大直径钢管环焊缝自动组装焊接系统

1、大直径钢管环焊缝自动组装焊接系统赵宏杰(中国水利水电第十工程局机电安装分局金属结构厂，四川都江堰611830)    摘  要：在水电站压力钢管道施工中，钢管接头处往往具有大小不同的椭圆度，为解决这一问题，特地研制了“大直径压力钢管环焊缝组装对接自动化系统”。简要介绍了该系统的结构、组成及工作原理。    关键词：环焊缝；椭圆度；调圆；台车架；机械传动系统；液压系统；焊接系统    水电站压力钢管道是构成水电站枢纽的主体工程之一。因受运输条件限制，在工厂只能制作成单节或“瓦块”。因此，管道的组装和对接工作主要是在工

2、地现场进行。由于运输变形、存放不当等原因，造成拼装现场的钢管往往具有大小不同的椭圆度。安装时需对其进行“调圆”处理。    在以往的工程施工中，常采用压块与楔子进行“调圆”，既费时费力其“调圆”效果也不佳；采用千斤顶机械式进行“调圆”，情况有所改善但仍存在效率不高、局部椭圆度较大的问题。笔者在充分调研的基础上，研制了“大直径压力钢管环焊缝组装对接自动化系统”。现简要介绍该系统的结构、组成及工作原理。1系统的结构、组成及工作原理    该系统的结构主要有：台车架、机械传动系统、液压系统和焊接系统。1.1台车架    调圆台车架由车体梁、

3、升降台、行走轮和导向轮组成，升降台可以在一定范围内无极调节高低(以适应不同直径的压力管道)，起支承机械传动系统和液压传力系统作用；行走轮和导向轮联合作用使台车架能自动运动，如有必要可以用电力驱动，见图1。1.2机械传动系统1.2.1原理    利用中心胀胎的轴向运动推动撑杆的径向运动，从而完成钢管的“调圆”，其具体结构见图2。1.2.2该系统的几个主要参数设计    其机构传动系统主要由中心胀胎、撑杆组(含撑模)、撑杆套等组成，其中心胀胎的受力情况见图3。    经分析其受力情况，得知其撑胀力：FP×S(2×T&#

4、215;S×s)/D式中P为钢管在撑胀力作用下所受的压强；T为钢管壁厚；s为钢管材质的屈服强度极限；D为钢管内径；S为撑模与钢管的接触面积。    传动压力Q的计算：传动压力即为负载情况下，液压传动杆使胀胎运动所需要的力。式中K为为简化计算将撑杆与筒体的摩擦力简化为系数；为摩擦角；为胀胎倾角。    根据撑胀力选择撑杆的截面尺寸，同时校核其强度。如果撑杆长度较长(钢管直径较大)时，应利用欧拉公式校核其失稳强度，同时，其他传力件的校核属常规力学知识，在此不再赘述。1.3液压系统    液压系统采用开式液压回路，其组成主要有：齿

5、轮泵、电机、液压缸、溢流阀、油缸、调速器及油管等。其基本工作原理见图4。根据传动力Q选择液压泵，液压缸可选择伸缩式套筒液压缸(其行程可变，活塞可双向运动)。1.4焊接系统        (1)采用磁性轮小车式自动焊，小车车轮为永磁磁铁直接吸附于钢管壁，焊接机头架在小车上，利用小车内电机驱动完成焊接过程；(2)自动焊采用自保护药芯焊丝。经验证明自保护药芯焊丝于野外施工条件下，飞溅较小、焊缝成形良好、机械性能(尤其是低温冲击韧性)完全能满足工艺所需；(3)弧焊电源采用林肯公司的DC-600型电源及LN9送丝机构，如受条件所限，无法采用自动

6、焊接时，该系统也可结合手工电弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法完成环焊缝的焊接过程。2操作说明        (1)根据压力钢管的直径调节台车升降台的高度，使胀胎位于钢管中心，同时确定撑杆的长度(撑杆的长度可调节)；        (2)撑杆顶端的撑模为普通厚钢板，根据压力钢管的直径，确定撑模的外弧度，撑模可以灵活拆卸更换；        (3)操作时，液压系统为胀胎提供推撑力，在此推撑力的作用下，胀胎水平运动使撑杆向外运动，使撑模与钢管内壁贴合、胀紧，从而完成钢管的“调圆”。此时，可以利用焊接系统进行焊接，待焊缝冷却后，利用液压系统将撑杆缩回。