超长单支成型不锈钢焊管焊接承载梁的设计与开发

 浙江至德钢业有限公司根据焊接机理和实际工作经验设计并开发了一款新式焊接用承载梁，主要解决了主梁超长后梁体强度的问题，以及焊接用气体内保护装置与焊点精确同步运行的问题，具有结构简单、可靠性高和通用性好的特点，并成功完成了长12m、外径219mm以上单支不锈钢焊管的焊接工作，取得了良好的经济效益，值得推广。

 工业上不锈钢焊管的生产主要有两种方式：一种是不锈钢钢带卷料经不锈钢焊管连续生产线成型焊接而成，称为不锈钢焊接管连续成型生产方式；另一种是不锈钢板材通过模具卷曲成型焊接制成，一般称为不锈钢焊接管单支成型生产方式。前者主要生产壁厚10mm以下、外径711mm以下的不锈钢焊管规格，具有成型好、质量优、效率高的特点。而单支成型的产品规格可覆盖不锈钢焊接管所有规格种类，是目前不锈钢厚壁管主要的生产方式之一，其生产流程如图所示。其中焊接为单支成型生产工艺中的特殊和主要工序之一，在国内主要采用等离子焊接打底，氩弧焊或者埋弧焊盖面的方式进行操作。

一、研发背景

 不锈钢焊管的直缝焊接设备主要有两类：一类是采用焊接滚轮架横移小车，搭配十字臂内保护横梁和焊机及焊机附件组成，如图所示，其中十字臂焊接横梁和十字臂内保护横梁机械结构一致；另一类由焊接承载梁，焊接主梁，焊机及焊机附件组成，如图所示。

 前者考虑到十字臂内保护横梁是一端悬空状态，设计时为保证悬空端的下垂扰度在可接受的范围之内，十字臂内保护横梁一般设计的较为粗壮，直径在300mm以上，适用于大直径不锈钢焊管的直缝焊接。在后者的工装系统中，焊接承载梁由承载梁主体，一端有固定立柱而另一端有可翻倒的支撑架以及气体内保护工装组成。开始操作时，可翻倒的支撑架处于翻倒状态，待焊钢管通过行车吊运至焊接承载梁主体后，可翻倒的支撑架竖直立起复位，这样待焊钢管便横置于焊接承载梁上，启动焊机和气体内保护工装达到完成整个焊接工作。此种自动直缝焊机的特点是适用性广，对于大、中、小规格的不锈钢焊管直缝焊接均能使用，且与第一种结构相比省去了因产品规格更换后需调整十字臂与焊枪的位置等工作，具有生产效率高，通用性广的特点，是目前不锈钢焊管直缝焊接中普遍采用的设备类型。

 钢管焊接承载梁作为直缝自动焊机系统中一个主要工装之一，由承载梁主体结构和梁内气体内保护装置组成，起到承载和释放惰性气体将焊接区域与空气隔离以防止空气侵入熔滴和熔池，尽量减轻焊缝金属的氧化作用。不锈钢钢管产品最大加工长度一般不超过6m，随着经济的发展，大型项目的施工，比如阿曼石油公司的PDO项目以及唐山LNG项目等均要求单支钢管长度为12m，为此超长单支成型不锈钢钢管焊接承载梁设计与开发需亟待解决，笔者就此介绍一种自主设计的焊接承载梁的系统结构与特点。

二、设计思路与机理

 依据焊接机理的需要，超长单支成型不锈钢焊管焊接承载梁要达到承载待焊钢管和提供与焊点同步运动的气体内保护。为此，主梁结构采用槽钢拼焊结构，利于梁内铺设内保护装置的行走轨道。主梁的一端为可上下调节高低的固定支柱，另一端为可翻倒的支撑架，当支撑架翻倒时吊运待焊钢管至承载梁上，翻倒架竖立复位后完成待焊钢管的上料工作，进入焊接工序。承载梁内部装有内保护气托，焊接工件时，工件套入承载梁，内保护气托跟随焊接小车移动进行施焊。工艺要求焊接小车从80mm/min至3000mm/min均能运行平稳、速度稳定，内保护气托始终与焊接小车同步移动，承载梁结构如图所示。

三、主要部件

 焊接用内保护装置的气托采用铜棒加工而成，设有惰性气体喷射气孔，由弹簧预压和焊缝接触。内保护装置气托主体结构如图所示。传动结构采用链条配合承载梁内铺设的滑轨传动，使用交流伺服电机在电气上实现其与焊接小车的同步，利用伺服驱动器内置的电子齿轮功能，精确调整同步精度而不用考虑机械减速箱的减速比等因素，并用伺服驱动器的模拟量输出结合PLC监视转矩变化，在内保护气托出现卡死、脱离时发出报警信息，提醒操作者采取措施，有效避免在焊接过程中内保护气缺失，造成产品报废。

四、结论

  超长单支成型不锈钢焊管焊接承载梁的小型化、高强度以及气体内保护装置的设计，已成为单支成型不锈钢焊管焊接设备的主要“瓶颈”之一。根据笔者的设计对公司的一台6m自动焊机进行了技术改造，成功完成了外径219mm以上单支钢管长12m的焊接工作，取得了良好的经济效益。