冷文深

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院新乡分院，河南 郑州 453000）

1.1 现状分析

圆筒形压力容器制造的一般步骤是筒体卷制完成后先进行筒体纵焊缝焊接，再进行筒节与筒节或筒节与封头环焊缝的焊接。目前，国内外企业大多采用滚轮架等转动设备作为筒体环焊缝焊接的支撑及转动装置。待焊筒体水平放置在滚轮架上，由滚轮架带动瓶体相对焊枪做圆周运动，焊枪固定于横梁上，从而实现筒体环焊缝的焊接。

1.2 存在的问题

（1）焊接时，由于纵焊缝余高的影响，当筒体纵焊缝转动至与滚轮架接触时，会导致待焊环焊缝与焊枪相对高度发生突变，相对高度的突变会导致焊接电弧的不稳定，从而导致不规则焊缝的形成，甚至产生内部缺陷。

（2）滚轮架在使用一定时间后，滚轮表面会出现不同程度的磨损，且两端滚轮架的磨损程度也不一致，这就导致放置在滚轮架上的瓶体纵向中心线会大大偏离水平位置，在机动焊焊接过程中，焊枪不随焊口位置实时调整，这就导致出现焊缝宽窄不均、熔深深浅不一的现象，严重影响焊缝质量。

（3）筒体在滚轮架上的待焊位置每次都是随意的，无工装卡具约束其一次性达到适焊位置，这就要求焊工每次都需要横向找准焊接位置，严重降低了生产效率，增大了焊工的劳动强度。

（4）筒节组对误差导致组对间隙不均匀及筒节间存在错边，焊枪不能实时对误差进行纠正，会导致焊缝焊偏，从而使焊缝达不到足够的强度。

1.3 研究目的、意义

（1）消除原滚轮架式筒体环焊缝焊接装置焊接过程中筒体纵焊缝对筒体环焊缝的不利影响，提高筒体环焊缝的焊接质量，降低废品率。

（2）提高装备的自动化程度，提高生产效率。特种设备是工业运行系统中的主要装备之一，同时又涉及人民生命、财产安全，安全性要求高。在特种设备制造过程中，焊接质量的好坏直接关系到特种设备的安全性。焊接装置的应用能保证在焊接过程中减少人为因素的影响，最大程度地保证焊接质量。筒体环焊缝新型焊接装置的研发可以克服原滚轮架式焊接装置的缺点，消除原滚轮架式筒体环焊缝焊接装置焊接过程中筒体纵焊缝对筒体环焊缝的不利影响，进一步提升焊接质量，提高装置的自动化程度，进而提高生产效率，降低焊工劳动强度，降低生产成本，产生良好的经济效益和社会效益。

带纵焊缝的筒体与封头进行组对并点焊，形成环焊口。筒体与封头形成的组合体进入新型筒体环焊缝焊接装置工位，新型筒体环焊缝焊接装置把跟踪部件、焊机、电机、所有油缸的控制通过PLC归化为一个控制按钮，以实现一键全自动操作。点击开始按钮，一键启动，后续所有动作均按预设自动完成。顶出油缸升起，使气瓶抬升至预定高度；
滑台油缸带动滑杆向预定方向移动，推动封头卡箍至预定位置，使气瓶两端封头被封头卡箍紧紧卡住；
顶出油缸回缩至初始位置，悬空气瓶；
电机自动启动，使气瓶以预先评定的转速进行旋转；
焊枪跟踪系统自动打开，跟踪焊口中心位置；
焊机启动，焊枪采用双丝焊嘴，两端焊缝开始同时进行焊接，焊接时间预设在控制器内，到达预定时间，焊机自动停止焊接；
顶出油缸顶出至预定位置托住气瓶；
滑台油缸回缩至初始位置；
翻转导轨滑台油缸自动启动，带动翻转导轨滑台，翻转导轨滑台带动顶出油缸和翻转油缸，实现瓶体向预定位置移动规定距离；
翻转油缸启动，气瓶被推落至下瓶导轨，随导轨滚出；
随后顶出油缸、翻转油缸回缩至初始位置，翻转导轨滑台油缸回缩，使翻转导轨回复至初始位置。

该装置额的总装配图如图1所示，筒体与封头组成的气瓶8通过轨道22进入全自动新型气瓶筒体环焊缝焊接装置工位；
按控制箱1中的开始按钮，顶出油缸20自动启动，使气瓶8抬升至规定高度；
滑台油缸14自动启动，液压滑台5带动滑杆6及封头卡箍7向右移动至预设位置，使焊接气瓶8两端被封头卡箍顶死；
顶出油缸20回缩至初始位置，瓶体悬空；
随后电机11启动，气瓶8按评定的转速进行旋转；
机械跟踪器3启动，带动双丝焊枪2跟踪焊口中心位置；
双丝焊枪2启动，焊机按评定的焊接参数及焊接时间实施焊接；
焊接完成时，焊机自动停止施焊，电机11自动停止转动；
顶出油缸20启动，上升至预定高度，托住气瓶8；
滑台油缸14自动启动，带动滑台5回缩至初始位置；
翻转导轨滑台油缸16启动，使焊接气瓶8向左侧移动规定距离；
随后翻转油缸21启动，推动气瓶8翻转至下瓶导轨24，翻转油缸21回缩至初始位置，顶出油缸20回缩至初始位置，翻转导轨滑台油缸16带动翻转导轨滑台15回缩至初始位置，焊接过程完成。

图1 装置总图

整个机械跟踪器悬挂于龙门横梁1的侧壁上（如图2）。运行时，首先，钢瓶在设备基座上准备就绪，按下启动按钮，钢瓶瓶体开始旋转，可调行程气缸2带动调整机构沿导轨滑块6下行，循迹轮11进入封头与筒体形成的焊口中，循迹轮11循迹引导1#焊枪（固定于焊枪卡具13上）及2#焊枪（固定于焊枪卡具14上）实施焊接，1#焊枪及2#焊枪螺设于焊枪臂8上；
1#焊枪及2#焊枪分别设有焊枪调节燕尾托9和10，运行中循迹轮11、1#焊枪及2#焊枪所形成的轨迹活动量由焊枪微动导轨滑块7、燕尾托9和10来完成。焊接时，1#焊枪升降微型气缸12动作，带动1#焊枪下行，到达位置后自动开启1#焊枪进行焊接，经延时（具体延时时间依试验决定），再自动开启2#焊枪焊接。1#焊枪与2#焊枪所间隔的物理距离由试验确定。实现1#焊枪进行打底焊接，2#焊枪左右摆动盖面焊接，摆动量依焊接工艺要求而定。循迹轮11运行一周的时间由试验确定后输入控制系统内，预定动作为当循迹轮11运行制预定时间终点时（也就是循迹轮将到达焊接起始位置时），锁紧定位气缸5动作，锁定循迹轮，不再循迹，1#焊枪及2#焊枪按锁定位置继续焊接。当1#焊枪运行到起始焊接位置时（时间可调），1#焊枪停止焊接，焊枪升降微型气缸12动作，迅速升起1#焊枪；
当2#焊枪焊接到起始焊接的位置时（时间可调），停止焊接，可调行程气缸2升起调整机构，锁紧定位气缸5放松。

图2 机械跟踪器

更换待焊筒体规格时，如果焊缝位置需要调节，通过横梁两侧的手轮，调节平行于横梁的龙门横梁调节丝杠4，带动循迹调整机构沿龙门横梁导轨3左右移动，移动就位后，锁紧丝杠的调整。如果钢瓶的直径大小有需要调节，调节可调行程气缸2的行程（气缸尾部有调整螺母），实现循迹调整机构的上下行程调节。

当焊缝位置需要调节，钢瓶直径也需要调解时，按照1，2进行操作即可。

机械跟踪部件调整精度要求如下：（1）左右调整精度要求：通过手轮调整+锁紧偏差控制±1mm,循迹自动调整偏差（焊枪相对循迹轮）控制±0.5mm；
（2）上下调整：通过气缸调整+锁紧偏差控制±5mm，焊枪手轮调整+锁紧偏差控制±1mm；
（3）前后调整：通过焊枪悬臂所附滑道调整+锁紧偏差控制±5mm，焊枪前后调整偏差控制±2mm。

该装置具有结构简单、操作方便，焊接质量稳定、可靠；
且投入成本较低、焊接人员的劳动强度低、焊接效率高等优点，适合中小型企业筒体环焊缝焊接机动化改造。

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