2混合气体保护，其中氩气为80％、CO2为20％。优点：焊接熔池深度大、熔敷效率高、焊接飞溅较小，可获得稳定的焊接过程和美观的焊缝。

　　（4）TIG气体保护电源（非熔化极），利用氩气做保护。我公司通常使用的焊接电源就是这一种（手工钨极氩弧焊）。优点：由于电极只通过电流加热工件，使工件和焊丝形成熔池故没有飞溅物产生，焊缝成形美观；缺点：电弧熔池深度浅、熔敷率低、生产效率不高。因焊接过程全部采用氩气做保护，价格偏高。

　　通过焊接电源配置的对比及专家的建议，确定采用CO2/MAG焊接电源配置来制造双环缝自动焊接机床。

　　2.设备的构成与工作原理

　　（1）设备的构成该设备由导轨床体、转动转台、气动尾顶滑台机构、转动机构、工件夹紧机构、中间托料机构、专机焊枪气动调节机构、焊枪三维微调节机构、焊枪夹持机构、气动尾顶及专机电控系统组成。卧式双环缝自动焊机结构如图1所示。


　　（2）工作原理采用转动端夹紧工件，另一端顶紧工件的方式，双头CO2焊枪相对不动的原理与CO2/MAG焊接电源匹配实现工件环缝的焊接。

　　　　
　　（3）设备的适用范围①适用于碳钢与不锈钢阀体、法兰等平面圆形环缝焊接。②环缝最小直径为25mm，最大直径为120mm。③阀体与法兰组焊工件最大长度为360mm，法兰最大直径为260mm。④工件最大重量为45kg，机床最大回转直径450mm。

　　（4）设备的特点①主转动部分采用标准蜗轮减速机传动，交流变频电动机，转速无级调节，转动定位盘上装有工件夹持机构。②中间托料盘采用气动上下运动，同时托料盘与气动尾顶滑台机构沿着机床可纵向调节，以适应不同长度不同规格的工件。调节时方便、快捷，且定位准确。③利用平台式焊枪调节机构，调节焊枪的轴向位置；采用精密直线轴承支承，手动调节焊枪距离，焊枪三维调节机构及焊枪夹持机构采用铝合金十字调架使焊枪夹持牢固可靠，焊枪的位置调节也方便、灵活。④设备具有搭接量调节和自动复位到初始状态等功能。⑤设备具有任意点起、收弧功能。⑥控制部分采用进口高性能PLC作为核心控制部件，对系统进行集中数据采集控制，操作界面为按钮式操作机构，故障率低并易于掌握。⑦一次成形双环缝焊接。⑧操作方便、易于调整，组焊不同规格体兰组合件时，设备调整一般只需5min左右即可完成。

　　3.设备的自动焊接程序

　　按下启动按钮→托料盘上升到位→待焊阀体、法兰件分别放在定位盘及托料盘上→气动尾顶到位顶紧工件→调整好焊枪位置和角度→调整好焊接速度、焊接电流、电压及有关参数→工件旋转→自动焊接→焊接完毕，气动尾顶松开→卸下工件、进入下一个循环。

　　二、阀体与法兰双环缝自动焊接实例

　　（1）阀体与法兰材料为ASME A105、其熔炼分析和产品化学成分见下表：

　　　　
　　（2）锻钢承插焊闸阀、阀体与法兰焊接组合件规格、尺寸见图2。

　　　　


（3）焊接工艺焊材选用牌号：GB/MG—49—1，型号：GB/ER—49—1或ASME ER70S—G。焊丝选用规格：φ1.2mm、电弧电压20～30V、焊接电流200—300A、气体流量20～25L/min。

　　（4）双环缝自动焊接结果一次性焊接完毕，成形后的焊缝外观美观、流畅、整齐划一，内在焊接质量经RT检验无任何焊接缺陷。

　　三、新旧焊接设备与方法的对比

　　仅以型号为Z41H—40FB—50的阀体与法兰组合件为例进行焊接对比：以往的阀体与法兰组合件焊接通常是在专用定位机床上，先固定阀体与法兰位置，用焊条电弧焊或手工钨极氩弧焊进行三点定位焊，然后夹持在焊接变位器上用手工钨极氩弧焊进行环缝焊接，焊层为2～4层。一面焊接完后，再调换位置焊接另一面，一位熟练的焊工需要9～10min才能将一套组合件焊接完毕。这样的施焊过程使得焊工劳动强度大、生产效率低，并受人为的操作技能影响，焊接质量得不到保证，外观焊缝成形差，费工、费时且增加了焊接成本。

　　现在使用卧式双环缝自动焊机，只要把阀体与带孔法兰在焊接机床固定、夹紧后，就可进行双枪双丝同步环缝焊接，并且定位准确，两边法兰平行度误差极小。焊接时间只需1.5min，一次性完成全部焊接过程。

　　四、经济效益

　　以规格为50min阀体与带孔法兰为例：原组焊一套阀体与法兰固定点焊工时费用0.34元，组焊工时费用1.53元，气消耗费用0.82元，现用双环缝自动焊机焊接，把两道工序合并为一道工序完成。焊接工时费用为0.65元、气消耗费用0.30元，计每套可节约人工费用1.22元、节约气消耗费用0.50元，按年组焊各种规格阀门8万套计算，其他项目不计，仅生产成本费用就可节约10万元左右，而此焊机购进费用仅用了9.4万元。原手工钨极氩弧焊组焊阀体与法兰件返修率一直在3％左右，现使用机床组焊返修率降到1％以下，为此每年可以节约返修费用达1万元以上。由此可见，其经济效益是非常可观的。

　　五、结语

　　清洁、高效、低成本和自动化是焊接技术长期追求的目标，用CSW—500卧式双环缝自动焊机替代传统的手工钨极氩弧焊，阀体与法兰的单丝焊接是实现这一目标的开始，它对于阀门行业小型锻钢阀体、法兰组合焊工序是一种新没备、新工艺、新方法，适于批量焊接。除具有省工、省时及焊接操作技术要求不高的特点外，在工作中也减少了强烈的弧光和有毒烟尘对焊工的危害，大大减轻了焊工的劳动强度，改善了工作环境，并使焊接生产效率提高3～4倍。焊接机床操作简单、维修方便，具有较高的工艺稳定性，显著提高了焊接质量。此设备的生产和使用为阀门行业焊接领域提供了良好的发展空间，使阀体与法兰组合件焊接质量产生质的飞跃，是值得大力推广和使用的。