全位置自动电弧焊管机的结构类型

全位置自动电弧焊管机完成一道管子环缝的焊接，不仅要求焊嘴以均匀的焊接速度绕管旋转。为满足不同弧焊工艺的要求和保证优良的焊接质量，焊接过程中，有时还要求焊嘴作横向摆动。

焊接过程中还要将焊接电流、保护气体、填充焊丝以及焊嘴的冷却水（有时需要）接到焊嘴上的相应部位。这样从外观上看，有很多导线、水管、气管、电缆线通往焊管机。

为顺畅实现水、电、气的“三通”，必须对焊管机这些导线、水管、气管、电缆线进行合理布置和安排。

显然，被焊管的管径越小，焊管机的体积也相应减小，而对焊管机的机电一体化系统的精度要求却更高，同时，对焊管机的灵活性要求也越高。

1.爬行小车式焊管机

爬行小车式焊管机主要应用在管径较大的管对接焊中。一般可焊管径为100～1500mm。

爬行小车式焊管机的主要外观特征是有一个绕管旋转的爬行小车。爬行小车式焊管机一般包括小车爬行机电系统、焊嘴摆动机电系统、电弧电压自动控制、焊丝送给机电系统、焊接电源自动控制系统、焊机控制与管理系统。

一台标准形式的爬行小车式焊管机如图9-14所示。

图9-14 大口径爬行小车焊管机（ESAB瑞典）

1—齿圈轨道 2—冷却水导管、焊接电缆、电弧保护气管 3—爬行小车驱动电动机 4—焊丝盘 5—焊枪摆动机构 6—导丝管 7—焊嘴 8—焊枪摆动滑杆

爬行小车式焊管机多采用小车沿轨道钢圈爬行旋转的方式，焊接时，小车沿固定在焊管外表面上的钢制圆圈轨道绕管爬行旋转，从而带动小车上的焊头围绕焊缝旋转。

图9-15 爬行小车配套轨道钢圈

图9-16 轨道钢圈的固定

带齿条的轨道钢圈（图9-15）用均布的箍紧螺钉（图9-16），箍紧在被焊管的焊缝一侧，构成了焊接小车的爬行轨道。

在爬行小车上，装有卡住轨道边缘的卡辊，防止爬行小车侧滑。

爬行轨道也可在钢薄板上制成齿孔并固定于焊件表面，然后以齿轮在薄板上与齿孔啮合的方式带动小车爬行（图9-17）。

图9-17 一种轨道形式设计

1、2—左右卡轮 3—线夹 4、5—线卡的装卸动作 6—轨道板 7—焊嘴摆动开关 8—小车行走齿轮 9—轨道板齿孔

爬行小车式焊管机还可以采用贴附辊轮的爬行方式。其工作原理是，使用某种机械设计，将一个（或几个）有附着力的小辊轮（如磁性辊轮）紧紧地贴附在被焊管子上。小辊轮是与一旋转盘及驱动电动机连接成一体的，这样，当驱动电动机使小辊轮转动时，旋转盘就会绕管子转动，如图9-18所示。图9-19所示为用轴承作为贴附辊轮的爬行小车。图9-20、图9-21示出的贴附辊轮爬行小车焊管机，有占位小、方便灵活的特点。由于整体结构紧凑，所以可在管系较密集的场合使用。

如果焊管机使用的是磁性辊轮，那么在无磁性材料的管焊接中就不适用。

有些爬行小车式焊管机，设计成适用于横焊位置的管缝焊接，这往往是口径较大的钢材管或口径更大些的筒件，此时焊管机的焊头一般也多为填丝TIG焊头，如图9-22所示；

大型管缝横焊位置的焊管机往往是一些焊接专机，如图9-23所示。

图9-18 贴附辊轮旋转原理

图9-19 用轴承作为贴附辊轮的爬行小车

图9-20 贴附辊轮爬行式焊管机

图9-21 小管间贴附辊轮爬行式焊管机

图9-22 爬行小车式焊管机用于横焊

图9-23 TIG横焊焊管专机

填丝TIG焊的焊接机头结构配合爬行小车，还常用于管-管横接的场合，这时横接的焊缝既可处于水平位置，也可能处于竖直位置。

如果使用适合窄间隙厚壁管焊接的焊头，再配合爬行小车，可构成窄间隙厚壁管爬行小车式全位置焊管机。焊管机的焊接机头既有TIG单丝型（图9-24），也有TIG双丝型（图9-25）；图9-26所示为窄间隙厚壁管TIG单丝焊的实况。

图9-24 TIG单丝型焊接机头

图9-25 TIG双丝型焊接机头

图9-26 窄间隙厚壁管TIG单丝焊

2.开口式焊管机

开口式焊管机的外观特征是有一个绕管旋转的开口式转盘，转盘上一般安装TIG焊嘴，如图9-27所示，图中是不填丝开口式焊管机。如果向焊缝填丝，就构成填丝开口式焊管机，如图9-28所示。

开口式焊管机一般用于50～150mm管径的焊管。其结构设计形成以下特点：

1）一般都考虑了焊头的自动定管心（简称自定心）装置，如图9-29所示。

2）由于被焊管径小，为避免绕管旋转的各种导线束、水管、气管、电缆线弯折，必须事先考虑好各线束的弯折曲率，以保持水、电、气的畅通。为此，开口式焊管机上都设计有挡线杆，如图9-30a所示。

开口式焊管机每焊完一条焊缝后，一般是通过控制程序的设定，将开口转盘倒行旋转至原位，以使各线束复位，避免线束反复弯折。

图9-27 不填丝开口式焊管机

图9-28 填丝开口式焊管机

图9-29 开口式焊管机自定心机构

3）为使焊嘴旋转，开口式焊管机一般在转盘的后面（图9-30a）安装有旋转机构（图9-30b）使转盘绕管旋转，从而带动焊嘴旋转。

下面简单解释旋转机构如何使缺口的齿轮（盘）完成左右旋转360°。(www.xing528.com)

图9-31a是齿盘开始左旋转位，左右过渡轮小齿轮均与齿盘啮合；盘转到图9-31b时，齿盘的左缺口快要离开左过渡轮小齿轮，左右过渡轮小齿轮还均与齿盘啮合，再过一会，齿盘的左缺口就离开了左过渡轮小齿轮，但右过渡轮小齿轮仍与齿盘啮合；到了图9-31c，齿盘的左缺口完全离开了与右过渡轮小齿轮的啮合，但齿盘的右缺口却进入了与左过渡轮小齿轮的啮合；直到图9-31d，缺口齿盘完成了360°左连续旋转。简而言之，左右过渡轮小齿轮的设计，完成了对缺口齿盘的左右“接力”旋转驱动。

图9-30 开口式焊管机的旋转机构

开口式焊机的整体结构很轻巧，配备提手后，方便焊管机的焊前安装（图9-32）和焊后卸下，这是开口式焊管机的最大特点。

3.闭口式焊管机

闭口式焊管机是指从外面看不到焊头部分的一类全自动TIG焊管机，如图9-33所示。

闭口式焊管机一般都不再填充焊丝，适用于50mm以下、不开坡口的小管径TIG熔焊对接。因无焊丝填充，因此一次焊成的焊缝表面稍显凹形，如图9-34所示。

图9-31 开口齿盘左右旋转原理

图9-32 开口式焊管机的安装

图9-33 闭口式焊管机的外观

图9-34 闭口式焊管机焊出的焊缝

闭口式焊管机主要特点是TIG焊头不再使用导电电缆、导气导管集束缠绕被焊管的方式，取而代之的是无缠绕线结构。

因为闭口式焊管机焊接的多是小管径管，焊接电流不太大，这样将焊接电流导给旋转状态的钨极可采用电刷导电技术（图9-35），这与靠电刷导电的直流电动机很相似。

闭口式焊管机如何将保护气（一般为氩气）送至焊接区？

闭口式焊管机的TIG焊嘴已经不再使用氩气喷嘴，也就是TIG焊嘴只是一根钨棒，如图9-36，由于闭口式焊管机的上盖合上后，整个焊接区基本上形成了封闭的空间，保护气直接送到并充满封闭的空间，即可起到保护焊缝的效果。

图9-35 闭口式焊管机的导电方式

图9-36 闭口式焊管机的钨棒安装位置

闭口式焊管机同样存在缺口，以便插入被焊管，如图9-37、图9-38所示。因此也要解决缺口转盘的旋转驱动问题。闭口式焊管机转盘的旋转驱动与开口式的旋转驱动机构是相同的，不再赘述。

图9-37 闭口式焊管机安装

图9-38 闭口式焊管机焊前安装示意

对封闭式焊管机的结构设计，一般还要求尽量紧凑、轻便，以适用于不同形状管-管、管-法兰等焊件的焊接，方便操作（图9-39、图9-40）；同一种机型有几种型号，可适用管径范围更多（图9-41）。

图9-39 体积小的闭口式焊管

图9-40 体积小适合管密集场合

总的来说，闭口式焊管机：焊接机头设计小巧、使用灵活，一般适用于50mm以下小管径焊管，最小可焊接直径10mm细管；扁平状的焊接机头使其适合于拥挤的管系焊接；可打开的焊接机头端盖的设计形式，使装夹和卸下焊接机头很方便；焊接质量很高。

4.管-板接头自动焊管机

除了管-管对接接头形式外，另一类常见的焊管接头形式为管-板接头如图9-42所示。管-板接头自动焊管机主要适用于管与板平齐的接头形式；对管内缩的接头形式，管-板接头自动焊管机一般也适用。这类接头多用在利用管束进行流体换热的各种换热器中。各种换热器内芯结构件都是工作在高温、大温度梯度和高压力的环境下，对这类焊缝的焊接质量要求很高。近年来各种化工换热器，特别是核电蒸汽发生器的内芯结构件都采用管-板接头自动焊管机施焊（图9-43、图9-44），而管-板自动焊管机的优良焊接质量也决定了在管-板接头结构中管-板自动焊管机完全取代手工焊。

由于管-板接头的管子排列一般为三角形、棱形等规则形状，这就决定了管-板接头焊管机的焊头均为以被焊管的管孔为定位中心的方式。定位后，电动机带动环形齿轮盘，齿轮盘上安装了TIG焊嘴，从而使TIG焊嘴围绕被焊管端头旋转，加入焊丝后形成焊管端头的角焊缝，一种典型的管-板自动焊管机的结构形式如图9-45所示。

图9-41 同一机型的几种型号

图9-42 管-板接头形式

图9-43 管-板接头焊接实况

图9-44 管-板焊管机的定位

图9-45 典型的管-板自动焊管机的结构形式

机头采用三点平面支撑方式（图9-45中的三爪定位装置）支靠在管-板结构的端面。然后，管-板接头焊管机的芯杆插入管内，杆端的碟形弹性定位器（图9-46）的碟形弹簧带动拉杆端头圆锥面，撑住管子内孔，从而将弹性定位器牢牢地胀在管子里；通过机头尾部的气缸推动拉杆，弹性定位器便可松开。

根据管径不同，机头可配备各种规格的芯杆定位器来满足不同管径的要求，定位一次完成后，可重复焊接，连续工作。

图9-46 碟形弹性孔定位器的结构

焊头由电动机驱动的焊嘴旋转装置、定位装置、送丝机构、弧长控制系统、气体保护系统、水冷系统等部分组成。将送丝机安装在机头前端随焊嘴一起旋转的转盘上，就不存在焊丝缠绕问题，相比而言还缩短了送丝机到焊接区的距离，焊丝从送丝机到送丝支架只需一根透明的聚四氟乙烯管即可，聚四氟乙烯管更换简单，焊丝不需矫直轮，穿丝简易化，送丝阻力减小，回抽焊丝也更容易，整个送丝系统的损坏概率减小。

在焊接机头内部装有弧长控制装置，即电弧AVC控制，通过步进电动机带动焊嘴沿焊缝位置进行电弧电压信号反馈，保证弧长高度的稳定和焊接质量的可靠。

管-板焊机的焊头旋转系统一般采用光电码盘计数、直流电动机调速方式。在电动机输出轴与主动齿轮的连接上，有些采用了安全离合器取代销钉连接。

TIG焊枪一般采用陶瓷喷嘴形式（图9-47），陶瓷喷嘴为标准结构件，一旦喷嘴出口被焊接飞溅堵塞，需及时更换新陶瓷喷嘴。

对焊枪，还要求更换或调整钨极方便、快捷，图9-47中，拧开钨极导电夹尾部的封帽即可方便更换、调整钨极。而对钨极导电夹设计的要求是可选用不同直径的钨棒。

图9-47 标准型TIG焊枪的结构