為了提高螺旋埋弧焊管內(nèi)檢工作效率及檢驗質(zhì)量，解決人工清理不銹鋼管內(nèi)壁及管端氧化殘留物時存在的效率低、清潔不均勻、易對內(nèi)表面造成二次傷害等問題，設(shè)計了一種不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置。該裝置由兩臺同步行走小車作為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用S7-200 SMART PLC 為中央控制硬件進(jìn)行編程，并采用電感式限位對行走小車進(jìn)行行程定位，通過調(diào)整可實現(xiàn)Φ406 mm～Φ2 200 mm不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃。實際應(yīng)用表明，該裝置可有效提高焊管生產(chǎn)線自動化程度，降低崗位人員勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。
螺旋埋弧焊管制造過程中經(jīng)“飛剪”工序切斷不銹鋼管后，在不銹鋼管兩端及內(nèi)壁邊沿處形成掛渣、毛刺等問題，并在管口內(nèi)壁處殘留有氧化鐵飛濺物、灰塵等附著物，影響不銹鋼管內(nèi)壁的清潔，同時由于管端內(nèi)壁附著物的存在，對不銹鋼管內(nèi)壁的缺陷[1]
（壓坑、折疊紋等）不易觀察，影響不銹鋼管內(nèi)壁管端的檢驗工作，甚至可導(dǎo)致后續(xù)崗位擴(kuò)徑作業(yè)時新增壓坑缺陷，影響管端的美觀。為保證不銹鋼管管端內(nèi)壁的檢驗工作及不銹鋼管的清潔，必須將“飛剪”工序后的氧化殘留物清除。
1人工作業(yè)清除不銹鋼管內(nèi)壁殘留物
1.1人工作業(yè)方法
螺旋埋弧焊管制造廠家對生產(chǎn)線“飛剪”工序后的殘留物清除時，普遍采用將不銹鋼管置于旋轉(zhuǎn)輥臺架上進(jìn)行人工清除，主要方式有3種：①采用掃帚或干布對內(nèi)壁進(jìn)行擦拭作業(yè)；②采用角磨機(jī)對氧化鐵飛濺物、掛渣、毛刺等進(jìn)行清除；③采用自制簡易刮渣專用工具進(jìn)行管端清除作業(yè)。
1.2人工清除存在的問題
采用人工清除、清潔不銹鋼管管端內(nèi)壁時，受人員熟練程度及現(xiàn)有工具的制約，無法保證高效率作業(yè)及不銹鋼管內(nèi)壁的清潔度，無法實現(xiàn)不銹鋼管管端內(nèi)壁清掃作業(yè)機(jī)械化、自動化，同時存在以下問題：（1）作業(yè)效率極低，勞動強(qiáng)度較大。比如，對Φ1 220 mm 螺旋埋弧焊管，不銹鋼管內(nèi)壁圓周長約3.83 m，需要兩名操作工在不銹鋼管兩端同時作業(yè)，由于不銹鋼管兩端殘留物情況不同，內(nèi)檢工清理效率不同，還需一名操作工在操作臺處控制旋轉(zhuǎn)輥的啟停工作，平均處理一根不銹鋼管需要大約10 min 或者更長時間，在連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)中，導(dǎo)致作業(yè)率較低，且崗位員工勞動強(qiáng)度較大。（2）不銹鋼管內(nèi)壁表面清潔不均勻，對缺陷不能清晰觀察。人工清除采用角磨機(jī)或刮渣工具處理時，僅對有殘留物附著區(qū)進(jìn)行線性處理，難以達(dá)到清理效果，導(dǎo)致內(nèi)壁出現(xiàn)清潔度不均勻等現(xiàn)象，內(nèi)壁缺陷 （壓坑、皺紋等）在附著物下，難以被內(nèi)檢人員及時有效地發(fā)現(xiàn)，甚至造成漏檢。（3）內(nèi)壁容易形成二次傷害，擴(kuò)大缺陷。如采用角磨機(jī)或刮渣工具進(jìn)行處理時，對不銹鋼管母材造成二次傷害。
2不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置的設(shè)計
目前，采用的不銹鋼管管端內(nèi)壁人工清除方式不能滿足不銹鋼管連續(xù)自動化作業(yè)，制約了生產(chǎn)效率。利用臺架及旋轉(zhuǎn)輥設(shè)計開發(fā)了不銹鋼管內(nèi)壁管端打磨清掃專用自動裝置，可實現(xiàn)不銹鋼管兩端內(nèi)壁300mm內(nèi)自動打磨，有效解決了人工處理不銹鋼管內(nèi)壁時存在的效率低、作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大、清潔不均勻、表面難以觀察、母材二次傷害等問題。
2.1整體式小車執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成
該裝置采用兩套整體式移動小車執(zhí)行機(jī)構(gòu)[2]，如圖1所示，主要由箱體、行走驅(qū)動、打磨機(jī)構(gòu)、氣動滑板機(jī)構(gòu)、定位部分、配電控制部分等組成，其中小車行走機(jī)構(gòu)包括輥輪、直線導(dǎo)軌、電機(jī)驅(qū)動部分；打磨機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、打磨頭等部分構(gòu)成，磨頭由多片圓盤纏絲刷組成；氣動滑板機(jī)構(gòu)[B]由移動滑板、氣缸、安裝底座、調(diào)節(jié)孔等組成；定位部分主要由第一階段1根位、第二階段2*限位及支撐桿組成。
整體式小車前后各有極限限位，不銹鋼管兩端小車行走位置滿足8.5~13m不銹鋼管作業(yè)，其中打磨機(jī)構(gòu)整體安裝固定于移動滑板之上。
2.2電氣控制原理
不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置主要采用S7-200SMARTPLC控制實現(xiàn)單機(jī)手動、自動及雙機(jī)并聯(lián)全自動啟動模式[4-6]，在自動模式下，由時間繼電器及定位、限位將打磨分為兩個階段，小車行走機(jī)構(gòu)采用SINAMICSV20變頻器[7]驅(qū)動。
不銹鋼管傳送至內(nèi)壁打磨工位旋轉(zhuǎn)輥上時開始旋轉(zhuǎn)不銹鋼管，啟動自動打磨，其電氣控制過程如圖2所示。打磨工作主要分為兩個階段：
第一階段：啟動后，通過小車行走電機(jī)驅(qū)動使小車整體前進(jìn)，從而帶動打磨磨頭伸進(jìn)不銹鋼管內(nèi)部，當(dāng)定位桿上1*限位[]感應(yīng)到不銹鋼管時，小車停止前進(jìn)，并啟動打磨電機(jī)帶動磨頭開始高速旋轉(zhuǎn)，同時氣缸動作，在直線導(dǎo)軌[9]的作用下，氣缸推動滑板帶動打磨機(jī)構(gòu)偏移，使磨頭緊貼不銹鋼管內(nèi)壁表面，開始進(jìn)行打磨作業(yè)，并且電氣控制中1*計時器開始計時。
第二階段：當(dāng)1#計時器計時完成后，打磨裝置小車再次啟動，使磨頭繼續(xù)伸進(jìn)不銹鋼管內(nèi)部，當(dāng)2#限位開關(guān)感應(yīng)到不銹鋼管時，打磨裝置小車停止前進(jìn)，并且電氣控制中2#計時器開始計時，磨頭繼續(xù)對不銹鋼管進(jìn)行打磨。當(dāng)電氣控制中2#計時器計時完成后，打磨機(jī)構(gòu)停止動作，氣缸收回氣缸壁，小車后退，返回原始工位。不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：（1）通過對定位桿上兩個限位間距調(diào)整，實現(xiàn)第一階段和第二階段打磨寬幅量邊沿重合，應(yīng)使其打磨寬度不低于30 cm；（2）可根據(jù)不同管徑對計時器進(jìn)行調(diào)整，使其在一個階段時間內(nèi)滿足對不銹鋼管內(nèi)壁打磨一圈；（3）針對不銹鋼管不同規(guī)格，調(diào)整氣缸安裝底座位置，保證打磨過程中使磨頭緊貼不銹鋼管內(nèi)壁，該裝置目前可對Φ406 mm～Φ2 200 mm 不銹鋼管進(jìn)行作業(yè)。
3不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置的應(yīng)用
結(jié)合螺旋焊管生產(chǎn)線及工藝布局[10]，可將不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置安裝于清渣與預(yù)焊縫檢查工序之間，安裝位置如圖3所示。不銹鋼管清渣完成后經(jīng)S3-1、S3-2傳送至內(nèi)檢工序預(yù)焊縫檢查前臺架打磨旋轉(zhuǎn)輥上，經(jīng)打磨完成后，傳遞至內(nèi)檢平臺進(jìn)行檢驗。
打磨開始前，不銹鋼管與打磨裝置相對位置如圖4所示。打磨開始后，不銹鋼管A、B兩端小車同時工作，經(jīng)過第一階段打磨完成后，小車退回至原工位，全過程實現(xiàn)自動化作業(yè)。
對人工作業(yè)時間的數(shù)據(jù)采用平均值法計算得出結(jié)果，與自動打磨裝置作業(yè)時間進(jìn)行對比結(jié)果見表1。由表1可以看出，4組不同管徑不銹鋼管在人工和自動打磨清掃裝置作業(yè)過程中，自動打磨清掃裝置效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工作業(yè)，且人工作業(yè)時間受限于人員操作熟練度，以及管端清除崗位人員和崗位操作人員協(xié)同作業(yè)配合程度。
不銹鋼管管端打磨效果如圖5所示，從圖5可以看出，不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置相對于人工作業(yè)，清潔度大大提升，同時降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。
不銹鋼管內(nèi)壁自動打磨清掃裝置投用至今，運行平穩(wěn)，該裝置的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)線自動化水平，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，解決了不銹鋼管內(nèi)壁飛濺氧化物殘留的問題，使內(nèi)壁清潔度及美觀度大大提升，避免了對母材的二次傷害及誤判、漏判等問題，同時為后續(xù)內(nèi)檢及無損探傷工序提拱了方便。