提高管線鋼管焊接質(zhì)量的措施
宗波，楊萬霞，朱大權(quán) （遼陽石油鋼管廠，遼寧遼陽１１１０００）
摘要：介紹了在某管線鋼管生產(chǎn)中，為了提高焊接質(zhì)量而采取的４種措施，并詳細(xì)說明了具 體的實(shí)施方法。‘這些措施包括：提高內(nèi)焊焊接電流的輸出能力，采用焊縫自動跟蹤裝置，加裝 外焊電流顯示裝置，改進(jìn)內(nèi)焊送絲機(jī)構(gòu)。實(shí)施結(jié)果證明，鋼管的焊接質(zhì)量得到明顯的提高。
關(guān)鍵詞：螺旋焊管；焊接電流；焊縫跟蹤；焊接角度；送絲機(jī)構(gòu) 中圖分類號：ＴＧ４４５文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ文章編號：１００１—３９３８（２００８）０１—００７０—０３

前言
２００６年，遼陽石油鋼管廠承擔(dān)了某管線部分鋼管生產(chǎn)任務(wù)，鋼管規(guī)格為直徑２１９mm×１７．２ ｍｍ， 鋼級為Ｘ７０，采用螺旋縫雙面埋弧焊接。本次生產(chǎn) 工期緊、任務(wù)重，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，技術(shù)規(guī)范制定 極為嚴(yán)格，對焊接質(zhì)量提出的要求很高。 為了優(yōu) 質(zhì)、高效地完成生產(chǎn)任務(wù)，就需對焊接機(jī)組的焊接 電流、焊絲角度進(jìn)行調(diào)整，對焊縫自動跟蹤系統(tǒng)等 設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以提高焊接質(zhì)量，滿足業(yè)主要求。
１外焊直流加裝焊接電流顯示裝置
１．１加裝焊接電流顯示方案 焊接機(jī)組外焊直流的控制采用林肯ＮＡ一５ 控制箱，其焊接控制特性是ＣＶ（恒壓控制），且能 預(yù)設(shè)包括焊接電壓、送絲速度和焊接速度等焊接 參數(shù)。該控制箱面板上有焊接電壓和送絲速度的 顯示，沒有焊接電流的顯示，如圖１所示。由于沒 有焊接電流的準(zhǔn)確顯示，當(dāng)監(jiān)造和業(yè)主方需要知 圖１ ＮＡ－５控制箱外觀圖 道焊接電流的大小時(shí)，只能用數(shù)字鉗形電流表測 ５～６次，取其均值，測量過程時(shí)間長且誤差大。 因此，決定加裝電流表，用以顯示焊接電流。
１．２ 實(shí)施方法 有３種方法可供選擇：①采用指針式電流表； ②采用數(shù)字式電流表；③利用原有的電流傳感器 設(shè)計(jì)數(shù)字顯示裝置。 指針式電流表具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安裝方便、易維 修、受環(huán)境影響小等特點(diǎn)，結(jié)合車間現(xiàn)場的實(shí)際情 況，并參照ＮＡ一３Ｓ和ＮＡ一４控制箱，決定采用 指針式電流表和分流器組成外焊直流顯示裝置。 電流表選用磁電式，型號為６３Ｃ１８，量程１ ５００ Ａ。 具體方法是：將電流表和分流器并聯(lián)后，再串聯(lián)到 焊把線中，如圖２所示。加裝此套裝置后，操作者 可準(zhǔn)確、直觀地調(diào)整外焊焊接電流，從而實(shí)現(xiàn)對焊 接電流的有效監(jiān)控。

２焊縫自動跟蹤系統(tǒng)
２．１ 改進(jìn)方案
原焊縫自動跟蹤裝置精度低，實(shí)時(shí)性差，響應(yīng) 時(shí)間長，還需操作人員配合，不能滿足本次生產(chǎn)焊 接工藝的要求。因此，決定在內(nèi)、外焊分別加裝英國Ｍｅｔａ公司的Ｖｉｓｔａ wｅｌｄ焊縫自動跟蹤系統(tǒng)。
２．２系統(tǒng)組成
Ｖｉｓｔａ Ｗｅｌｄ焊縫自動跟蹤系統(tǒng)由傳感器部件、 伺服電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、工業(yè)計(jì)算機(jī)圖像處理部分、控 制器部件等組成。該系統(tǒng)以激光條紋為工作介質(zhì)， 當(dāng)攝像頭采集到激光條紋圖像后，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行 圖像處理，得出結(jié)果后由執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成動作。該 裝置具有系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、安裝 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖３所示。
２．３工作原理
激光結(jié)構(gòu)光法視覺傳感工作原理如圖４所 示，這里只畫出一條激光條紋，另兩條與此相同。 本系統(tǒng)屬于采用激光作為主動光源的結(jié)構(gòu)光法視 覺傳感焊縫跟蹤系統(tǒng)。激光管發(fā)出點(diǎn)光源經(jīng)柱狀 鏡轉(zhuǎn)換為條形光源，投射到工件焊縫坡口上，激光 條紋發(fā)生相應(yīng)的變形，并向工件上方漫反射。 ＣＣＤ攝像機(jī)接收從工件上漫反射的反映坡口形 狀的激光條紋，通過圖像采集和圖像處理環(huán)節(jié)，便 可知激光條紋變形處的中心位置，即焊縫中心線 位置。 ＣＣＤ攝像機(jī)采集到激光條紋圖像送計(jì)算機(jī) 進(jìn)行圖像處理，并與設(shè)定的中心位置相比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出校正指令，經(jīng)ＰＬＣ和控制 器控制伺服電機(jī)動作，完成校正跟蹤過程。該結(jié) 構(gòu)光法不僅能檢測出焊縫的中心位置，而且還能 獲得焊縫截面的形狀和尺寸等特征參數(shù)，適合于 不同的焊縫和各種焊接方法。經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際使用證明，該自動跟蹤系統(tǒng) 可糾正焊接過程中出現(xiàn)的微小偏差，大大減少了 焊偏、未熔合等焊接缺陷，提高了焊接質(zhì)量。 與傳 統(tǒng)跟蹤設(shè)備和人工操作相比，該系統(tǒng)具有跟蹤精 度高、響應(yīng)速度快、操作簡單方便、人機(jī)界面友好 等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足了鋼管成型焊接的要求。激光 跟蹤系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用照片如圖５所示。 圖５激光跟蹤系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用
２．４存在的問題
如果工作環(huán)境粉塵較大，特別是粉塵中含有 大量的鐵磁顆粒時(shí)，將導(dǎo)致觸摸屏顯示器出現(xiàn)故 障，觸摸功能失效。如果顯示器安裝位置距離管 體較近，還會受到電磁干擾，易出現(xiàn)圖形失真，使 顯示器的清晰度下降。 有時(shí)因?yàn)榘宀能堉频脑�因，�?dǎo)致對頭前后跟 蹤效果不好：這時(shí)要將手控盒打到“手動調(diào)整”狀 態(tài)，用手動來調(diào)整跟蹤系統(tǒng)。
３提高內(nèi)焊直流電焊機(jī)輸出能力
３．１ 改進(jìn)方案
該管線鋼管規(guī)格為直徑ｌ ２１９ ｍｍ×１７．２ ｍｍ，材質(zhì)為Ｘ７０級管線鋼，正常生產(chǎn)時(shí)內(nèi)焊直流的焊接 電流可達(dá)到１３５０～ｌ４００Ａ，已接近電焊機(jī)的最大輸出電流。生產(chǎn)初期內(nèi)焊直流用１臺電焊機(jī)，當(dāng) 需要輸出較大焊接電流時(shí)，調(diào)節(jié)旋鈕已調(diào)到極限， 同時(shí)電焊機(jī)的溫升和故障率明顯增加，導(dǎo)致內(nèi)焊 焊接質(zhì)量下降。因此，將內(nèi)焊電流改為由２臺電 焊機(jī)并聯(lián)輸出，以增大輸出電流，提高焊接質(zhì)量。
３．２實(shí)施方法
將２臺林肯焊機(jī)（ＤＣ一１５００）并聯(lián)，接成一主 一輔的形式。內(nèi)部控制按林肯焊機(jī)相關(guān)原理接線， ．主機(jī)的４號和３１號線與輔機(jī)相對應(yīng)的４號和３１號線相連 接，主機(jī)的７５號，７６號和７７號線與林肯焊機(jī)控制箱NA 一3s相連接，外部接成并聯(lián)輸出，如圖６所示。現(xiàn)場使用證明，采用２臺焊機(jī)并聯(lián)后，內(nèi)焊直 流的電流輸出能力顯著提高，電流調(diào)節(jié)范圍加大， 夾渣、未焊透等焊接缺陷明顯減少，使焊接質(zhì)量有 較大的提高。投入運(yùn)行后，焊機(jī)工作平穩(wěn)可靠，溫 升正常，沒有發(fā)生故障。
４改進(jìn)內(nèi)焊送絲機(jī)構(gòu)
原有的內(nèi)焊送絲機(jī)構(gòu)是２根送絲桿固定在支 架上，其上沒有角度標(biāo)定，操作者每次調(diào)整焊絲角 度時(shí)，花費(fèi)時(shí)間長，且很難控制調(diào)整角度。有時(shí)送 絲桿還會因固定不牢隨著大橋擺動，從而發(fā)生焊 點(diǎn)偏移，為此，設(shè)計(jì)了一套新的送絲機(jī)構(gòu)。新送絲 機(jī)構(gòu)由扇形板、送絲桿、連接角鋼等組成，扇形板 上開有４個(gè)弧形槽，連接角鋼一邊與弧形槽相連， 一邊與送絲桿相連，如圖７所示。 送絲機(jī)構(gòu)改進(jìn)后，送絲桿固定牢固可靠，使焊 點(diǎn)不再發(fā)生偏移，同時(shí)還制作了標(biāo)準(zhǔn)角度樣板。當(dāng)更換送絲嘴時(shí)，如果焊絲角度產(chǎn)生偏移，就可用 標(biāo)準(zhǔn)角度樣板對照測量，從而能更快、更準(zhǔn)地調(diào)整 焊絲角度、焊絲間距、焊絲的前后和左右偏移等參 數(shù)。采用此套裝置操作方便，大大提高了焊接穩(wěn) 定性。 該規(guī)格管線鋼管正常連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，送絲機(jī)構(gòu) 參數(shù)設(shè)置為：１號絲上部距板邊２５ ｍｍ，１旽絲下部距 板邊３８ ｍｍ；２號絲上部距板邊２８ ｍｍ，２號絲下部距 板邊１６ ｍｍ；兩絲夾角２７度。

５結(jié)論
以上幾種改進(jìn)方案實(shí)施后，經(jīng)過現(xiàn)場使用證 明，不僅提高了焊接質(zhì)量，而且在降低員工勞動強(qiáng) 度、提高設(shè)備利用率、減小操作誤差等方面，都取 得了較好的效果，滿足了監(jiān)造和業(yè)主的要求，圓滿 完成了該管線的生產(chǎn)任務(wù)。

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