TANDEM双丝焊在大型液态食物储罐生产中的应用.docx
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TANDEM双丝焊在大型液态食物储罐生产中的应用
TANDEM双丝焊在大型液态食物储罐生产中的应用
大型的液态食物储罐在很多食品加工企业都在广泛的应用，牛奶、啤酒、可乐等生产企业都需要用上这种大型的储罐。
储罐的材料都是以不锈钢的材质为主，在罐体的外壁盘焊上一圈圈的小盘管，小盘管为半椭圆型的薄壁不锈钢管。
产品制造完成后，小盘管内循环低温的液体，来保证大罐内部储存的液态食物的新鲜。
在大型储罐的生产中，小盘管的焊接是整个制造环节的最关键环节，直接影响到整个生产周期。
采用TANDEM双丝焊焊接小盘管时，焊缝组对精度要求大大降低，焊缝机械性能良好，热输入低，变形小，减少焊前焊后处理成本，大大的提高了焊接效率。
在焊接过程中焊接速度可达到2.5m/min，是焊接这种结构形式的最佳工艺。
前言
近年来国内外对于食品工业的设备需求越来越大，这就要求了食品工业设备制造企业不断的提高生产效率和扩大产能。
在食品工业的设备中，大型的液态食物储罐需求量越来越大。
由于食品工业的特殊性，要求储罐能够对食物进行保鲜。
为了降低生产企业的运营成本，往往是在储罐的外壁上焊接一排排的盘管，低温的液体在盘管的内部循环流动。
这样不仅保证了食物的新鲜，同时也降低了企业的生产成本。
随着储罐制造越来越大型化，因此对于盘管焊接的要求越来越高。
大型储罐的直径最大的可以达到6-8m，长度也可以达到12-20m，盘管与盘管之间的间隔只有5-8cm，盘管的直径在12cm左右。
因此计算起来一个罐体的焊缝长度在2000-5000m左右，单条的焊缝长度也在1000-3000m之间。
盘管的焊接量非常的巨大，对于焊接设备的要求非常的高。
为了降低制造成本，储罐制造企业往往采取的方法就是提高生产效率，和降低原材料成本。
提高生产效率，只能在单位时间内完成更多的生产任务。
而降低原材料成本，只能是在用料上下功夫了。
因此盘管的焊接成了这个问题的关键和瓶颈了，焊接效率要求非常的高，盘管和大罐要求壁厚越薄越好，盘管的焊接技术成了大罐生产的关键技术。
先进的高效焊接技术，在提高大罐的生产效率，降低生产制造成本和提高焊接质量上起着不容忽视的作用。
在大型的储罐制造中，近几年来我国的储罐生产企业用过很多种不同的焊接工艺，但是没有在根本上解决焊接效率和材料壁厚变薄的问题。
1、TANDEM双丝焊接系统简介
为了提高我国工业企业的焊接生产效率和焊接技术水平，珠海市金宝热融焊接技术有限公司从世界著名的德国克鲁斯（CLOOS）公司引进了TANDEM双丝高速高效焊接技术。
成功的解决了一些需要高速焊接的用户的需求，在过去的十年中已经有超过250套的TANDEM焊接系统在国内交付使用，受到了广大用户的一致好评。
（1）TANDEM焊接系统原理
德国CLOOS公司TANDEM焊接系统原理见图1。
图1 TANDEM焊接系统原理
TANDEM系统是由两台德国克鲁斯（CLOOS）全数字化焊机，两台送丝机及一把焊枪组成。
该技术将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由各自的电源供电，所有的参数都可以彼此独立，这样可以最佳地控制电弧。
TANDEM系统不仅可以提高熔敷速度，大大提高焊接效率，而且改善了焊缝质量，减少了飞溅物。
（2）TANDEM双丝焊的工艺特点
a） 高性能焊机，100%暂载率时的焊接电流1000A，脉冲电流1500A；
b） 数字化脉冲电源，次级逆变技术，6英寸LCD显示，可编程，连接PC机；
c） 每根焊丝的规范参数可单独设定，质材、直径可不同，相位差可连续调整；
d） 每根焊丝的送丝速度可达35m/min；
e） 大大提高熔敷效率和焊接速度；
f） 在熔敷效率增加时，保持较低的热输入；
g） 电弧稳定，熔滴过渡受控；
h） 焊接变形小；
i） 飞溅小；
j） 焊接数据监控和管理，错误代码显示；
k） 使用标准气体，耗气量少；
l） 可焊接钢、高强钢、不锈钢、铝合金等；
（3）TANDEM焊接的脉冲波形
两台数字化焊机通过特殊的装置经行通讯，保证两个电弧间互不干扰，两根焊丝可使用不同的频率组合的脉冲电弧进行焊接，见图2
A）同频率同相位的
B）同频率相位差180度
C）不同频率的任意相位
图2 TANDEM焊接的脉冲波形的不同组合
2、大罐生产厂家技术要求
盘管焊接技术要求如下：
（1）TANDEM双丝焊能焊接不锈钢材质；
（2）TANDEM双丝焊能焊接不同板厚组对成为的平角焊缝；
（3）TANDEM双丝焊能够两把焊枪在同一平面上平行同时起弧焊接，两把焊枪之间距离不超过15cm,两把焊枪电弧不能互相干扰；
（4）TANDEM双丝焊能够焊接板厚为2mm的平角焊缝；
（5）TANDEM双丝焊焊接速度要求达到2.5m/min以上；
（6）TANDEM双丝焊能够使用1.2mm或1.6mm的实芯或药芯焊丝；
（7）TANDEM双丝焊能够大的电流连续一小时以上不间断的工作；
（8）TANDEM双丝焊对于组对是允许有1mm的间隙误差；
（9）TANDEM双丝焊在焊接完成后不需要做对于飞溅物的重新进行处理。
3、TANDEM双丝焊大罐盘管焊接的系统构成
（1）机台总成：
含悬臂式操作机，升降式爬梯，横向滑移机构，焊接导向轮等。
主操作机采用可沿X轴方向运动。
X方向为轨道方向，可无线延长，根据工件的尺寸来选择。
焊接小车安装在悬臂的Y轴上面。
导向轮安装在焊接小车上面，焊接过程中沿着焊接方向行走。
导向轮的压力传感器和焊接命令结合在一起，出现导向轮走偏，或者遇到工件出现很大的误差时候，导向轮命令焊接系统停止工作。
（2）工件运动总成：
含焊接滚轮架。
工件为大型的罐体，组对安装完成后，放置在焊接滚轮架上面。
滚轮架的承重为50顿，速度30-5000mm/min。
（3）焊接总成：
含焊接小车、立体、上下升降机构、左右调整机构、焊枪夹持机构等。
a）焊接小车：
采用双边变频驱动形式，在焊接的过程中焊接小车固定不动。
b）焊枪上下升降装置：
焊枪拖板在精密丝杆的传动下，通过直线导轨副上下运动，驱动功率为：
0.75KW,移动距离为500mm,速度为：
250mm/min。
c）焊枪左右横移装置：
焊枪在焊臂的带动下手动左右移动，通过直线导轨副导向，移动距离为500mm。
（4）焊接系统：
含两套TANDEM双丝焊机（四台）、四台送丝机、两把TANDEM双丝焊枪及焊枪电缆、联接电缆等。
（5）跟踪系统：
含机械式传导跟踪系统、电动十字滑架。
采用十字滑架结构方式，接触传感工件对接处，根据采集到的焊缝变化信号，由X-Y滑块执行焊炬精确地随动，精度：
±1mm。
（6）导弧总成：
含焊枪角度调整机构、焊枪间距调整机构。
（7）控制总成：
含控制箱、操作箱、电缆线等。
控制系统采用集中控制，可储存焊接工艺参数，根据不同工艺参数可随时调用，数字显示。
4、TANDEM双丝焊大罐盘管焊接工艺过程
（1）将盘管按照大罐的设计工艺要求，点固在大罐的外壁上，采用TIG焊点固，盘管与大罐之间的间隙，不要超过1.5mm；
（2）将点固好的工件吊装到盘管焊接工位的滚轮架上，悬臂式操作机沿X轴方向运动，到达焊接需要的指定位置；
（3）焊接小车沿着Y轴和Z轴两个方向运动，引导两把双丝焊枪到达焊接基本位置；
（4）焊接小车上的汽缸启动，两把双丝焊枪和电弧跟踪系统沿着Z轴方向运动，距离工件约5cm的位置，汽缸停止运动。
电弧跟踪系统自动寻找焊缝位置。
通过对焊枪夹持器上的手动十字拖板进行微调，焊枪到达指定位置，准备开始焊接；
（5）手动放下导向轮，压轮放在盘管的中心位置；
（6）启动焊接命令，滚轮架开始行走，两把双丝焊枪开始同时工作；
（7）两把双丝焊枪平行起弧，在悬臂操作机的带动下，沿着X轴方向缓慢进行移动；
（8）焊接完成后，焊枪提升，焊接小车提升，悬臂操作机移动到空档位置，工件吊装到另外的工位，完成后续的工作。
5、焊接参数
焊接参数见表1。
试件
304
焊丝
ER308LΦ1.2mm
坡口形式
平角焊缝2+4mm
对口间隙
0-1mm
焊接气体
98%Ar+2%O2
预热温度
无
焊道次序
焊枪1
焊枪2
焊丝
前丝
后丝
前丝
后丝
焊接电流A
420
380
420
380
电弧电压V
32
31
32
31
送丝速度m/min
18
16.5
18
16.5
脉冲频率Hz
200
200
200
200
峰值电压A
34
32
34
32
基值电流A
100/100
100/100
100/100
100/100
脉冲波形
2
2
2
2
脉冲宽度ms
1.90
1.90
2.25
2.25
脉冲模式
U/I
U/I
U/I
U/I
气体流量l/min
25
25
25
25
焊接速度mm/min
2500
焊角高度mm
5
5
备注：
焊机相关参数设置：
1.TANDEM脉冲MIG焊工艺,控制方式U/I,材料不锈钢，焊丝直径Φ1.2mm,保护气体98%Ar+2%O2.主电源Master-alternate,从电源Slave-mode,相位差50%;无飞溅起弧SPAZ；
2.提前送气0.3,滞后送气0.8；
3.预送丝速度3.5m/min；
4起弧:
起弧时间0.5/0.5s,上升时间0.3/0.3,送丝速度4.8/4.5,脉冲频率120/100,基值电流80/80；
5.收弧:
收弧时间1.0/1.0,下降时间0.3/0.3,送丝速度4.0/3.5,脉冲频率80/80,基值电流60/60;
6回烧:
30%。
6、焊接效果
实际焊接效果见图2，3，4
图3：
焊缝成型效果
图4：
焊缝分布效果
图5：
焊枪摆放位置
7、结论
使用TANDEM双丝焊焊接大罐盘管工艺表明：
（1）TANDEM焊接工艺能满足厂家提出的盘管焊接的生产要求。
（2）TANDEM焊接工艺对组对时预留间隙、母材壁厚的适应性强。
（3）TANDEM焊接工艺热输入低、变形小，减少焊后处理成本。
（4）TANDEM焊接工艺效率高、焊接速度快。
（5）TANDEM焊接工艺是焊接大罐盘管比较理想的焊接工艺。
（6）TANDEM焊接工艺采用次级逆变的电源，长时间大电流的工作非常可靠。
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