小口径不锈钢容器焊接专机研制

　　摘 要 针对不锈钢超精过滤器环焊焊接中存在的质量问题，将报废的C6140车床改造为TIG自动焊接专机，提高了焊接质量和生产效率。 　　关键词 小口径不锈钢容器；环缝焊接；旧车床；TIG焊接专机 　　中图分类号：TG457.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0138-02 　　某工厂生产的不锈钢超精过滤器是专门用于压缩空气净化除菌的设备，其壳体按一类压力容器标准制造，产品的外观质量有很高的要求：除角焊缝外，其余焊缝需修磨至与筒体母材等高，不允许有气孔、咬边、凹陷等缺陷。壳体内外表面需打磨抛光至Ra=0.1μm以下，以符合医药、食品加工等行业的生产工艺要求。 　　以往，环缝采用手工TIG加填焊丝单面焊双面成型的焊接工艺，焊接质量难以控制。焊缝背面（内环缝）容易出现未焊透、凹陷、咬边或焊缝接头高低不平等缺陷，一次焊接合格率偏低，生产效率不高。 　　针对产品焊接中出现的质量问题，将报废的C6140车床进行改造，研制开发了用于不锈钢超精过滤器的TIG自动焊接 　　专机。 　　1 焊接工艺分析 　　超精过滤器壳体由封头、筒体、法兰等零件组成，（图1）材质为304，封头及筒体的壁厚为2.5～3 mm，筒体共有五种规格：φ89、φ108、φ133、φ159、φ209，产品长度由200～850 mm不等。 　　图1 壳体 　　按产品结构和质量要求，通常采用以下焊接工艺。 　　1）手工TIG加填焊丝单面焊双面成型。其施焊及送丝均由人工完成，焊接质量受焊接速度、焊接弧长、焊工技能水平等因素影响较大，焊接质量不稳定，焊接生产效率不高。若内环缝出现未焊透、咬边、凹陷、接头过高等缺陷，难以对焊缝进行修补和打磨。 　　2）TIG加填焊丝单面焊双面自动焊。采用该工艺，焊缝接头成型质量会有明显的改善，但容易产生内环缝接头余高超差，同样存在焊缝修整难的问题。 　　3）TIG双面自动焊。TIG双面自动焊将焊接工序分为二步：第一步，改进封头与筒体的拼装接头形式，在封头的直边段用车床加工出深2 mm，厚0.5 mm的环形止口。止口的外径与筒体内径相等，将封头压进筒体内校正后点焊固定，相当于在焊接位置加装了垫板。采用小电流、短弧长、不填丝自熔式TIG自动焊打底，能有效消除自熔式熔接时可能产生的凹陷现象，以获得表面圆滑、组织均匀、成型美观的焊缝，省却了内环缝焊后打磨修整工序。第二步，用加填焊丝的TIG自动焊工艺焊接外环缝。 　　经多方比较分析，确定环缝焊接采用TIG双面自动焊工艺。 　　2 焊接专机的主要结构及功能 　　根据焊接工艺和产品结构，确定焊接专机采用焊枪固定，工件转动的结构形式。 　　焊接专机（图2）由床身、工件夹持机构、焊枪调节及定位机构、主轴调速机构等部分组成。 　　图2 焊接专机 　　1）床身。焊接专机以C6140车床作床身，具有良好的刚性，拆除尾座、四方刀架及小拖板，保留其他零部件。 　　2）工件夹紧机构。工件由主轴上的三爪卡盘夹紧。为适应不同产品的装夹，避免夹持时卡爪对筒体表面造成机械损伤，将活动卡爪夹持部分，改为用铝合金材料制作的加长软爪。当夹持的工件长度超过500 mm时，加装自制U型中心架作辅助支承，U型中心架的支座由三组可自动调心的滚轮组成，保证工件与卡盘轴心重合。滚轮用尼龙材料加工，中间配有轴承，能有效减少对筒体的摩擦，使工件在施焊过程中保持运转平稳、焊接弧长稳定。变换产品规格时，可手工调整支座位置。 　　3）焊枪调节及定位机构。利用半自动切割机上的十字滑块总成改装成焊枪调节机构，安装在中拖板上，由升降丝杆、伸缩横臂组成。与车床的中拖板配合使用，使焊枪具有三维调节功能，移动调节范围大。 　　内环缝的焊接质量，是产品质量的关键。内环缝施焊前，必须确保焊枪处于正确的焊接位置。受筒体结构的限制，采用人工对中容易跑偏，若采用光电数控系统对焊枪进行定位，定位精度虽然高，但结构复杂，成本较高。经多方试验，设计了简单实用的焊枪定位装置：在伸缩横臂的焊枪方向一端，设一可伸缩的定位杆，以不同规格产品的定位距离，分别在定位杆上不同位置加工定位孔。定位时，以封头内表面顶端为定位基准，调整定位孔的位置，用螺栓固定，调整伸缩横臂到焊枪封头顶部的距离，即可准确地确定内环缝焊接时的焊枪位置，使用简便快捷。 　　4）主轴调速机构。焊接专机的调速机构在原车床的主轴传动系统基础上，用P=1.5 kW变频调速电机代替原7.5 kW电机，可使机床节省50%以上的电力消耗。为解决变频调速电机低速运行时出现的扭矩不足现象，增设一台i=20的WD系列蜗轮减速机与车床主轴箱连接，通过对变频调速电机进行无级 调速，能满足各种产品不同焊接部位对焊接速度的要求。主轴输出扭矩可靠，速度稳定，调节方便。 　　3 结论 　　利用C6140车床改装研制的焊接专机结构简单，操作维护方便，大大节省了设备的投资成本，不但满足了不同规格小口径不锈钢超精过滤器各种焊接接头的TIG氩弧焊自动焊接，大大提高了产品质量和生产工效，且降低了生产成本，取得了显著的经济效益。 　　参考文献 　　[1]贾宝丽，王滨，张文明.环型焊缝自动焊接机构的研制[J].现代焊接，2008（10）：J11-J15. 　　[2]王光斗.机床夹具设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000.