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1、自动式回转焊接中心焊接技术在老挝会兰庞雅水电站压力钢管制作中的应用童玉龙（葛洲坝集团第二工程有限公司 四川成都 610091）摘 要：自动式回转焊接中心作为一种新型设备，在功能方面主要替代了手工焊 接从事环缝、纵缝生产，不仅降低生产成本，同时做到高效、低污染，且质量稳定提 高，一次外形合格率及一次探伤合格率大大提高，操作简单，同时随着自动化的水平 提高，也减少劳动强度。这种焊接设备的使用及这种焊接方法的推广，使得压力钢管 制作水平又得到了一次发展。关键词：自动式回转焊接中心；生产效率；环保；节约成本。1 工程概况老挝 HOUAY LAMPHAN GNAI 水电站位于老挝南部 Bolaven 高
2、原的 HOUAY LAMPHAN GNAI 河流上。电站装机容量为86.7MW,水库最高蓄水位820m,最低水位YSOm,最大库容1.41 亿立方米，有效库容1.22亿立方米，粘土心墙堆石坝最大坝高70m。引水系统由低压隧洞、 调压井、明管、竖井、高压钢管隧洞组成。厂房为地面式厂房,内装2台冲击式水轮机。2 压力钢管的制作特点老挝会兰庞雅水电站压力钢管主要采用Q345R和WDB620材质的钢板，通过下料、坡口、 卷板、焊接、组圆、防腐等工序制作完成。钢管内径为2000mm，外径为内径加上不同的板 厚。本工程压力钢管使用的板厚有14、 16、 20、 22、 25、 28、 30、 32、 34
3、、 38、 36、 40等。 压力钢管分为明管段和埋管段，其中明管段总长2134米，钢板壁厚14mm38mm；洞内钢管 分为上平段、竖井段及下平段，总长度1847m，钢衬壁厚14mm40mm。压力钢管标准节长度 为2.5m。埋管钢管出厂前拟在加工厂内拼装成两节一组（5m）的长钢管，明管段钢管可根 据现场情况在车间内拼装为二节一组（5m）的长钢管。压力钢管全部有1688节。3 研究重点老挝会兰庞雅压力钢管制作工期为720工作日，金结量6912吨。由于工期紧，任务量 大，国际工程必须高质量的完成，且施工现场工作面众多（有明管段、竖井段、暗管段、闸 门），需要同时施工，所以高水平的焊接技术人员比较分
4、散。因此需要在保证质量的前提下， 制定一套可行的制作工艺，以期提高施工效率，降低施工成本。焊接纵缝和环缝是压力钢管制作非常重要的一道工序，焊接的效率和质量直接影响到钢 管制作的整体施工进度。目前，水电单位进行压力钢管制作时一般还是采用手工焊接工艺， 一旦焊接进度跟不上，将对后续施工造成极大的负面影响，所以，选择一套科学、高效、经 济、实用的焊接工艺是保证老挝会兰庞雅水电站压力钢管制作如期完成的关键环节。研究重点：选择一套合理的焊接工艺和方法，在新工艺、新方法的工作环境下，稳步提 高焊接的质量、效率是保证压力钢管制作的重要前提。4 施工调研企业调研：在老挝会兰庞雅前期筹备工作中，筹备组人员根据对
5、友好单位（中国水电五 局、中国水电七局、葛洲坝机电建设有限公司等）施工现场的走访、学习，发现由于施工现 场环境以及生产成本的制约，大部分还是采用普通的手工焊接C02气体保护焊、普通手把 焊等）。这种传统的方法不能满足我们项目的实际生产条件，所以还需要继续调查。行业调研：在对焊接行业的调查中，我们发现隶属于北京时代的济南时代新纪元科技有 限公司通过对焊接方法、工艺多年的实践经验，以及对国内外焊接协会多年的交流，改进了 一套新型的焊接设备，暨回转式焊接操作中心，已经在国内外多个大型船厂使用。由于其优 良的性能也在同行中引起了不少的好评。我们结合现场的实际情况以及对济南时代新纪元科 技有限公司的调研
6、走访中，在对焊接试件的外观检查和超声波探伤检测中，其质量完全符合 相关标准，遂认为其设备及方法在我们项目部是切实可行的。调研结果：自动式回转焊接中心在国内外已有多个成功案例，对我们项目也同样适用。5 回转式焊接中心的应用回转式焊接中心的工作原理：回转式焊接中心是通过自动焊接操作机以及一组滚轮架外 加一台焊接设备和送丝小车组合而成的焊接设备，在把钢管放在滚轮架上后，就可以通过滚 轮架的转动焊接环缝，亦可以使滚轮架不动，而通过伸缩臂的伸缩来焊接纵缝。其焊接方式 主要采用埋弧焊。由于其焊头部位是不动的，仅通过滚轮架缓慢的转动和焊头的焊接，滚轮 架和伸缩臂为变频调速，速度稳定无爬行，所以其焊接点相对来
7、说是非常稳定的。27691115工1918121613aBA10I-_eOf回转式焊接中心组成结构简图(1)拖链：操作机控制箱和焊接电源通往机头位置的电缆全部在拖链中穿过，使线缆束外 形美观，并且安全可靠。滑座：是完成横梁和横梁上下升降的主要部件。横梁(伸缩臂)：其上安装有齿条，通过安装在滑座上电机减速器的齿轮，带动横梁 在滑座上左右伸缩。焊丝盘支架：焊丝盘支架为操作机的标准配置，焊丝盘直接安装在支架上面。可以方 便的进行拆卸和安装。二维十字托板：十字拖板能带动机头上下左右移动，以调整机头对准焊缝。焊接送丝机头：机头及拖板安装在横梁的前端，机头上有送丝电机和料斗。通过控制 送丝电机实现送丝和退
8、丝。料斗在焊接时提供焊剂。机头可沿横梁伸缩方向及垂直横梁运动 的平面内进行角度调整，以满足焊接所需最佳角度。立柱：立柱安装在回转支撑上，可正负180度旋转，其上有提升机构，通过电机、减 速器、链条带动滑座与横梁上下升降。立柱内设置有配重机构，以平衡横梁和滑座。横梁提升减速机：横梁提升减速机为双级涡轮蜗杆减速机，输出扭矩大，自锁性好。 配以合适的配重块，可以保证横梁系统升降稳定。链条：横梁的升降通过链条的拉动实现，本设备使用承载设备高的优质链条。安全爪：在紧急情况下，如链条突然出现断裂情况，安全爪可以迅速翻起，紧扣在立柱的圆孔中，阻止横梁的继续下落，起到保护人员安全的作用。（11）控制系统：控制
9、系统由控制柜和手操器组成。（12）电源支架:在配备标准的时代埋弧电源时，可以直接将埋弧电源固定于电源支架之上, 快捷方便。（13）台车：具备台车的设备，可通过运行台车，操作机在钢轨上滑行，以扩大工作范围。（序号18和19为手动刹车系统：手动刹车系统安装在回转支撑转盘上，焊接时通过它锁定立柱，可确保立柱的定位。可调式滚轮架结构图随着管径的不同，滚轮架的A是可以调节的。管壁越大,A值越大（最大可以达到1440mm）。 滚轮架型号为TR-20T,最大可以承受20T的钢管。对于我们项目来说是足够的（单管最重 4.775T，两节焊接环缝为9.55T），滚轮架主动部分有电机和传动齿轮，主要通过控制柜和 手
10、操器控制，控制柜的主要作用是给系统供电和控制系统，手操器主要是用来选择滚轮运转 方向和调节并显示焊接速度的。滚轮架调速方式为变频无级调速，系统具有过载保护功能。通过对自动回转式焊接中心主要组成设备的详细构造分析，可以知道，焊接中心是一种 可以通过伸缩臂上下前后精密运动的机器，而且由于其是变频调速，速度稳定无爬行，所以 在焊接纵缝（即钢管组圆后焊接的直边）时，只需将钢管放置于滚轮架上（滚轮和钢管接触 的部位为橡胶，所以不用担心其滑动。又由于滚轮运动需要依靠电机，所以在没有操作人操 作的情况下，滚轮是抱死的，不用担心其会受外力影响运动），调整好角度，就可以利用伸 缩臂的前后精密运动来实现自动焊接。
11、在焊接环缝时，伸缩臂和所在的机头部位是不动的， 而是通过滚轮架在电机的带动下运动， 从而带动钢管运动。 其运动时线速度为 60T000mm/min，依据焊接时不同的作业面来自由调节。而在机头前部有一红外线头，在焊接过程中，红外线可以直接对准焊缝中间，从而引导 焊头始终在正常的焊道内。如有偏差，则通过手操器来控制二维十字拖板，使十字拖板能带 动机头上下左右移动，以调整机头对准焊缝。所以其焊接精度是很高的，又由于焊接过程中， 自动化程度高。只需要一个熟练的技术工人和一个清理焊剂和焊渣的小工就可以了，不必依 赖高水平的焊接技术人员，从而使工作的依赖性比较小，焊接成本也有一定程度的降低。6 实际施工中
12、和手工焊的对比参数在实际施工中，我们依据现场的实际施工做出了埋弧自动焊和手工焊接的一些基本参数主要针对环缝），如下表所示：焊接道数（全部）焊接人员焊接完成时间（全部）焊接材料及数量板厚焊接中心手工焊焊接中心手工焊焊接中心手工焊焊接中心手工焊1444一加1二加14h7h10kg15kg1644一加1二加14h7h10kg16kg2045一加1二加14.5h8h14kg20kg2255一加1二加14.5h8h14kg20kg2555一加1二加14.5h10h16kg22kg2866一加1二加14.5h18h17kg32kg3066一加1二加15h20h18kg34kg3266一加1二加16h24h
13、20kg40kg3477一加1二加18h39h20kg40kg3688一加1二加18.5h40h23kg40kg3889一加1二加19h43h23kg45kg统计表 表中焊接人员大写数字为专业焊接人员，小写数字为小工（老挝劳务人员）。 焊接完成时间和焊接道数为压力钢管一道环缝全部焊接完成所需时间和道数。 自动回转式焊接中心焊接材料为CHWS3焊丝，手工焊焊接材料为CHE507电焊条。施工质量的对比：在我们多次的实践操作中，我们发现利用自动回转式焊接中心所焊接出来的焊缝质量非 常完美，在操作得当的情况下，极少有咬边、未熔透、夹渣、和气孔，外观一次通过率为 99%，而手工焊接仅为70%左右。而超声
14、波探伤一次通过率自动焊接中心为95%，手工焊接为 75%左右。对此，我们也做了研究，我们发现影响自动回转式焊接中心外观通过率为轻微咬 边，而手工焊为咬边、未熔透、和明显的不美观，影响自动回转式焊接中心探伤通过率的主 要为气孔，而手工焊接的为夹渣和气孔。由此我们可以发现自动回转式焊接中心的焊接质量 不会过分依赖技术人员的水平，而手工焊接则对焊接技术人员的焊接水平要求相当之高。而高水平的焊接人才其人工费也相当之高，所以无形中降低了一部分人工费。7 自动式回转焊接中心的推广使用自动式焊接中心具有焊接速度快、焊道宽、焊接外形美观、焊接质量高、节省效率、烟 尘量小、返工率小、操作学习简单上手快等优点，在
15、国内大型船厂及金属结构制作中有广泛 应用。但由于其体积大，操作中心必须固定在坚固的地基上，一些异型板基本上不能应用到 的缺点，使用也受到了很大的限制。一般只在大批量生产大型钢结构时使用最多。不过，我 们应该尽量利用新设备、新工艺来进行施工，尽量与友好单位及同行多多交流，以便改进工 艺性能，将好的工艺方法及技术、设备在更多的领域内使用。8 结语从老挝会兰庞雅项目部目前的使用情况来看，自动式回转焊接中心作为一种高效、低污 染、高质量的设备，特别适合大型金属结构的制作安装。不仅可以有效降低生产成本，还与 国家倡导的节能环保理念相符，值得在水电行业金结制作及大型船厂中应用。作者简介：童玉龙，（1988.11-）男，湖北荆州人，大专，助理工程师，葛洲坝第二工程有限公司老挝会兰庞雅金结项目部设备负责人，主要从事施工现场的设备管理。
