不銹鋼管對接焊縫試樣自動切割平臺設(shè)計與應(yīng)用

  針對不銹鋼管焊接工藝評定時常用的手工火焰切割對接焊縫試件進行取樣方式存在的問題，設(shè)計了不銹鋼管對接焊縫試樣自動切割平臺。該切割平臺可進行90°翻轉(zhuǎn)與圓周旋轉(zhuǎn)，便于裝卸不銹鋼管試件及不同位置取樣，各項動作采用PLC控制，通過觸摸屏設(shè)置取樣參數(shù)，可實現(xiàn)鋼管對接焊縫試樣的自動切割。應(yīng)用證明，試樣自動切割平臺效率高、取樣規(guī)則，且可降低勞動強度。焊接工藝評定是長輸油氣管道現(xiàn)場焊接施工前的必要工作，也是施工單位編制焊接工藝規(guī)程的重要依據(jù)。焊接工藝評定所用的鋼管試件是通過整根鋼管分段切割而來，坡口加工后進行組對焊接，外觀檢查和無損檢測合格的不銹鋼管對接焊縫試件可用于焊縫力學(xué)性能試驗試樣的制取。拉伸、彎曲、沖擊韌性等力學(xué)性能試驗，需對不銹鋼管對接焊縫試件圓周方向的不同位置進行取樣，目前常用的手工火焰切割取樣方式效率低、取樣不規(guī)則而導(dǎo)致后期試樣加工難度大、勞動強度大、綜合成本高。針對以上問題，設(shè)計了鋼管對接焊縫試樣自動切割平臺，可進行90°翻轉(zhuǎn)與圓周旋轉(zhuǎn)，便于裝卸鋼管試件及不同位置取樣，各項動作采用PLC控制，通過觸摸屏設(shè)置取樣參數(shù)，可實現(xiàn)鋼管對接焊縫試樣的自動切割。

一、結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計

1.切割系統(tǒng)整體組成

   試樣自動切割平臺系統(tǒng)由電源、控制系統(tǒng)、切割平臺、切割源及液壓泵組成，如圖所示。其中，電源為整個系統(tǒng)供電;控制系統(tǒng)用于控制切割平臺、切割源及液壓泵的各項動作;切割源為切割平臺提供源介質(zhì);液壓泵為切割平臺提供液壓動力。

2.切割平臺設(shè)計

   切割平臺主要由轉(zhuǎn)臺、滑塊、六連體液壓缸、電動推桿、后立板、側(cè)立板、底座、支架、割槍連接塊、支撐桿連接塊、支撐桿、割槍、小齒輪、大齒輪、翻轉(zhuǎn)支撐體、電機等構(gòu)成，如圖所示。其中，轉(zhuǎn)臺上設(shè)置6個長槽，其上對應(yīng)安裝滑塊，六連體液壓缸安裝于轉(zhuǎn)臺上方中心位置，活塞桿分別與滑塊相連，大齒輪安裝于轉(zhuǎn)臺下方中心位置，轉(zhuǎn)臺通過軸、軸承連接于翻轉(zhuǎn)支撐體上;電機通過螺栓與翻轉(zhuǎn)支撐體連接，輸出軸上安裝小齒輪，與大齒輪良好嚙合;翻轉(zhuǎn)支撐體通過軸承、螺栓連接于側(cè)立板;側(cè)立板上設(shè)置支架，其上安裝電動推桿，電動推桿上通過連接塊裝有支撐桿與割槍，連接塊可旋轉(zhuǎn)角度，以便于調(diào)節(jié)割槍的位置與角度;用于轉(zhuǎn)臺翻轉(zhuǎn)的電動推桿兩端分別連接于翻轉(zhuǎn)支撐體與后立板;后立板、側(cè)立板與底座焊接。

3.控制系統(tǒng)設(shè)計

   控制系統(tǒng)以PLC(可編程邏輯編輯器)為核心元件，通過觸摸屏進行工作參數(shù)的調(diào)整與修改，繼而控制轉(zhuǎn)臺電動推桿、割槍電動推桿、電機及切割源的各項動作，實現(xiàn)鋼管對接焊縫試樣的程控切割，如圖所示。

二、工作原理及應(yīng)用

1. 工作原理

   按要求連接電源、控制系統(tǒng)、切割平臺及切割源等，通過觸摸屏設(shè)置工作參數(shù)。電動推桿縮回時，轉(zhuǎn)臺翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，此時在六連體液壓缸的作用下進行待加工鋼管試件的裝卡，如圖所示。鋼管試件裝卡完成后，電動推桿伸出，轉(zhuǎn)臺回到水平位置，如圖所示。通過割槍電動推桿、支撐桿、連接塊進行割槍位置與角度的調(diào)節(jié)。以上工作完成后，通過控制系統(tǒng)開啟切割源及電機，電機帶動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)進行鋼管對接焊縫切割加工，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)鋼管壁厚具體調(diào)整。

2. 應(yīng)用

   切割平臺已應(yīng)用于焊接工藝評定中鋼管對接焊縫試樣的自動切割。應(yīng)用表明，該切割平臺性能穩(wěn)定，可依照控制程序進行不銹鋼管焊縫不同位置試樣的切割加工，切割效率高、取樣規(guī)則、后期加工難度小、綜合成本低，且可降低勞動強度。

   切割平臺實現(xiàn)了焊接工藝評定用不銹鋼管對接焊縫力學(xué)性能試驗所需試樣的自動切割，與手工火焰切割相比，切割平臺的工作效率高、取樣規(guī)則、后期加工難度小、綜合成本低、勞動強度低。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，交流干擾越強，對應(yīng)管地電位的波動越大;建議對因交流干擾而導(dǎo)致陰極保護失效的地區(qū)采取填埋裝有二極管的犧牲陽極等措施，降低交流的干擾。針對交流高壓線干擾問題的研究，對埋地管道陰極保護影響具有借鑒意義。