提高管線鋼管焊接質量的措施
宗波，楊萬霞，朱大權 （遼陽石油鋼管廠，遼寧遼陽１１１０００）
摘要：介紹了在某管線鋼管生產中，為了提高焊接質量而采取的４種措施，并詳細說明了具 體的實施方法。‘這些措施包括：提高內焊焊接電流的輸出能力，采用焊縫自動跟蹤裝置，加裝 外焊電流顯示裝置，改進內焊送絲機構。實施結果證明，鋼管的焊接質量得到明顯的提高。
關鍵詞：螺旋焊管；焊接電流；焊縫跟蹤；焊接角度；送絲機構 中圖分類號：ＴＧ４４５文獻標志碼：Ｂ文章編號：１００１—３９３８（２００８）０１—００７０—０３

前言
２００６年，遼陽石油鋼管廠承擔了某管線部分鋼管生產任務，鋼管規格為直徑２１９mm×１７．２ ｍｍ， 鋼級為Ｘ７０，采用螺旋縫雙面埋弧焊接。本次生產 工期緊、任務重，技術標準要求較高，技術規范制定 極為嚴格，對焊接質量提出的要求很高。 為了優 質、高效地完成生產任務，就需對焊接機組的焊接 電流、焊絲角度進行調整，對焊縫自動跟蹤系統等 設備進行改進，以提高焊接質量，滿足業主要求。
１外焊直流加裝焊接電流顯示裝置
１．１加裝焊接電流顯示方案 焊接機組外焊直流的控制采用林肯ＮＡ一５ 控制箱，其焊接控制特性是ＣＶ（恒壓控制），且能 預設包括焊接電壓、送絲速度和焊接速度等焊接 參數。該控制箱面板上有焊接電壓和送絲速度的 顯示，沒有焊接電流的顯示，如圖１所示。由于沒 有焊接電流的準確顯示，當監造和業主方需要知 圖１ ＮＡ－５控制箱外觀圖 道焊接電流的大小時，只能用數字鉗形電流表測 ５～６次，取其均值，測量過程時間長且誤差大。 因此，決定加裝電流表，用以顯示焊接電流。
１．２ 實施方法 有３種方法可供選擇：①采用指針式電流表； ②采用數字式電流表；③利用原有的電流傳感器 設計數字顯示裝置。 指針式電流表具有經濟實用、安裝方便、易維 修、受環境影響小等特點，結合車間現場的實際情 況，并參照ＮＡ一３Ｓ和ＮＡ一４控制箱，決定采用 指針式電流表和分流器組成外焊直流顯示裝置。 電流表選用磁電式，型號為６３Ｃ１８，量程１ ５００ Ａ。 具體方法是：將電流表和分流器并聯后，再串聯到 焊把線中，如圖２所示。加裝此套裝置后，操作者 可準確、直觀地調整外焊焊接電流，從而實現對焊 接電流的有效監控。

２焊縫自動跟蹤系統
２．１ 改進方案
原焊縫自動跟蹤裝置精度低，實時性差，響應 時間長，還需操作人員配合，不能滿足本次生產焊 接工藝的要求。因此，決定在內、外焊分別加裝英國Ｍｅｔａ公司的Ｖｉｓｔａ wｅｌｄ焊縫自動跟蹤系統。
２．２系統組成
Ｖｉｓｔａ Ｗｅｌｄ焊縫自動跟蹤系統由傳感器部件、 伺服電機執行機構、工業計算機圖像處理部分、控 制器部件等組成。該系統以激光條紋為工作介質， 當攝像頭采集到激光條紋圖像后，送入計算機進行 圖像處理，得出結果后由執行機構來完成動作。該 裝置具有系統可靠性高、工作穩定、結構簡單、安裝 維護方便等優點。系統結構框圖如圖３所示。
２．３工作原理
激光結構光法視覺傳感工作原理如圖４所 示，這里只畫出一條激光條紋，另兩條與此相同。 本系統屬于采用激光作為主動光源的結構光法視 覺傳感焊縫跟蹤系統。激光管發出點光源經柱狀 鏡轉換為條形光源，投射到工件焊縫坡口上，激光 條紋發生相應的變形，并向工件上方漫反射。 ＣＣＤ攝像機接收從工件上漫反射的反映坡口形 狀的激光條紋，通過圖像采集和圖像處理環節，便 可知激光條紋變形處的中心位置，即焊縫中心線 位置。 ＣＣＤ攝像機采集到激光條紋圖像送計算機 進行圖像處理，并與設定的中心位置相比較，當兩者有偏差時，系統發出校正指令，經ＰＬＣ和控制 器控制伺服電機動作，完成校正跟蹤過程。該結 構光法不僅能檢測出焊縫的中心位置，而且還能 獲得焊縫截面的形狀和尺寸等特征參數，適合于 不同的焊縫和各種焊接方法。經生產現場實際使用證明，該自動跟蹤系統 可糾正焊接過程中出現的微小偏差，大大減少了 焊偏、未熔合等焊接缺陷，提高了焊接質量。 與傳 統跟蹤設備和人工操作相比，該系統具有跟蹤精 度高、響應速度快、操作簡單方便、人機界面友好 等優點，完全滿足了鋼管成型焊接的要求。激光 跟蹤系統現場應用照片如圖５所示。 圖５激光跟蹤系統的現場應用
２．４存在的問題
如果工作環境粉塵較大，特別是粉塵中含有 大量的鐵磁顆粒時，將導致觸摸屏顯示器出現故 障，觸摸功能失效。如果顯示器安裝位置距離管 體較近，還會受到電磁干擾，易出現圖形失真，使 顯示器的清晰度下降。 有時因為板材軋制的原因，導致對頭前后跟 蹤效果不好：這時要將手控盒打到“手動調整”狀 態，用手動來調整跟蹤系統。
３提高內焊直流電焊機輸出能力
３．１ 改進方案
該管線鋼管規格為直徑ｌ ２１９ ｍｍ×１７．２ ｍｍ，材質為Ｘ７０級管線鋼，正常生產時內焊直流的焊接 電流可達到１３５０～ｌ４００Ａ，已接近電焊機的最大輸出電流。生產初期內焊直流用１臺電焊機，當 需要輸出較大焊接電流時，調節旋鈕已調到極限， 同時電焊機的溫升和故障率明顯增加，導致內焊 焊接質量下降。因此，將內焊電流改為由２臺電 焊機并聯輸出，以增大輸出電流，提高焊接質量。
３．２實施方法
將２臺林肯焊機（ＤＣ一１５００）并聯，接成一主 一輔的形式。內部控制按林肯焊機相關原理接線， ．主機的４號和３１號線與輔機相對應的４號和３１號線相連 接，主機的７５號，７６號和７７號線與林肯焊機控制箱NA 一3s相連接，外部接成并聯輸出，如圖６所示。現場使用證明，采用２臺焊機并聯后，內焊直 流的電流輸出能力顯著提高，電流調節范圍加大， 夾渣、未焊透等焊接缺陷明顯減少，使焊接質量有 較大的提高。投入運行后，焊機工作平穩可靠，溫 升正常，沒有發生故障。
４改進內焊送絲機構
原有的內焊送絲機構是２根送絲桿固定在支 架上，其上沒有角度標定，操作者每次調整焊絲角 度時，花費時間長，且很難控制調整角度。有時送 絲桿還會因固定不牢隨著大橋擺動，從而發生焊 點偏移，為此，設計了一套新的送絲機構。新送絲 機構由扇形板、送絲桿、連接角鋼等組成，扇形板 上開有４個弧形槽，連接角鋼一邊與弧形槽相連， 一邊與送絲桿相連，如圖７所示。 送絲機構改進后，送絲桿固定牢固可靠，使焊 點不再發生偏移，同時還制作了標準角度樣板。當更換送絲嘴時，如果焊絲角度產生偏移，就可用 標準角度樣板對照測量，從而能更快、更準地調整 焊絲角度、焊絲間距、焊絲的前后和左右偏移等參 數。采用此套裝置操作方便，大大提高了焊接穩 定性。 該規格管線鋼管正常連續生產時，送絲機構 參數設置為：１號絲上部距板邊２５ ｍｍ，１旽絲下部距 板邊３８ ｍｍ；２號絲上部距板邊２８ ｍｍ，２號絲下部距 板邊１６ ｍｍ；兩絲夾角２７度。

５結論
以上幾種改進方案實施后，經過現場使用證 明，不僅提高了焊接質量，而且在降低員工勞動強 度、提高設備利用率、減小操作誤差等方面，都取 得了較好的效果，滿足了監造和業主的要求，圓滿 完成了該管線的生產任務。

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