无轨导爬行焊接机器人在中小型碳钢储罐的焊接应用及效益评价

无轨导爬行焊接机器人在中小型碳钢储罐的焊接应用及效益评价

何刚

中石化南京工程有限公司  江苏省南京市   210000

摘要：本文介绍了在中小型碳钢储罐上采用的无轨导爬行焊接机器人，并对其进行了效益评估。中小型碳钢储罐的人工焊接，其焊接效率低，作业周期长，焊接质量不稳定，人工成本高。介绍了研制的无轨导爬行焊接机器人的施工工艺，并在中小型碳钢储罐的焊接中取得了较好的效果。随着操作水平的提高，焊接时间逐步减少，效率越来越高，最后的投入时间也越来越稳定。在焊接质量、效率和人力成本等方面，机器人焊接具有明显的优越性，其焊接效率比人工焊接提高2-3倍，一次焊接合格率达到98%，并可节约人工成本30%以上，降本增效效果显著。

关键词：无轨导爬行焊接机器人；中小型碳钢储罐；焊接工艺；焊接效率；效益评价

1焊接机器人的应用场景

在石油化工工程中，中小型碳钢储罐，采用6-20 mm的钢板进行焊接。

2焊接工艺

2.1焊接工艺评定

(1)对Q235B材料中小型碳钢储罐进行了6、8、10、12 mm对接横焊、对接立焊、角焊等工艺试验。

(2)按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定标准》及GB 50128-2014《立式圆筒型钢制焊接储罐施工规范》中有关规定，对其进行了工艺评定，并对其进行了拉伸、弯曲、冲击等工艺评定。

(3)根据工艺实验，整理出可供坦克机器人进行焊接的工艺参数，并根据规范的要求，整理出相应的数据，编写出相应的焊接技术评价报告和操作指南，并完成机器人的焊接技术评估。

2.2技术要求

2.2.1材料检验

(1)钢：钢要有出厂品质证书，如发现品质证书中的性能数据有问题，应重新检验，其技术参数必须与产品规范及设计文件相一致；钢材表面的出厂标识必须清楚，并与品质证书文件相符；对罐体钢板进行一次全面的检查，不能有明显的裂纹、折叠、夹杂、结疤等；钢板表面腐蚀减薄，其破坏深度不得超过钢板允许的负值。

(2)焊接物料：应提供出厂品质证明，如发现品质资料有问题，应重新检验，并按产品规范及设计要求，经检验合格方可使用。

2.2.2壁板预制

在预制墙板之前，应该画出排版，并且要遵守以下的规定。

(1)每一圈壁的纵缝应沿相同的方向，每圈之间的间距应不少于300 mm。

(2)底圈的纵缝和底部边沿板的对接焊缝间距不能少于300 mm。

(3)外补强板的外缘到罐体纵向焊缝的间距不能少于150 mm。

(4)卷制壁板后，用模板在工作台上检验，纵向用直模板检验，间距不能超过2毫米，横向用圆弧模板检验，间距不能超过4毫米。成型后的盘片必须置于与罐体相同曲度的预先制作好的胎具上，并用两侧垫牢固定，以防发生变形和破损。

2.2.3坡口加工

焊接之前，必须将坡口和坡口两边20 mm范围内的泥沙、铁锈、水分、油污等有害的杂质清理干净，并且要完全烘干；表面处理后的边沿应抛光直至露出金属光泽。

2.2.4焊接工艺

(1)储罐施工程序

油罐底板的铺设和焊接：7号带壁板的组合和焊接、组合焊包角、制造罐顶用的临时支架、组合焊罐的顶板、安装和吊装用的抱杆、第×层板组对和焊接、罐壁和底部的角焊缝、中间和边框之间的焊缝、最后一道工序。以上“第×带”按照从顶部到底部依次排列。

(2)壁板的焊接次序为：纵向焊，后焊环焊。在对相邻两个圆盘上的纵向焊缝进行焊接后，将它们之间的环形焊缝进行焊接。

(3)纵缝焊接时，要有多个机械臂对称地从下到上，并在同一时间内均匀地进行焊接，一条纵向焊缝完成后，再沿逆时针方向移动，直到整个纵向焊缝完全成形。

(4)壁板环缝焊接时，应将整个环缝分成若干个部分，每个部分分别用一个机器人施焊，几个机器人均匀地分布在周围，并以相同的方向进行分段退焊，并对焊接速度和工艺参数进行严格的控制。

(5)在完成了纵向焊缝和环焊缝的焊接后，用气割掉圆板，清除表面的焊痕。若出现大的弧坑，则需先补焊，再打磨；在焊接时，对同一部位的修复不得多于2次；在焊接后，必须确保相邻两片钢板的上端的允许偏差为2毫米，而在整个圆周上任意两个点的允许偏差为3毫米。

(6)为避免焊缝的角形变形，除了严格的焊接技术，还必须采取防变形的措施。当出现局部凹凸、缩腰等情况时，应立即停止焊接，用碳弧气刨刨出变形部分，并使用千斤顶、斜支撑、龙门夹具等对其进行修正，并在纠正后进行焊接。

3应用及效益分析

3.1焊接机器人应用情况

某工程焊接机器人已完成10台不同规格、不同壁厚的碳钢中型储罐的焊接，其容积范围为118-5000立方米，罐体壁厚为6-18毫米，全部采用倒装工艺。

(1)在脱盐水站、凝结水站机器人参与焊接的总共6个储罐，容积2,000立方米，罐体材料为Q235B，罐体直径14.5 m，罐体高度14.283 m，罐壁厚6-10 mm，主要用于贮存脱盐水和凝结水。6个油罐的168个纵缝、2个环缝和所有顶板、包边角和一些罐底的焊缝进行了焊接。焊缝成形良好，RT检验和一次焊接的合格率在98%以上。

(2)EO/EG设备焊接机器人共4个储罐，其容积为1个118立方米、2个1750立方米、1个5000立方米、1个000立方米、一个用Q235B制造的罐体材料Q235B，罐内直径13.0 m、18.5 m、管高13.2 m、18.6 m、壁厚8-12 mm，罐体主要用于贮存粗酒精。

焊接机器人焊接的4个油罐的纵向缝144个，环形缝13个，焊缝725米。焊缝成形良好，经RT检验，一次焊接合格率100%。

3.2焊接效率测评

根据EO/EG设备502 A油罐的焊接资料，分析了单纵缝、环缝的焊接效率，发现单纵缝长1.98 m，环缝长40.82 m,7-2区的厚度分别为8 mm。

(1)纵缝和环缝焊接效率

从统计结果来看，7号钢板的焊接前准备和焊接时间都比较长，纵向缝焊用67分钟，预准备43分钟；环缝焊时间为380分钟，缝焊前准备时间为110分钟；随着技术水平的提高，焊接时间逐步减少，生产效率也随之提高。最后的投入时间基本稳定：在纵向焊缝的预热30分钟，焊缝57分钟，环缝预热80分钟，焊接270分钟。

(2)综合效率测评

综合考虑了焊接前准备、焊接工艺和焊接后处理等因素，提出了一条1.98米长、8毫米厚的纵缝，人工焊接耗时229分钟，焊接机器人焊接耗时107分钟。机器人的综合焊接效率比传统人工焊接提高了2.14倍，提高了53.2%。一条40.8米的环形焊缝，采用人工焊接（6人对称），全程640分钟；3个机器人均匀分布，并在同一时间内完成焊接，整个焊接时间为400分钟。通过对单环缝的分析，表明采用机器人进行焊接，其综合效率比传统手工焊接提高1.6倍，提高了37.5%。与单个人工焊接相比，单台机器人的焊接效率提高了3.2倍。

(3)焊接效率小结

通过人员培训，工艺调整，增加防风罩，制作运输小车，与人工焊接相比，该机器人操作简单，智能，效率可提高2-3倍，极大地缩短了焊接时间，提高了焊接效率。

3.3人工投入测评

根据TK502A油罐的焊接资料，对6条1.98米的纵向焊缝和40.8米的环形焊缝进行了人工投入测试，并与人工焊比较，投入人工占64.67%。

3.4经济效益分析

在某工程中，焊接机器人累计完成了两百万元的工程建设，创造了10万元的施工效益，一次焊接合格率达到98%，焊接效率和人员成本都比传统焊接技术有很大的优势。同时，可以节省20%的设备费用，节省30%的人力（按总人工），降低成本和提高效率。

4结论

该机器人在中小型碳钢储罐的焊接中的成功运用，可以有效地减少对人员的技术依赖性，使其脱离了工作环境，减少了工作时间、减少了施工费用、改善了工作环境、减少了劳动强度和安全隐患，并极大地提高了自动化焊接的效率和质量。

(1)无轨道导爬行焊接机器人，在中小型碳钢储罐的焊接中取得了较好的效果。

(2)机器人的一次焊缝合格率超过98%，可以节省30%的人力资源。

(3)无轨道导爬行焊接机器人的出现，使传统的建筑方式发生了变化，为中小型碳钢储罐的焊接“以机代人”开辟了一条新的道路，为以后的同类产品的推广打下了良好的基础，提高了公司的经济效益和市场竞争力，对整个行业的发展都具有重大而深远的影响。

参考文献

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