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大口径水轮机入水气动蝶阀的高效化焊接设备

大口径水轮机入水气动蝶阀的有效化焊接设备
发布者:气动蝶阀  

一、概述

    在水利、电力、化工及动力等众多职业中,阀门一直以来都发挥着重要的效果,其中大型蝶阀以其良好的性能也获得了越来越广泛的运用。目前**已经建立了较为完备的阀门出产体系,可是在焊接大型蝶阀时,仍然面临着焊接质量不稳定、焊接效率低下的问题,这首要是由蝶阀的大布局、大板厚、大工作量等焊接特色造成的。在大型阀门的出产过程中,*重要的加工方法就是焊接。其原因除了焊接自身具有的节约材料、技术简单、出产周期短及适于多品种小批量出产等优点外,还因为其他加工方法在阀门出产中具有难以克服的缺点。根据阀门公司出产现场的统计,一套大型蝶阀的制造过程中,60%以上的工时是用在焊接工序上,其中损耗的人工、电能成本也占据了出产成本中的很大一部分。因此目前对蝶阀中厚板焊接技术的研究首要是集中在有效化焊接主动化设备、技术参数优化、接头方式改良以及开发新的焊接方法等方面。

    二、大口径进水蝶阀的布局及焊接要求

    1.蝶阀的总体布局

    蝶阀首要部件包括阀体、阀板、阀板密封、液压驱动体系、执行体系和电气体系等(见图1)。阀体选用垂直分瓣,拱桥形布局,用钢板拼焊再加工而成。阀板分为单蝶板和双蝶板两种布局,双蝶板选用双偏疼双平板框形桁架拼焊布局,具有足够的强度和刚度。阀体和阀板是蝶阀的首要构成,也是焊接工作量*大的两个关键部件。阀体是一种环形布局,焊缝方式以环角焊缝和短角焊缝为主;阀板是双平板框形桁架拼焊布局,焊缝以长角焊缝为主。

 

图1 蝶阀的布局构成

    2.蝶阀焊接特色分析

    目前**制造的蝶阀通径*大达到5500mm,均为中厚板、厚板焊接,钢材用量大,焊接工作量也很大。阀体的焊缝长度超过300m,阀板焊缝*长也超过200m。另外焊接条件复杂,工件材质既有综合焊接性能较好的Q235B,也有焊接性能差的WCB钢,一起存在大量平焊缝、横焊缝,甚至还有仰焊缝。复杂多变的焊接条件,要求现场工人必须具有熟练的操作手法和丰富的焊接经历。阀体和阀板的单件重量*高可达35t,工件巨大,安装、翻转不易,不仅大部分工件在焊接过程中都需要借助行车完成安装,而且在翻转工件时,也需要用到行车或许变位机。因为上述问题,目前蝶阀的全体焊接效率偏低。与巨大的焊接量相比,目前在阀门出产中选用的焊接方式还是以CO2气体维护焊为主,辅以焊条电弧焊。因为蝶阀板材属于中厚板,焊接过程中需要选用多层多道焊,所以焊接效率还是不能令人满意。

    3.进步蝶阀焊接效率的方法和手段

    针对蝶阀的焊接,如何进步焊接效率一直是阀门职业的研究课题。结合蝶阀的布局特色、钢板材料、焊接方位及焊接技术等特色,进步焊接效率的*有效手段是开发主动化焊接设备。为满意蝶阀的有效主动化焊接,主动焊接设备需要解决以下问题:①要满意多种类型蝶阀的阀体和阀板的装夹和主动焊接。②适应*大工件重量为35t,所有焊接方位需要调节到平焊方位或船形焊方位。③选择的焊接方法必须具备很高的熔敷效率。④主动焊设备可以完成90%以上规则焊缝的主动焊接。⑤针对阀板腔体内部的长角焊缝,体系具备主动跟踪功能。⑥焊接过程稳定性及电弧状况需要监控。

    三、蝶阀有效焊接设备的研制

    蝶阀主动焊接体系包括大型焊接操作机、重型变位机、焊接电源和控制体系。

    1.焊接技术的选择

    因为阀体和阀板的材料都是中厚板,阀体的首要焊缝轨道都是规范环形(见图2),阀板的首要焊缝的轨道都是直线形(见图3),对比适合有效主动化焊接(当然有空间方位等其他限制条件)。根据**阀门职业焊接技术技术的现状,也参考**其他职业的有效化焊接技术的经历,CO2气体维护焊和埋弧焊仍然是完成蝶阀有效主动化焊接的优选技术。中厚板的焊接钢板需要预制坡口,然后选用多层多道的焊接次序。CO2气体维护焊与埋弧焊相比,各有优缺点。埋弧焊的熔覆效率高,表面成形好,可是打底焊接时脱渣艰难,格外是在阀板筋板腔体内部的焊接,清根难度很大。CO2气体维护焊大规范焊接熔覆效率也很高,对于布局件焊接,焊缝层间不需要进行清理。可是CO2气体维护焊飞溅对比大,大规范焊接焊缝表面质量不如埋弧焊焊缝。在规划蝶阀有效主动焊接设备初期,对于适合选用主动焊接的多层多道焊接,我们规划采取CO2气体维护焊和埋弧焊复合焊接技术。对于打底焊道和填充焊道,选用CO2气体维护焊技术,对于盖面焊道,更多地选用埋弧焊技术。

 

图2 阀体首要焊缝方式

 

图3 阀板首要焊缝方式   

    2.蝶阀固定及方位调整变位体系的规划

    考虑到要满意多种类型蝶阀的阀体和阀板的装夹和主动焊接,并且要求所有焊接方位要处于水平或船形焊方位,焊接变位机的规划具有很大技术难度。首先确定变位机的承载重量,用户产品的*大单体工件重量为32t,变位机规划的*大承重量为35t,工作台面直径为6.4m。为保证阀体上法兰盘角焊缝焊接处于船形焊方位,变位机*大翻转视点需要达到135°(见图4)。当工件处于图4方位,回转工作台T型槽和紧固工装将承受很大的拉力,因此工作台面和夹具也是规划的要点工作。为保证变位机的翻转和回转的平稳,翻转选用双扇型齿板,双电动机驱动(见图5),回转亦选用对称排列的双驱动布局。翻转和回转均设有机电双重锁定维护,确保各种工作变位状况和失电状况均能确保**。规范机床的夹具无法满意用户现场的运用和**要求,我们对紧固螺栓的螺距、夹持体都进行了很多改进。新规划的变位机夹具确保了受交变力效果下,夹具均能满意用户提出的定位及夹紧要求,完成装夹、拆卸快速方便。变位机的控制选用PLC控制,加装旋转编码器构成半闭环体系,可准确定位、复位,可完成和焊接操作机联控,构成蝶阀大型主动焊接体系。

    3.焊接操作机的布局规划

    焊接操作机的主体布局选用时代公司TZ4型规范布局,首要是根据蝶阀的焊接方位(见图4)和焊接空间(见图6)对操作机的横梁和机头进行针对性规划。出产现场阀板的*大直径为4m,阀板加强筋按等边三角形排列,小边长为650mm。从而可见,空间狭小是横梁和机头规划的首要限制条件。焊接操作机选用双机头布局(见图7),一侧悬挂CO2气体维护焊机头(左侧),一侧悬挂埋弧焊机头(右侧)。为保证全体布局的稳定性,横梁的截面尺寸必须得到保证(否则横梁的下挠度会增加),所以横梁无法直接进入阀板腔体进行焊接。CO2气体维护焊一侧选用内伸缩臂的布局方式,焊接行走不靠横梁行走,依靠内伸缩臂的进给来完成,有效行程为4m。埋弧焊一侧因为有焊剂回收装置,不能选用内伸缩臂布局,所以选用了加长臂布局,焊接时,只有加长臂部分伸入到工件内部。

 

图4 阀体的*大翻转视点

 

图5 变位机的全体布局

 

图6 阀板示意

 

图7 操作机规划效果

    图4所示阀体因为两个法兰盘的间距有限,一起机头本身还有一些附属的跟踪设备,占据一些空间,所以要完成法兰内外环缝的焊接,经过加装三级合叶将机头调整到和焊缝平行的视点,一起也满意机电跟踪的方位需求。   

    4.控制体系及监控体系      

    主动焊接体系的控制体系和监控体系都集成在一个控制平台上(见图8),控制体系首要完成对焊接操作机、变位机、焊接电源、焊接机头拖板及焊接过程的参数设置、动作控制和参数调节。为便于现场的操作,一起规划一个手持控制器供用户运用。在焊接蝶阀筋板时,焊接区域在可视范围外,焊接路线和焊接状况不确定,因此本主动焊接体系格外规划了焊缝跟踪和监控体系。对于埋弧焊机头(见图9),轨道跟踪选用的是机电跟踪的方法,机械探头沿坡口移动,行走出现偏差,经过电动拖板完成微调。因为埋弧焊没有弧光,焊接过程监控选用的是普通工业摄像头(自然光),监控摄像头前端安装工业照明灯予以光线补偿。对于CO2气体维护焊机头(见图10),轨道跟踪也是选用机电跟踪的方法。因为普通工业摄像头(自然光)无法满意CO2气体维护焊熔池监控的要求,所以需要格外规划一套焊接熔池监控装置。本装置由高速摄像头、镜头、光学滤镜和棱镜等几部分构成(见图11)。因为主动焊体系控制线长度超过20m,所以为了减少焊接搅扰的影响,数据线选用网线模式。自立规划的焊接熔池监控装置解决了观测视角问题,也保证了狭小空间的物距要求。调试结果表明,本装置可以过滤焊接弧光的搅扰,视野足够大,可明白观察焊接熔池状况,可以清晰观测到焊丝和工件。

 

图8 控制平台

 

图9 埋弧焊机头部分

 

图10 CO2气体维护焊机头部分

 

图11 熔池监控装置

    四、主动焊体系的现场运用

    蝶阀主动焊接体系调试完成后,即在实践出产中开端运用(见图12)。首先变位机经过了35t实践工件的负载实验,可以完成0°~135°任意视点翻转,翻转和回转平稳,在135°视点工件装夹**可靠。主动焊体系的两边机头都可以顺利经过小腔体并且稳定焊接。机电跟踪体系可以准确定位运动轨道,调节平稳,不会造成撞枪等事故。熔池监控图像清晰,可以准确判断CO2气体维护焊的电弧状况。运用蝶阀主动焊接体系,焊缝成形和焊接质量得到保障(见图13),焊接效率提高50%以上。

 

图12 设备工作照片

 

图13 阀体和阀板焊后半成品照片

    五、结语

    (1)详细分析了蝶阀焊接的特色,为完成蝶阀的主动化焊接,提出了焊接技术和主动焊接设备方面需要要点解决的问题。

    (2)研制了大型焊接变位机,可以适应多种类型蝶阀的阀体和阀板的安装和固定,可以满意大翻转视点下的**规划要求。

    (3)操作机的机头规划既满意阀板狭小空间的焊接要求,又能完成阀体环缝的焊接姿态的要求。

    (4)自立规划的焊接熔池监控装置获得很好的CO2气体维护焊熔池的图像,熔池周围的参照物图像清晰,可完成CO2气体维护焊焊接过程监控的指标要求。


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