随着我国经济的高速发展，能源紧张，石油化工、液化气、锅炉及电站等各行业也形成规模化发展，并带动了相关其他产业的发展。与此同时，修建大量的输送管道、建立石油冶炼厂，不断满足经济发展对能源的需求，这就促使石油化工建设得到飞速发展。
在石油化工建设中，需要大量的管道制品，其中包括大量非直管式工件，如弯头、法兰、三通等，这些工件的尺寸、规格种类繁多，有薄壁、厚壁，有碳钢、不锈钢等材料，它们大多采用焊接的方式与其他管件进行连接。为提高产品生产效率及质量，这些焊接大多是在施工现场之外预制完成后再送到现场进行安装的。石油化工行业中管道使用条件恶劣而且数量大，因此，管道预制生产需要有较高的焊接质量及效率，这就对焊接设备及工艺提出了比较高的要求。开发优质高效的自动化焊接设备，对提高石化建设效率及质量有着非常重要的意义，而且有着广阔的市场空间。下面就目前石化行业管道预制现状、国内外相关管道预制焊接设备，以及我公司所研发设计的针对性产品进行阐述。
一、石化行业管道预制焊接现状
1. 石化行业管道预制自动化焊接的需求
目前我国石化建设行业正在飞速发展，对管道制品的需求与日俱增，这就要求管道生产厂家能够在短时间内提供大量高质量的管道预制品。而我国大多预制生产厂采用手工操作施焊，不仅生产成本高，效率低，而且还会由于存在人为因素，造成一些焊接质量问题，影响生产进程。此外，国外客户对焊接质量的要求非常苛刻，要求自动化焊接。因此，针对目前管道预制的实际生产情况，越来越多的生产厂家提出能够实现管道预制优质高效自动化焊接的要求，这为专业的焊接自动化设备制造企业提出了新的课题。
2. 管道预制自动化焊接设备基本形式
（1）机械结构 针对管道预制品的特点，目前国内外主要有两种焊接机械形式，一种是床头箱式，另一种是带上压轮的滚轮架。
图1所示为床头箱式。该设备将直管一端采用卡盘类夹具夹紧管端，另一端采用滚轮架支撑进行焊接。这种机构适用于一端为直管，另一端连接弯头、法兰或三通的组装形式。焊接只能在一端实施，无法实现直管两端带弯头、法兰和三通的组装形式，整体工作效率不是很理想。
图1 床头箱式管道预制自动化焊接工作站
图2是带上压轮滚轮架式。这种机构的设计意图是为了解决偏重工件回转的平稳性，实际上，对于重心偏心矩较大的工件回转还是不平稳，对焊接质量特别是封底焊缝的质量有较大的影响，而且焊接自动化程度也较低。
图2 上压轮滚轮架式管道预制自动焊接工作站
（2）焊接工艺 通常采用焊条电焊条或手工钨极氩弧焊（TIG焊）封底，熔化极气体保护焊（MAG）或埋弧焊（SAW）填充盖面的焊接工艺。
（3）控制系统 目前基本上所有的焊接自动化设备都采用诸如单片机、DSP、PLC等控制元器件来实现焊接程序的控制，自动化程度不高。
二、新型管道预制焊接工作站——中空开启式管道预制焊接工作站
中电华强作为专业的焊接自动化设备生产厂家，总是不断在创新，通过对已有管道预制自动化焊接设备的深入研究以及生产企业实际情况的深入对比分析，与上海管道安装公司通力合作，研制出一款新型的管道预制焊机——中空开启式管道预制焊接工作站。
1. 设计方案
（1）焊接工艺要求 上海管道安装公司的管子预制焊接工艺为手工TIG焊接打底，自动MAG焊填充盖面，自动化程度低，难以保证打底焊接质量稳定，影响了生产效率。为解决此问题，长时间在国内外寻求理想的自动化焊接设备，但都未果。我公司凭借自身的技术能力，与上海管道安装公司开展合作，提出了研发管子预制自动焊接设备，具有热丝TIG或者MAG自动打底，热丝TIG或者MAG填充盖面的功能。而且设备应能适应工件及组装的偏差，诸如椭圆度、厚度的偏差，以及坡口加工端面的垂直度等偏差所造成对接时的错边及间隙不均匀等现象，焊出合格的焊缝。
另外，客户还要求所设计的夹具工装能够实现管件一次夹装两端焊接预制管件，并可以实现焊接后方便从夹具上卸下工件。
（2）主要解决方案 针对客户提出的要求，管道预制自动焊接工作站的设计采取以下措施：①专门设计可以开启的夹紧回转装置，采用交流伺服电动机驱动，既解决了夹持偏重的可靠性及回转的平稳性，又解决了两头带管件工件可以方便地从夹具开口处取出。②开发快速自动MAG焊封底技术。③采用AVC（弧长跟踪）技术，以保证焊接过程中弧长的稳定，保证焊接质量，提高焊接适应性。④采用先进的控制技术，实现焊接程序及参数的自动控制。
2. 设备功能
中空开启式管道预制焊接工作站具有如下功能：
（1）能进行自动TIG和MIG焊封底、盖面焊接的连续或间歇操作。由于采用PLC实现过程控制，因而可灵活进行操作模式的选择，也可以对焊缝实施连续不间断的焊接，亦可为了控制层间温度采用分层焊接。
（2）可以实现碳钢、不锈钢、合金钢等不同材质的TIG、MIG/MAG焊接。
（3）对组装、组对的要求较低，在允许的错边量及间隙偏差的情况下可进行高质量的封底焊。
（4）能适应大多数管道规格，特别是小口径薄壁管道（壁厚为3mm）的焊接。
（5）在焊接大口径偏重大的管道弯头时，能保证转动平稳。
（6）操作简单可靠，自动化程度高。
3.设备组成
设备整体如图3所示。中空开启式管道预制焊接工作站主要由以下几部分组成：
图3 中空开启式管道预制自动焊工作站
（1）中空开启式夹紧回转装置 主要特点是采用高精度、恒扭矩交流伺服电动机，经低侧隙精密减速器及消隙齿轮驱动齿盘回转，并有一套夹紧装置。该齿盘可以通过气动打开，工件吊入此装置后夹紧定位，以保证带有偏重的管子转动时的平稳性。
该装置（如图4所示）是为上海管道安装公司提供的夹紧装置，其最大可以夹持直径为460mm。
图4 中空开启式夹紧回转装置
（2）龙门式导轨架 为焊接小车提供轨道及支撑，采用方形梁截面，具有较好的刚性。
（3）焊接小车 用于实现焊接过程中的焊接水平及垂直运动，并能在电动机的控制下实现弧长。
（4）焊接电源 主要包括TIG电源、热丝电源以及MAG电源，采用国外电源设备。
（5）电控系统 主要采用PLC及触摸屏来实现相应的控制及操作，设计比较人性化。
4. 优势
中空设备与其他管道预制自动化焊接设备相比较具有如下优势：
（1）利用夹紧装置从顶部打开吊装进去，实现一次吊装之后管两端焊缝一次焊接完成，而不需要多次工件吊装调整，从而节省了劳动时间，提高了工作效率。
（2）独特的夹紧装置设计，确保工件不会因偏重而发生转速不稳，造成焊接质量问题。
（3）采用精确的AVC跟踪系统，大大提高焊接稳定性，同时提高了对工件组装的适应性。
（4）研发的快速MAG焊封底技术，解决了优质高效的自动封底焊。
5. 设备实际生产效果
中空设备经过调试后，采用不同材质（碳钢、不锈钢）、不同规格（φ89mm、φ168mm、φ159mm、φ325mm，壁厚分别为3mm、6mm、8mm、9.5mm、12mm）的产品进行工艺摸索试验后，在用户现场进行了实际生产，并进行了探伤及焊接性能测试，均达到了满意的效果。实际产品焊接效果如图5、图6所示。
图5 实际产品焊接内部成形
图6 实际产品焊接外部成形
从图5、图6可以看出，该设备自动打底焊缝成形良好，无咬边与未焊透现象，表面成形美观。
三、评价及要求
该设备在现场调试及试生产中均焊出了合格的产品，得到了焊接专家的高度评价。认为与国内外同类产品相比，该设备焊接适应性强，操作性良好，可靠性高，在石化管道预制行业具有极高的推广价值。
四、结语
总而言之，中国石化建设行业的飞速发展离不开优质高效的自动化焊接设备的研制开发。今后，北京中电华强焊接工程技术有限公司会根据客户的实际要求，竭尽全力提供最先进、高效优质的自动化焊接设备，共同为中国石化行业的快速发展做出应有的贡献。
