窄间隙埋弧自动焊关键技术的研究

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1、窄间隙埋弧自动焊关键技术的研究华爱兵蹇智勇鲍云杰雷勇（北京时代科技股份有限公司北京100085）摘要：针对窄间隙埋弧自动焊的关键技术—排焊道和焊缝跟踪，设计了一种新型的导电嘴偏摆机构和长距离激光跟踪系统。导电嘴偏摆机构采用齿轮-齿条组合传动的方式，具有线性控制的特点，焊枪角度的重复定位精度高。长距离激光跟踪系统利用伺服电机带动激光点在窄间隙坡口内部扫描，实时提取坡口内部信息，确保焊丝端部到侧壁的距离恒定以及焊丝伸出长度不变。关键词：窄间隙埋弧焊；激光跟踪；扫描ResearchonCriticalTechnologies

2、ofNarrowGapSAWHUAAi-bing,JIANZhi-yong,LEIYong(BeijingTIMETechnologiesCo.,LTD,Beijing,100085,China)Abstract:ForcriticaltechnologieswhicharcbeadarrayandseamtrackingofnarrowgapSAW,anewswingmechanismofconductivenozzleandalong-distancelasertracesystemarcdesigned.Thec

3、ombinationdriveofgearandrackisusedfortheswingmechanism,whichcharacterizedaslinercontrolandhigh-precisionofrepeatpositioning.Theprincipleoflong-distancelasertrackingisthattheinnergrooveisscannedbyonelaserpointdrovewithservomotorandthegroovemessageisrealtimeexacte

4、d.Sothedistancefromwireendtosidewallandthelengthofwireextensionremainconstant.Keywords:narrowgapSAW;lasertracking;scanning1引言上世纪六、七十年代，在已有的埋弧焊接方法和工艺的基础上，加上特殊焊丝向狭窄坡口内的导入技术以及焊缝自动跟踪等特别技术而形成的一种新的熔敷方法[1]，即窄间隙埋弧自动焊，它主要应用于锅炉、重型压力容器、石油化工以及核电制造等厚板领域的纵缝和环缝的焊接。与传统焊接方法相比，窄间

5、隙埋弧焊具有几个优点：（1）与传统埋弧焊相比，窄间隙埋弧焊的坡口窄，焊材填充量小，因此焊接效率高、成本低；（2）与窄间隙TIG焊和窄间隙MIG焊相比，窄间隙埋弧焊的焊前准备时间较短，坡口制备要求不高，易于工人掌握；（3）焊接热输入小、热影响区窄、晶粒长大区域小，因此残余应力和焊接变形小；（4）窄间隙埋弧焊属于有规律的多层焊接，每一层焊缝对前面的焊缝具有回火作用，细化了焊缝金属的晶粒，因此焊接接头的韧性较好；（5）由于侧壁熔深一致，母材金属能够均匀地稀释到焊缝中去，因此热影响区的宽度和焊缝金属的成分比较均匀。目前，瑞典E

6、SAB公司、艾美特焊接自动化技术（北京）有限公司、哈尔滨焊接研究所、北京中电华强焊接工程技术有限公司等企业都能够提供各自的窄间隙埋弧焊接产品[2-5]。本文在分析国内外几种主流窄间隙埋弧焊设备技术特点的基础上，研制了一种新型的窄间隙埋弧焊接系统，其核心技术主要包括线性控制的导电嘴偏摆机构、长距离激光跟踪系统、全数字控制系统。2线性控制的导电嘴偏摆机构对于窄间隙埋弧焊而言，其突出问题在于如何解决脱渣和侧壁熔合。为了保证脱渣的可靠性，窄间隙埋弧自动焊基本采用一层两道或者一层三道的方式，当采用一层两道时，枪角的变换顺序为……

7、左——右——左……，当采用一层三道时，枪角的变换过程为……左——右——中——左——右——中……，这就是通常所说的排焊道。目前市场上主流窄间隙产品的排焊道实现方式不外乎两种（如图1）所示，其一是瑞典伊萨公司为代表的偏摆型导电嘴（见图1a），其二是哈尔滨焊接研究所为代表的转角式导电嘴（见图1b），也可称为导电杆旋转型。6（a）偏摆型导电嘴（b）转角式导电嘴图1排焊道方式上述两种排焊道方式的特点如表1所示。表1不同排焊道方式的特点排焊道方式传动机构控制特点传动间隙电弧指向性导电嘴磨损电流承载能力偏摆型导电嘴拨叉非线性控制大好

8、一般高转角式导电嘴齿轮线性控制小差严重稍低由表可知，从控制角度看，转角式导电嘴的控制精度明显高于偏摆型导电嘴，但是前者的工艺性能又存在某些不足，例如转角式导电嘴的电流承载能力弱并且电弧的指向性角差，因此这种方式的电弧熔化侧壁的能力较弱，另外转角式导电嘴磨损一般较为严重，这势必影响电弧的稳定性，同时更换导电嘴也降低了焊接效率。除此之