多边杆铁塔纵缝高效焊接专机研发

陈伟栋

摘 要：学校与企业共同进行多边杆纵缝高效焊接专机研发，解决铁塔生产过程中的多边杆铁塔纵缝焊接工艺的实际应用问题，提高此类焊缝的焊接效率和焊接质量。

关键词：铁塔；多边杆纵缝；焊接专机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.059

0 引言

随着铁塔市场的迅速发展，大量企业进入铁塔行业，行业整体利润率不断下降。为降低成本、提高人均产量，在当前多边杆铁塔生产加工过程中，急需一种能够实现纵缝、环缝的焊接且实现快速高效的单面焊背面自动成型，而且成本低、操作简单易学的多用途焊接专机。

为解决长期困扰铁塔行业的多边杆纵缝焊接效率不高的技术难题，山东交通职业学院与潍坊某铁塔企业协作，决定利用双方各自的优势，解决铁塔生产过程中的纵缝焊接工艺的实际应用问题，提高此类焊缝的焊接效率和焊接质量。

1 焊接专机设计方案

根据多边杆纵缝焊接的实际经验，为降低课题研究成本和设备开发成本，认为在铁塔公司现有的特高压带颈法兰环缝焊接专机的基础上进行改造升级，使其由的单一环缝焊接功能扩展为包括各类杆体长直纵缝在内的多功能焊接设备。这样不但可以降低设备的研发制造成本，同时还可以缩短研发时间，取得较高的经济效益。经过校企双方人员的多次研讨，确定了研发方案，重点解决以下问题：

（1）解决焊接操作机的纵缝、环缝焊接时的工位快速转换问题。已有的设计为固定的环缝焊接，只能够完成各类环形焊缝的焊接，不能够完成直线类焊缝的焊接，因此需要设计一种新的方案来解决焊接操作机的90度水平快速转换问题。

（2）解决从动焊接小车速度调节问题。现已完成并投入使用的特高压双端四枪焊接线的从动焊接小车，其移动速度为匀速形式，如将其用作焊接速度控制，需增加焊接速度的无级可调模式，实现任意焊接速度的选择，且焊接过程中均匀可控并可以方便微调。

（3）解决焊道中心可调方便性问题。解决焊接过程中的打底焊焊道的焊接与填充焊焊道焊接以及盖面焊焊道焊接的中心方便可调，原有设计为变频调速，在微调方式下反应速度不够快。

（4）解決工件的快速水平调整问题。环缝焊接的焊接中心线无需精确调节水平，可以由防蹿动装置来纠正，且工件在焊接过程中一直匀速旋转且旋转速度为精密无极可调。而杆体纵缝焊接为焊接过程中工件固定不动，由焊接小车来的匀速一定来实现焊接速度的精确控制，无需滚轮架的转速可调。

（5）解决焊接工艺的实际应用问题。解决单面焊接双面成型焊接工艺的实际应用问题，实际焊接过程中工件的装配质量存在一定误差，影响背面成型的焊缝质量。

解决好上述问题，可以更好地适应各个铁塔生产厂家的实际需求，能够满足厂家对设备高效率、低价格、多功能的需要，同时，为适应当前铁塔类产品对焊接质量要求越来越高的现状，而整体行业又面临过分依赖焊接技术工人个人实际焊接操作水平的现实困难，且从事焊接工作的员工逐年减少的情况，该设备在设计时采取操作简单化、加工模块化、投资最低化的原则，操作者掌握速度快，操作简单，操作者即使不是专业电焊工，经过短期培训也能够快速实现各类全熔透焊缝的焊接。

2 焊接专机研发

根据铁塔公司的实际情况，校企双方决定对已经安装在钢管分车间的特高压双端四枪焊接线进行升级改造。

（1）焊接操作机的安装位置改造。在原行走小车的焊接操作机的安装位置，再加工4个安装孔，实现焊接操作机两个位置快速安装，这样会快速实现环缝焊接时对焊接操作机的安装要求。当焊接各类环缝时，焊接操作机的横臂中心线与工件中心线平行；焊接杆体纵缝时，焊接操作机的横臂中心线与工件中心线垂直。

（2）行走小车的传动系统改造。采用变频控制技术+大速比NMRV减速机结构的行走小车，保证了多种焊接工艺所需的不同焊接速度受到精确控制。为适应不同焊接工艺对焊接速度的要求，并确保焊接过程中焊接速度的精确控制和稳定性，我们采用了NMRV型精密大速比传动减速机来作为行走小车的传动系统，并在电气系统中为之配备了变频控制技术，确保焊接速度工作在变频器的稳定工作输出段，整个焊接过程非常稳定，有力地保证了焊接质量。

（3）横臂伸缩电器控制系统改造。将原横臂伸缩电器控制系统的变频控制系统改为交流接触器的电动线路控制，同时将原来的变频电动机直接传到改造为电动机+大速比摆线轮减速机传动，这样可以实现横臂微调的快速、精确控制，从而确保焊接过程中焊枪对中的精确可调，以适应工件装配过程中的焊缝中心线偏移误差问题。

（4）滚轮架改造。将原来设计的沿轨道移动式滚轮架转移位置，改造为可移动式设计方案，能够平移至杆体纵缝焊接所需位置。可以通过调节滚轮架的滚轮距离来实现工件的两端调平。

（5）焊接操作机横臂升降减速机构改造。对焊接操作机横臂升降减速机构进行改造，增加一级传动方式，变成二级NMRV式传动，实现大速比传动，可以实现横臂平稳升降微调，以克服焊接过程中实际工件的纵缝装配误差。

（6）焊接工艺改进。为实现单面焊接双面成型的焊接工艺，在纵缝扣合工序中严格控制对接间隙，确保对接间隙和错边误差不大于1mm，对各层焊道的焊接电流按实际焊接经验进行精确选择，焊接速度以及焊枪摆动幅度根据工件焊接试验进行选择。

3 结语

多边杆铁塔纵缝高效焊接专机研发完成后进行了工件焊接试验，对试验中新发现的一些问题进行了针对性的整改，经过多次实际工件焊接试验，已经达到了预期设计目标，焊接试件的焊接完全实现了单面焊接双面成型的目标，焊缝的外观成型质量大幅提高，非常美观，满足当前工件纵缝实际焊接需求；同时也实现了简单易学的设计目标，普通工人可以很短时间内就可学会该机的操作，焊接效率可观，焊接成本降低。

参考文献：

[1]马银海，纳学军.低合金高强钢高压铁塔焊接工艺研究[J].科技视界，2012，02（06）：110-111.

[2]马迎军等.电网铁塔用Q420钢焊接工艺研究[J].河北电力技术，2011，06（30）：49-51.

[3]李锁牢，李明辉.特高压输电铁塔用Q420低合金高强钢焊接性能研究[J].热加工工艺，2017（09）：228-230.