天津大学——煤机钢结构制造中的脉冲焊改造技术gmcl.docx

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1、附件1中国中煤煤能源集集团有限限公司新技术、新新产品推荐荐书技术（产产品）名名称： 煤机钢钢结构制制造中的的脉冲焊焊改造技技术推荐单位位：天津津大学 （盖盖章） 联 系系 人：李桓 联系电电话：113922042268000 传 真真：0222-22740047224 邮 编编：30000772电子邮箱箱： liihuaann推荐等级级：重点点推荐中国中煤煤能源集集团有限限公司制制年月日填 写写 说说 明明1、推荐荐书中单单位名称称应填写写全称并并与其公公章一致致。2、属于于多家共共有知识识产权的的技术，推推荐时应应征得产产权共有有单位的的一致同同意。3、“技技术（产品）名名称”：应与鉴鉴定证

2、书书或验收收报告的的技术名名称相符符。4、“技技术（产产品）来来源”：在相应应内划划“”，只只能选一一项；其其他类似似选项同同此。5、“技技术（产产品）指指标”：计量单单位应采采用国家家法定计计量单位位。6、“经经济指标标”（1）“典典型规模模”指应应用单位位较为实实用并具具代表性性的技术术应用规规模。以以典型规规模为例例，列出出该技术术有关经经济指标标。（2）“运运行费用用”包括括管理费费、材料料费(含含燃料动动力费)、维修修费、以以及其他他相关费费用等。7、“应应用实例例”由应应用单位位填写，对对所填写写的数据据负责，并并加盖公公章。 8、“审审查意见见”申报报单位申申明一栏栏由单位位法人

3、签签字，其其他由专专家组填填写。一、 单位基本本情况推荐单位位名称天津大学学法人代表表龚克单位地址址天津市南南开区卫卫津路992号单位网址址www.tjuu.eddu.ccn技术（产产品）负负责人李桓电 话13922042268000传真022-2744047724E-Maaillihuuantjuu.eddu.ccn单位属性性科研机机构 设计单单位 大专院院校 企业 其它注册时间间注册资金金职工人数数技术人员员总数经营范围围单位简介介：天津大学学是教育育部直属属国家重重点大学学，其前前身为北北洋大学学，始建建于18895年年10月2日，是中中国第一一所现代代大学，素素以“实事求求是”的校训训

4、和“严谨治治学，严严格教学学要求”的治学学方针享享誉海内内外。119511年经国国家院系系调整定定名为天天津大学学，是119599年中共共中央首首批确定定的166所国家家重点大大学之一一，是“2211工工程”、“9885工程程”首批重重点建设设的大学学。（如多家家单位推推荐可复复制本页页）二、 技术（产产品）基基本情况况技术（产产品）名名称煤机钢结结构制造造中的脉脉冲焊改改造技术术产品型号号、价格格（元）申报单位位天津大学学技术（产产品）来来源国家计计划 省省部计划划 其它组织验收收单位时 间组织鉴定定单位专利申请号见国内外外同类技技术（产产品）比比较中的的专利列列表申请日期期授权号专利属性性

5、知识产权权说明自主共有转让试点应用用起始时间间已列入政政府部门门推广计计划计划名称称计划管理理部门计划年度度注：如果果没有专专利或没没有列入入推广计计划，相相关内容容可不填填。三、技术术（产品品）简介介（技术原原理，结结构特点点，产品品性能，应应用范围围及主要要配置参参数等）技术背景景：煤炭是我我国的主主导能源源，已经经成为重重要的战战略资源源。当前前，我国国的煤炭炭采掘装装备远不不能满足足大型煤煤矿安全全与高效效优质采采煤的要要求，远远远落后后于德国国、英国国、美国国等先进进国家的的技术装装备。以以神华集集团为例例，由于于国产大大型综合合采煤机机液压支支架系统统的质量量与寿命命远不如如德国的

6、的同类产产品，不不得不花花巨资每每年从德德国进口口。国内内几家大大型的综综合采煤煤机液压压支架制制造厂，为为了迅速速提高国国产装备备的质量量与技术术水平，迫迫切希望望国家支支持有关关单位帮帮助他们们解决有有关的技技术关键键，开发发出具有有先进水水平的制制造技术术，以提提高制造造质量与与使用寿寿命。其其中大型型综合采采煤机液液压支架架系统的的焊接技技术就是是关键制制造技术术之一。液压支架架是典型型的箱形形焊接结结构产品品，由底底座、掩掩护梁与与顶梁组组成，其其单件的的宽度为为1.55-1.8m，长长度为33.5-5m，一一台大型型的液压压支架重重达200多吨，一一套由550多台台组成，总总重达1

7、10000多吨。焊焊接制造造成本占占整个制制造成本本的700%。由由此可见见，焊接接技术水水平不仅仅影响到到产品制制造质量量而且对对制造企企业的经经济效益益有重要要的影响响。当前前，我国国大型综综合采煤煤机液压压支架的的焊接基基本采用用人工直直流气体体保护焊焊，表现现为焊接接效率低低、焊接接质量不不可控，结结构尺寸寸误差大大、人工工劳动强强度太大大，为了了增加产产量，工工人每天天的工作作时间达达12小小时以上上，处于于严重的的疲劳作作业状态态，焊接接质量难难以保证证。中部部槽和各各种规格格的液压压缸体的的焊接状状况也大大致相同同。近年来，脉脉冲电弧弧焊接技技术在焊焊接领域域发展迅迅速，在在我国

8、也也是飞速速发展，脉脉冲焊接接具有热热输入低低、熔滴滴过渡稳稳定、焊焊缝成型型好、质质量可控控等优势势在国外外先进国国际已被被广泛采采用，而而这种技技术由于于成本等等技术原原因在我我国的应应用并不不广泛。国国内的众众多企业业采用直直流气体体保护焊焊接居多多，本项项目推荐荐的煤机机钢结构构制造中中的脉冲冲焊改造造技术，可可以对传传统的焊焊接电源源进行改改造，使使传统焊焊机成为为可以输输出脉冲冲电流的的脉冲焊焊机，采采用本设设备改造造的脉冲冲焊机，具具有良好好的调节节性，同同时该技技术不需需要大量量改换生生产线，具具有“老老树发新新枝”的的功能。技术原理理：要在直流流焊机上上实现脉脉冲直流流电流的

9、的焊接，首首先在硬硬件上需需要开发发一个直直流电焊焊机脉冲冲电流控控制器，以以达到直直流脉冲冲焊中相相关参数数的给定定与控制制。如焊焊接电流流峰值，焊焊接电流流基值，脉脉冲频率率，占空空比等。在本课题题中开发发的脉冲冲控制器器，以调调节方便便，经济济实用为为主要目目的，采采用“黑黑匣子”方方式，接接口简洁洁，可通通过焊机机的端子子板和多多种直流流焊机方方便地连连接，如如LINNCOLLN DC系系列直流流弧焊机机（如DDC-4400、DDC-6600、DDC-110000等）。该直流电电焊机脉脉冲电流流控制器器已经获获得了中中国专利利。（专利利号：00325578223.77）。控制器原原理直

10、流电焊焊机脉冲冲电流控控制器在在经过了了数次设设计方案案的比较较、调整整后，最最终采用用了以单单片机为为核心的的结构。数数字化结结构具有有很多优优点，如如运行可可靠，参参数的调调整快捷捷、准确确，便于于应用数数码管等等友好的的人机界界面。该控制器器的功能能原理图图，如图图2-11所示。直流电焊焊机脉冲冲电流控控制器在在单片机机的控制制下，按按照直流流脉冲埋埋弧焊的的控制要要求，生生成频率率可调、占占空比可可调的脉脉冲控制制信号，将将峰值电电流给定定及基值值电流给给定，通通过高速速电子开开关送往往受控制制的直流流自动埋埋弧焊机机外接端端子板，并并以遥控控电流给给定的方方式控制制电焊机机的输出出电

11、流。另外，在在控制器器上设置置键盘及及数码管管，以增增强操作作的方便便性及直直观性。控制器功功能与结结构直流电焊焊机脉冲冲电流控控制器针针对本课课题试验验的要求求，以及及在生产产中灵活活应用的的需要，设设计并实实现了如如下的主主要功能能 恒定定峰值焊焊接电流流的控制制输出：该控制器器可以始始终向电电焊机送送出峰值值电流控控制信号号。这样样便于生生产、试试验中对对峰值电电流的调调节、给给定进行行校准，以以及在其其它焊接接参数不不变的情情况下方方便地单单独比较较峰值电电流的焊焊接效果果。将这种电电流控制制输出方方式命名名为控制制模式11（MOODE 1）。图1 控控制器功功能原理理图 恒定定基值焊

12、焊接电流流的控制制输出：该控制器器可以始始终向电电焊机送送出基值值电流控控制信号号。与MMODEE 1的的作用类类似，这这便于生生产、试试验中对对基值电电流的调调节、给给定进行行校准，以以及在其其它焊接接参数不不变的情情况下方方便地单单独比较较基值电电流的焊焊接效果果。将这种电电流控制制输出方方式命名名为控制制模式22（MOODE 2）。 峰值值-基值值脉冲焊焊接电流流的控制制输出：控制器根根据已设设定的脉脉冲参数数，向电电焊机交交替送出出峰值电电流控制制信号和和基值电电流控制制信号。以以使直流流自动埋埋弧焊机机在焊接接电流输输出端形形成符合合相应频频率要求求的脉冲冲焊接电电流。将这种电电流控

13、制制输出方方式命名名为控制制模式33（MOODE 3）。 直流流埋弧焊焊中脉冲冲参数解解耦合调调节：直流埋弧弧焊中脉脉冲参数数解耦合合调节是是指，当当调节某某个脉冲冲参数的的时候，调调节行为为不会对对其它参参数产生生影响。这这样，使使参数的的调节简简洁方便便，同时时，避免免了在以以模拟器器件为主主时为实实现脉冲冲参数耦耦合所造造成的电电路设计计复杂的的情况。 4位位八段数数码管直直观地表表示出脉脉冲控制制器的运运行状态态：利用4位位八段数数码管，对对控制器器的工作作参数及及工作状状态进行行监视。其其中前两两位表示示脉冲频频率,设设计范围围是0.1999 HHz；后后两位表表示脉冲冲占空比比,

14、设设计范围围是5%955%。此外，利利用占空空比数码码管（第第3，44位）的的两个空空闲小数数点，监监视脉冲冲控制器器的脉冲冲输出端端，以这这两个小小数点位位的组合合显示，直直观地表表示出脉脉冲控制制器的运运行状态态（参见见上述的的三种焊焊接电流流控制输输出状态态）。小小数点位位的组合合显示具具体如下下：MODEE 1：第3位位数码管管小数点点常亮；MODEE 2：第4位位数码管管小数点点常亮；MODEE 3：第3、44位数码码管小数数点根据据实际脉脉冲控制制参数交交替闪亮亮。产品性能能本项目开开发的脉脉冲控制制器可以以与普通通直流焊焊机连接接，实现现直流脉脉冲焊接接，可以以实现脉脉冲MIIG

15、、埋埋弧等多多种焊接接方法，这这些脉冲冲方法与与传统的的直流焊焊接方法法相比具具有脉冲MMIG焊焊是一种种焊接质质量较高高的熔化化焊方法法,它的突突出优点点表现为为:熔滴处处于受控控状态下下进行,因而均均匀可靠靠,飞溅很很少,焊缝成成型美观观;特别是是这种焊焊接方法法可以采采用很宽宽的电流流调节范范围,包括短短路过渡渡到喷射射过渡的的所有电电流区域域,既能焊焊接厚板板,也能焊焊接薄板板,焊接薄薄板时与与短路过过渡比较较有熔透透性好、变变形小、焊焊接效率率高等特特点;采用脉脉冲电流流后,可采用用较小的的平均电电流进行行焊接,平均电电流比GGMAWW焊时的的连续电电流喷射射过渡的的临界电电流低,因

16、此母母材的热热输入量量低,焊接变变形小,适用于于全位置置焊接;熔滴过过渡过程程可控性性比较强强。因此此它在生生产上得得到了重重视,特别是是自动焊焊焊接时时对焊接接质量和和精度要要求比较较高的场场合更是是如此。脉冲埋弧弧焊接方方法是天天津大学学自主知知识产权权的焊接接新工艺艺，该方方法利用用脉冲控控制器使使弧焊电电源呈脉脉冲式输输出，在在脉冲电电流作用用下焊缝缝熔深可可在平均均电流相相同条件件下比非非脉冲式式埋弧焊焊增大，实实现细化化晶粒，提提高焊接接接头综综合力学学性能的的要求，显显著提高高焊接质质量，满满足焊接接工程上上的高要要求，为为制造业业特别是是国家重重点工程程提供新新的焊接接方法。将

17、将脉冲埋埋弧焊方方法推广广至工程程应用，可可显著提提高重要要焊接结结构的焊焊接质量量和生产产率，可可创造积积极的社社会效益益和巨大大的经济济效益，具有明明确和广广阔的应应用前景景。应用范围围及主要要配置参参数在煤机制制造行业业，该技技术可应应用于液液压支架架、中部部槽和各各种规格格的液压压缸体的的焊接。应用企业业可以是是北京煤煤机厂，张张家口煤煤机厂，郑郑州煤机机厂。采用电流流脉冲控控制器调调制埋弧弧焊焊接接过程的的焊接电电流，获获得脉冲冲电流，实实现普通通钢，合合金钢的的脉冲埋埋弧焊焊焊接方法法，其特特征在于于脉冲电电流参数数可调节节，有效效的控制制输入热热量，改改善热影影响区受受热情况况；

18、脉冲冲焊接电电流直接接产生电电磁振荡荡，增强强了对熔熔池的搅搅拌作用用，达到到细化晶晶粒的效效果，提提高焊接接接头综综合力学学性能；脉冲埋埋弧焊工工艺可使使焊缝得得到较大大的熔深深（熔深深基本上上依脉冲冲电流幅幅值而定定），又又可控制制总的平平均焊接接电流在在较低的的水平，消消除了焊焊缝根部部熔合不不良等常常见缺陷陷。本技术的的优点在在于，使使用的焊焊接电流流平均值值低于传传统的埋埋弧焊焊焊接电流流值，其其焊缝熔熔深较大大，同时时由于脉脉冲电流流产生的的振荡作作用，不不但细化化了晶粒粒，改善善了热影影响区受受热情况况，而且且提高了了焊接接接头的力力学性能能（特别别是冲击击韧性），在在不降低低熔

19、敷效效率的前前提下，提提高了焊焊接质量量和焊接接效率。利用本技技术改造造美国林林肯电气气公司无无脉冲功功能的vv-3000型弧弧焊电源源，使用用的焊丝丝为H088Mn22SiAA焊丝，焊焊接速度度为4.2m/minn，脉冲冲电流为为3000A，基值值电流为为1000A，脉宽宽比400，脉脉冲频率率为60Hzz，焊接接电流电电弧电压压的波形形见附图图2。脉冲埋弧弧焊电压压（上）、电电流（下下）波形形（1.22mm焊丝丝，峰值值电流IIm=3000A，基值值电流IIm=1000A，频率率f=600Hz，脉脉宽比kkm=40%）图2利用用本技术术改造美美国林肯肯电气公公司无脉脉冲功能能的v-3000

20、型弧焊焊电源输输出脉冲冲焊接电电流电弧弧电压的的波形四、有关关指标技术指标标（经过过具有资资质的检检测部门门认可的的性能指指标）本项目推推荐的煤煤机钢结结构制造造中的脉脉冲焊改改造技术术，可以以对传统统的焊接接电源进进行改造造，使传传统焊机机成为可可以输出出脉冲电电流的脉脉冲焊机机，采用用本设备备改造的的脉冲焊焊机，具具有良好好的调节节性，同同时该技技术不需需要大量量改换生生产线，具具有“老树发发新枝”的功能能。在保证焊焊接质量量的前提提下提高高焊接速速度300%。详见上上海电气气集团总总公司，上上海市焊焊接学会会，上海海市焊接接协会的的文章上海发电设备焊接技术进展（一），刊于电焊机2005年

21、35卷9期经济指标标（典型型规模下下的单价价、运行行费用、投投资效益益分析等等）五、国内内外同类类技术（产产品）比比较（技术、经经济、管管理等方方面）脉冲焊接接中的机机顶盒技技术及脉脉冲埋弧弧焊技术术是天津津大学独独立开发发的具有有自主知知识产权权的技术术，已经经申请了了6项专专利并成成功的应应用于上上海锅炉炉厂有限限公司电电站锅炉炉膜式水水冷壁焊焊接生产产线的技技术改造造中，北北京中电电华强焊焊接工程程技术有有限公司司作为电站站锅炉膜膜式水冷冷壁焊接接专机的的生产厂厂家，在在电站锅锅炉膜式式水冷壁壁焊接专专机中把把天津大大学开发发的脉冲冲控制器器作为标标准配置置，提升升了该专专机的技技术含量

22、量和市场场占有率率，取得得了明显显的社会会效益和和经济效效益。国外无该该项技术术。序号申请号专利名称103130011.1 脉冲埋弧焊焊接方法 200131566.8 脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法 3200710150174.6 双丝窄间隙交-直流脉冲协调电弧焊方法 4200910067856.X 一种抗干扰的双丝交直流埋弧焊接方法 503257823.7 直流电焊机脉冲电流控制器 6200720097810.9 双丝交-直流焊接控制器 六、应用用情况应用工程程实例数数上海锅炉炉厂有限限公司，北北京中电电华强焊焊接工程程技术有有限公司司已销售数数量（台台/套）132脉冲埋弧弧焊技术

23、术在锅炉炉膜式水水冷壁焊焊接生产产中的应应用情况况电站锅炉炉膜式水水冷壁的的拼排焊焊接一般般采用MMPM(气体保保护焊)和SAAW(埋埋弧焊)，MPPM方法法具有变变形小、焊焊接速度度快等优优点，SSAW方方法具有有工作环环境优、焊焊缝熔深深深等优优点。上上海锅炉炉厂有限限公司一一直采用用埋弧焊焊拼排法法。为了在保保证拼排排焊缝熔熔深的同同时不影影响焊接接速度，上上海锅炉炉厂有限限公司对对原有的的埋弧焊焊设备进进行了改改造，添添加了天天津大学学开发的的脉冲装装置。拼拼排脉冲冲埋弧焊焊的工作作原理是是利用脉脉冲焊接接电流产产生电磁磁振荡，使使埋弧焊焊缝得到到较大的的熔深而而且焊缝缝成形美美观。通

24、通过近一一年的试试生产，证证明采用用脉冲埋埋弧焊焊焊接扁钢钢厚度小小于等于于6.55mm的的膜式管管屏时，焊焊接速度度至少提提高300；焊焊接扁钢钢厚度小小于等于于9.55mm时时，在一一定的焊焊接速度度条件下下，扁钢钢两侧不不开坡口口，仍能能满足熔熔深要求求。图33为厚度度9.55mm不不开坡口口扁钢焊焊后的外外观成形形从试验验结果看看，焊缝缝外观成成形均能能满足厂厂标SGG08004及SSG01147要要求。图3 脉冲埋埋弧焊根根部熔深深及表面面成形北京中电电华强焊焊接工程程技术有有限公司司作为电站站锅炉膜膜式水冷冷壁焊接接专机的的生产厂厂家，在在电站锅锅炉膜式式水冷壁壁焊接专专机中配配置

25、了天天津大学学开发的的脉冲控控制器，提升了了该该专专机的技技术含量量和市场场占有率率，取得得了明显显的社会会效益和和经济效效益。七、应用用实例应用单位位名称上海锅炉炉厂有限限公司应用单位位信息地址上海市闵闵行区华华宁路2250号号邮编2002245网址httpp:/m/联系人王炯祥（副副总工程程师）电话13700179992119传真021-6433023391E-Maailsbwllm应用工程程名称上海锅炉炉厂有限限公司电电站锅炉炉膜式水水冷壁焊焊接生产产线技术术改造设计单位位天津大学学施工单位位天津大学学，上海海锅炉厂厂有限公公司投入运行行时间20044年5月正常生产产运行时时间（日日）应

26、用规模模装机988套一次性投投资（万元）运行成本本（万元/年）年平均运运行天数数维修工作作量（工作日日/年）（有多项项技术或产品可复复制本页页）七、应用用实例应用单位位名称北京中电电华强焊焊接工程程技术有有限公司司应用单位位信息地址北京市大大兴区瀛瀛海镇瀛瀛海工业业园经22路6号号邮编1000076网址httpp:/n联系人唐伟（总总经理）电话13900123305771传真010-6022621159E-Maailwtecc wwtecc.coom.ccn应用工程程名称电站锅炉炉膜式水水冷壁焊焊接生产产线制造造设计单位位天津大学学施工单位位北京中电电华强焊焊接工程程技术有有限公司司投入运行行时间20066年9月正常生产产运行时时间（日日）应用规模模装机344套一次性投投资（万元）运行成本本（万元/年）年平均运运行天数数维修工作作量（工作日日/年）（有多项项技术或或产品可可复制本本页）八、评审审意见推荐单位位声明我单位愿愿意针对对上述技技术进行行推荐。以以上所有有关于推推荐单位位与技术术的文件件、证明明、陈述述均是真真实的、准准确的。若若有违背背，我单单位愿承承担由此此而产生生的一切切后果。推荐单位位法人代代表签字字：年 月 日专家评审审意见专家签字字：年 月 日中煤集团团公司审审批意 见（盖 章） 年 月 日日