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，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、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：

F＝P×S＝(2×T×S×δs)/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；δs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；Ψ为摩擦角；α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：齿轮泵、电机、液压缸、溢流阀、油缸、调速器及等。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LN 9送丝机构，如受条件所限，无法采用自动焊接时，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。

3结语

    以上大直径钢管环焊缝自动组装焊接系统主要适用于钢管的批量制造、安装，尤其是隧洞内的钢管安装。该系统的使用，对提高生产效率，降低工人的劳动强度能起到令人满意的效果。下载本文