CSW-500臥式雙環縫自動焊機的設計與應用
公司根據客戶的需求要焊接7∼8萬套閥體與法蘭組合件，由於生產批量大、品種規格多，如果用手工鎢極氬弧焊焊接，效率遠遠滿足不了生產發展的需要。為了擺脫落後的設備和工藝的束縛，長期以來，我公司力求用科技手段來解決現有問題以實現科技興公司，達到多、快、好、省的目標。
公司首先設想進口一台閥體與法蘭雙焊縫自動焊接機床，但需資金在20∼30萬美元，因財力所限，只能把目光轉移到國內，尋求物美價廉的國產同類機床。通過查找資料、諮詢有關專家後，與國內專業技術力量合作沒計出閥體與法蘭雙環縫自動焊機。
我公司根據閥體與法蘭環縫堆高機的特點及技術條件提出設備要求，由某焊接自動化設備有限公司設計、製造了一台臥式環縫自動焊接機。專機在設計過程中，我公司有關人員捉供了許多閥體與法蘭組合件焊接工藝技術資料，供該公司參考。機床經使用證明，其性能完全可與國外同類產品相媲美，能夠滿足閥體與法蘭環縫焊接工藝的要求。
一、自動焊機的設計與原理
1.設備焊接電源形式的配置與比較
眾所周知，焊縫質量的關鍵因素之一是焊接電源的配置。目前圍內外有四種電源配置或焊接方法，為了擇優選取，我們進行了對比分析。
（1）CO2氣體保護電源（熔化極）利用CO2氣體做保護。優點：CO2氣體價格低、生產效率高、焊接電流密度大、銲件基體熔池深、熔化效率高、熔敷速度快，生產效率比手工焊高2∼4倍，而且抗銹、抗裂性能好；缺點：大電流焊接時，焊接表面成形較差、飛濺較多，焊後需人工除掉粘在工件上的飛濺物。
（2）MIG氣體保護焊（熔化極），利用氬氣做保護。優點：焊接熔池深度大、焊接電弧穩定、焊縫成形好、生產效率高；缺點：因保護氣體用氬氣來實現焊接過程，氬氣價格偏高且MIG焊接電源較CO2/MAG焊接電源在價格上貴3∼4倍。
（3）MAG氣體保護焊電源（熔化極）。利用氬氣和CO2混合氣體保護，其中氬氣為80％、CO2為20％。優點：焊接熔池深度大、熔敷效率高、焊接飛濺較小，可獲得穩定的焊接過程和美觀的焊縫。
（4）TIG氣體保護電源（非熔化極），利用氬氣做保護。我公司通常使用的焊接電源就是這一種（手工鎢極氬弧焊）。優點：由於電極只通過電流加熱工件，使工件和焊絲形成熔池故沒有飛濺物產生，焊縫成形美觀；缺點：電弧熔池深度淺、熔敷率低、生產效率不高。因焊接過程全部採用氬氣做保護，價格偏高。
通過焊接電源配置的對比及專家的建議，確定採用CO2/MAG焊接電源配置來製造雙環縫自動焊接機床。
2.設備的構成與工作原理
（1）設備的構成該設備由導軌床體、轉動轉台、氣動尾頂滑台機構、轉動機構、工件夾緊機構、中間托料機構、專機焊槍氣動調節機構、焊槍三維微調節機構、焊槍夾持機構、氣動尾頂及專機電控系統組成。臥式雙環縫自動焊機結構如圖1所示。
（2）工作原理採用轉動端夾緊工件，另一端頂緊工件的方式，雙頭CO2焊槍相對不動的原理與CO2/MAG焊接電源匹配實現工件環縫的焊接。
（3）設備的適用範圍①適用於碳鋼與不銹鋼閥體、法蘭等平面圓形環縫焊接。 ②環縫最小直徑為25mm，最大直徑為120mm。 ③閥體與法蘭組焊工件最大長度為360mm，法蘭最大直徑為260mm。 ④工件最大重量為45kg，機床最大迴轉直徑450mm。
（4）設備的特點①主轉動部分採用標準蝸輪減速機傳動，交流變頻電動機，轉速無級調節，轉動定位盤上裝有工件夾持機構。 ②中間托料盤採用氣動上下運動，同時托料盤與氣動尾頂滑台機構沿著機床可縱向調節，以適應不同長度不同規格的工件。調節時方便、快捷，且定位準確。 ③利用平台式焊槍調節機構，調節焊槍的軸向位置；採用精密直線軸承支承，手動調節焊槍距離，焊槍三維調節機構及焊槍夾持機構採用鋁合金十字調架使焊槍夾持牢固可靠，焊槍的位置調節也方便、靈活。 ④設備具有搭接量調節和自動復位到初始狀態等功能。 ⑤設備具有任意點起、收弧功能。 ⑥控制部分採用進口高性能PLC作為核心控制部件，對系統進行集中數據採集控制，操作界面為按鈕式操作機構，故障率低並易於掌握。 ⑦一次成形雙環縫焊接。 ⑧操作方便、易於調整，組焊不同規格體蘭組合件時，設備調整一般只需5min左右即可完成。
3.設備的自動焊接程序
按下啟動按鈕→托料盤上升到位→待焊閥體、法蘭件分別放在定位盤及托料盤上→氣動尾頂到位頂緊工件→調整好焊槍位置和角度→調整好焊接速度、焊接電流、電壓及有關參數→工件旋轉→自動焊接→焊接完畢，氣動尾頂鬆開→卸下工件、進入下一個循環。
二、閥體與法蘭雙環縫自動焊接實例
（1）閥體與法蘭材料為ASME A105、其熔煉分析和產品化學成分見下表：
（2）鍛鋼承插焊閘閥、閥體與法蘭焊接組合件規格、尺寸見圖2。
（3）焊接工藝焊材選用牌號：GB/MG—49—1，型號：GB/ER—49—1或ASME ER70S—G。焊絲選用規格：φ1.2mm、電弧電壓20∼30V、焊接電流200—300A、氣體流量20∼25L/min。
（4）雙環縫自動焊接結果一次性焊接完畢，成形後的焊縫外觀美觀、流暢、整齊劃一，內在焊接質量經RT檢驗無任何焊接缺陷。
三、新舊焊接設備與方法的對比
僅以型號為Z41H—40FB—50的閥體與法蘭組合件為例進行焊接對比：以往的閥體與法蘭組合件焊接通常是在專用定位機床上，先固定閥體與法蘭位置，用焊條電弧焊或手工鎢極氬弧焊進行三點定位焊，然後夾持在焊接變位器上用手工鎢極氬弧焊進行環縫焊接，焊層為2∼4層。
一面焊接完後，再調換位置焊接另一面，一位熟練的焊工需要9∼10min才能將一套組合件焊接完畢。這樣的施銲過程使得焊工勞動強度大、生產效率低，並受人為的操作技能影響，焊接質量得不到保證，外觀焊縫成形差，費工、費時且增加了焊接成本。
現在使用臥式雙環縫自動焊機，只要把閥體與帶孔法蘭在焊接機床固定、夾緊後，就可進行雙槍雙絲同步環縫焊接，並且定位準確，兩邊法蘭平行度誤差極小。焊接時間只需1.5min，一次性完成全部焊接過程。
四、經濟效益
以規格為50min閥體與帶孔法蘭為例：原組焊一套閥體與法蘭固定點焊工時費用0.34元，組焊工時費用1.53元，氣消耗費用0.82元，現用雙環縫自動焊機焊接，把兩道工序合併為一道工序完成。焊接工時費用為0.65元、氣消耗費用0.30元，計每套可節約人工費用1.22元、節約氣消耗費用0.50元，按年組焊各種規格閥門8萬套計算，其他項目不計，僅生產成本費用就可節約10萬元左右，而此焊機購進費用僅用了9.4萬元。原手工鎢極氬弧焊組焊閥體與法蘭件返修率一直在3％左右，現使用機床組焊返修率降到1％以下，為此每年可以節約返修費用達1萬元以上。由此可見，其經濟效益是非常可觀的。
五、結語
清潔、高效、低成本和自動化是焊接技術長期追求的目標，用CSW—500臥式雙環縫自動焊機替代傳統的手工鎢極氬弧焊，閥體與法蘭的單絲焊接是實現這一目標的開始，它對於閥門行業小型鍛鋼閥體、法蘭組合焊工序是一種新沒備、新工藝、新方法，適於批量焊接。
除具有省工、省時及焊接操作技術要求不高的特點外，在工作中也減少了強烈的弧光和有毒煙塵對焊工的危害，大大減輕了焊工的勞動強度，改善了工作環境，並使焊接生產效率提高3∼4倍。焊接機床操作簡單、維修方便，具有較高的工藝穩定性，顯著提高了焊接質量。此設備的生產和使用為閥門行業焊接領域提供了良好的發展空間，使閥體與法蘭組合件焊接質量產生質的飛躍，是值得大力推廣和使用的。
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