不銹鋼管對(duì)接焊縫試樣自動(dòng)切割平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

  針對(duì)不銹鋼管焊接工藝評(píng)定時(shí)常用的手工火焰切割對(duì)接焊縫試件進(jìn)行取樣方式存在的問題，設(shè)計(jì)了不銹鋼管對(duì)接焊縫試樣自動(dòng)切割平臺(tái)。該切割平臺(tái)可進(jìn)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(xiàng)動(dòng)作采用PLC控制，通過觸摸屏設(shè)置取樣參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)鋼管對(duì)接焊縫試樣的自動(dòng)切割。應(yīng)用證明，試樣自動(dòng)切割平臺(tái)效率高、取樣規(guī)則，且可降低勞動(dòng)強(qiáng)度。焊接工藝評(píng)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(píng)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(jìn)行組對(duì)焊接，外觀檢查和無損檢測合格的不銹鋼管對(duì)接焊縫試件可用于焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)試樣的制取。拉伸、彎曲、沖擊韌性等力學(xué)性能試驗(yàn)，需對(duì)不銹鋼管對(duì)接焊縫試件圓周方向的不同位置進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度大、綜合成本高。針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)了鋼管對(duì)接焊縫試樣自動(dòng)切割平臺(tái)，可進(jìn)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(xiàng)動(dòng)作采用PLC控制，通過觸摸屏設(shè)置取樣參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)鋼管對(duì)接焊縫試樣的自動(dòng)切割。

一、結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)

1.切割系統(tǒng)整體組成

   試樣自動(dòng)切割平臺(tái)系統(tǒng)由電源、控制系統(tǒng)、切割平臺(tái)、切割源及液壓泵組成，如圖所示。其中，電源為整個(gè)系統(tǒng)供電;控制系統(tǒng)用于控制切割平臺(tái)、切割源及液壓泵的各項(xiàng)動(dòng)作;切割源為切割平臺(tái)提供源介質(zhì);液壓泵為切割平臺(tái)提供液壓動(dòng)力。

2.切割平臺(tái)設(shè)計(jì)

   切割平臺(tái)主要由轉(zhuǎn)臺(tái)、滑塊、六連體液壓缸、電動(dòng)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(jī)等構(gòu)成，如圖所示。其中，轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置6個(gè)長槽，其上對(duì)應(yīng)安裝滑塊，六連體液壓缸安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)下方中心位置，轉(zhuǎn)臺(tái)通過軸、軸承連接于翻轉(zhuǎn)支撐體上;電機(jī)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(dòng)推桿，電動(dòng)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(tái)翻轉(zhuǎn)的電動(dòng)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(jì)

   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(jìn)行工作參數(shù)的調(diào)整與修改，繼而控制轉(zhuǎn)臺(tái)電動(dòng)推桿、割槍電動(dòng)推桿、電機(jī)及切割源的各項(xiàng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鋼管對(duì)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(tái)及切割源等，通過觸摸屏設(shè)置工作參數(shù)。電動(dòng)推桿縮回時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，此時(shí)在六連體液壓缸的作用下進(jìn)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(dòng)推桿伸出，轉(zhuǎn)臺(tái)回到水平位置，如圖所示。通過割槍電動(dòng)推桿、支撐桿、連接塊進(jìn)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(jī)，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鋼管對(duì)接焊縫切割加工，轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)已應(yīng)用于焊接工藝評(píng)定中鋼管對(duì)接焊縫試樣的自動(dòng)切割。應(yīng)用表明，該切割平臺(tái)性能穩(wěn)定，可依照控制程序進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度。

   切割平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了焊接工藝評(píng)定用不銹鋼管對(duì)接焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)所需試樣的自動(dòng)切割，與手工火焰切割相比，切割平臺(tái)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(dòng)強(qiáng)度低。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，交流干擾越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)管地電位的波動(dòng)越大;建議對(duì)因交流干擾而導(dǎo)致陰極保護(hù)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(duì)交流高壓線干擾問題的研究，對(duì)埋地管道陰極保護(hù)影響具有借鑒意義。