埋弧自动焊机在管道工厂化预制中的应用

【摘要】：对一种新型、高效、适合于大直径厚壁管道工厂化预制的埋弧自动焊机的组成、工作原理进行了介绍，并与传统的手工电弧焊进行了技术经济指标比较，最后介绍了管道预制埋弧自动焊机的工程实际应用例子。

【关键词】：大直径厚壁管道 埋弧自动焊机 组成 比较 应用

【前言】：

为了提高生产效率，增加自动化程度，减轻焊工劳动强度，适应管道工厂化预制的迫切需要，以往工艺管道大直径厚皮管道现场焊接采用手工电弧焊的方法，对焊工技术水平和人员素质要求较高，目前所承建的项目规模越来越大，涉及的项目范围也越来越广，且承担的项目施工周期越来越紧张，在保证施工质量和工期的前提下，拟在该项目上引用大直径厚壁管道现场埋弧自动焊技术提高焊接质量和焊接效率，降低成本，从而极大的加快了管道预制的施工进度，提高施工效率。根据现场实际需要，专门设计、制造了焊接大直径厚壁管道的埋弧自动焊机。该焊机采用管子转动、焊接机头相对固定的方式实现自动焊接，焊接工艺采用高效率、低成本，操作简单，性能可靠，适用范围广。

一、组成及工作原理

埋弧焊的电弧掩埋在颗粒状焊剂下面，靠金属和焊剂的蒸发气体以及烧化的焊剂形成的熔渣外膜对电弧和熔池金属进行保护的。具有以下特点：

a） 电弧的熔深能力和焊丝的熔敷效率很到，所以有很高的熔敷效率，但不适合薄板的焊接。

b） 保护效果好，且具有冶金反应充分和焊缝金属化学成分稳定等冶金特点，所以焊缝质量高。

c） 减轻手工操作的劳动强度，且没有弧光辐射，所以劳动条件好。

d） 由于埋弧焊是靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，因此焊接位置只适合水平面。

结合以上特点现场自制焊接托架以满足需要，管道预制埋弧自动焊机分别由托架操作平台、平衡器及焊接电源、送丝机四部分组成。

1.1托架操作平台

托架操作平台主要由现在自己制作加工。托架采用H400*400的型钢和滚轮组组成，操作平台采用φ25的钢管和薄钢板组成（附结构图）。托架固定牢固，且水平度（±5mm）和同心度（±10mm）符合要求。操作平台可上下升降和左右行走，滚轮组分成两组（滚轮组可根据管子重量自行选用），以适应不同管径（管径范围DN600-1200）。埋弧自动焊焊接线速度范围为10cm/min～15cm/min。由此推算滚轮组转动角速度适应范围为0.1转/min～0.6转/min。 焊枪调节系统可对焊枪进行上下、左右调节，并可调节焊枪角度，以使焊枪落在最适合工件焊接的位置。摆动器可调节摆动频率、幅度及左右侧停顿时间，以适应不同工件壁厚的需要。焊剂回收通过输送管，焊剂连续不断的自动流到待焊坡口内。通过管子转动，焊剂在熔池后侧流落管子，在管子下侧，设计焊剂回收托盘，经过筛选可以重复利用。

1.2平衡器

平衡器用于当工件具有偏心重量时在转动过程中平衡弯矩和扭矩，确保焊接过程平稳。根据现场实际情况，平衡器主要采用同种规格的管子或管件进行调整，达到平衡的效果。

1.3焊接电源和送丝机

焊接电源和送丝机选用定型产品，默认情况下为ZD5（D）-1000型焊接电源和KZ-1型自动送丝机。

二、手工电弧焊与埋弧自动焊的经验数据比照及技术经济指标分析

管道的焊接层次一般可分为封底焊、填充焊和盖面焊，封底焊可采用自动焊，也可采用手工焊。若采用自动焊，则对坡口加工质量、组对要求较高，且国内生产的管配件很难满足自动焊的要求，而手工焊则要求一般。我们的经验是最好采用手工钨极氩弧焊封底，自动焊填充、盖面。

手工氩电联焊，焊条选用大西洋J427，焊丝选用上海电力J-50。J427焊条价格以7元/公斤计，J-50焊丝以17元/公斤计，埋弧焊丝以21元/公斤计 ，焊剂以8元/公斤计，保护气体（氩气）以98元/瓶计，手工电弧焊焊工人工成本以300元/日计（一次焊接合格率能达到98%以上高压焊工市场价），自动焊焊工人工成本以180元/日计（一般普通焊工市场价）。埋弧自动焊机每天2人焊接2道口，手工电弧焊每道口2个焊工2.5天，以36寸44mm壁厚20G管道为例，进行成本分析，如下表所示：

由上表可见，手工电弧焊的成本是埋弧自动焊2.1倍，而焊缝外观成型、焊接一次合格率则手工电弧焊与自动焊是无法比拟的，此外，自动焊可长时间进行，而手工电弧焊则由于焊工体力的限制不可能长时间进行作业，且焊接量是手工焊的5倍。因此，在大直径厚壁管道预制时应积极推广使用埋弧自动焊。

在靖边工业园180万/吨甲醇合成装置70%以上的工艺管道都是直径大于600mm，壁厚在24～46mm之间，大小焊口共计652道，如果全部采用人工焊接需要4个月，且需要大量的高压焊工。采用埋弧自动焊现场预制50%，可以缩短至2个月，总的焊接一次合格率达到99%，缩短施工工期，降低施工成本，提高施工质量。同时还可以为以后管线预制的自动焊提供宝贵的经验，提升公司的整体施工水平，具有巨大的经济效益和社会效益。

三、结束语

随着输送管线工作参数不断提升，大直径厚壁管的需求量急剧增加，由于厚壁管焊接工作量相当大，为保证施工现场焊口焊接的高质量、高效率、低成本的管道焊接方法必将成为工艺管道施工的努力方向。大直径厚皮管道现场埋弧自动焊，打破以往采用手工电弧焊的焊接方法，占据了配管道安装工程主导地位的局面，能够在保证焊接质量和外观成型好的前提条件下，低成本、高效率地完成工艺管道焊接生产任务。在未来管道工程施工的中，大直径厚皮管道现场埋弧自动焊焊接工艺管道的方法一定能够占据管道预制的主导市场地位。

参考文献：

ZD5（D）-1000型埋弧焊机性能表

《焊接手册》 机械工业出版社 2001.07

《机械设计手册 》 机械工业出版社 1991.09