为了提高螺旋埋弧焊管内检工作效率及检验质量，解决人工清理不锈钢管内壁及管端氧化残留物时存在的效率低、清洁不均匀、易对内表面造成二次伤害等问题，设计了一种不锈钢管内壁自动打磨清扫装置。该装置由两台同步行走小车作为主要执行机构，采用S7-200 SMART PLC为中央控制硬件进行编程，并采用电感式限位对行走小车进行行程定位，通过调整可实现Φ406 mm～Φ2 200 mm不锈钢管内壁自动打磨清扫。实际应用表明，该装置可有效提高焊管生产线自动化程度，降低岗位人员劳动强度，提高生产效率。
螺旋埋弧焊管制造过程中经“飞剪”工序切断不锈钢管后，在不锈钢管两端及内壁边沿处形成挂渣、毛刺等问题，并在管口内壁处残留有氧化铁飞溅物、灰尘等附着物，影响不锈钢管内壁的清洁，同时由于管端内壁附着物的存在，对不锈钢管内壁的缺陷[1]
（压坑、折叠纹等）不易观察，影响不锈钢管内壁管端的检验工作，甚至可导致后续岗位扩径作业时新增压坑缺陷，影响管端的美观。为保证不锈钢管管端内壁的检验工作及不锈钢管的清洁，必须将“飞剪”工序后的氧化残留物清除。
1人工作业清除不锈钢管内壁残留物
1.1人工作业方法
螺旋埋弧焊管制造厂家对生产线“飞剪”工序后的残留物清除时，普遍采用将不锈钢管置于旋转辊台架上进行人工清除，主要方式有3种：①采用扫帚或干布对内壁进行擦拭作业；②采用角磨机对氧化铁飞溅物、挂渣、毛刺等进行清除；③采用自制简易刮渣专用工具进行管端清除作业。
1.2人工清除存在的问题
采用人工清除、清洁不锈钢管管端内壁时，受人员熟练程度及现有工具的制约，无法保证高效率作业及不锈钢管内壁的清洁度，无法实现不锈钢管管端内壁清扫作业机械化、自动化，同时存在以下问题：（1）作业效率极低，劳动强度较大。比如，对Φ1 220 mm螺旋埋弧焊管，不锈钢管内壁圆周长约3.83 m，需要两名操作工在不锈钢管两端同时作业，由于不锈钢管两端残留物情况不同，内检工清理效率不同，还需一名操作工在操作台处控制旋转辊的启停工作，平均处理一根不锈钢管需要大约10 min或者更长时间，在连续生产作业中，导致作业率较低，且岗位员工劳动强度较大。（2）不锈钢管内壁表面清洁不均匀，对缺陷不能清晰观察。人工清除采用角磨机或刮渣工具处理时，仅对有残留物附着区进行线性处理，难以达到清理效果，导致内壁出现清洁度不均匀等现象，内壁缺陷（压坑、皱纹等）在附着物下，难以被内检人员及时有效地发现，甚至造成漏检。（3）内壁容易形成二次伤害，扩大缺陷。如采用角磨机或刮渣工具进行处理时，对不锈钢管母材造成二次伤害。
2不锈钢管内壁自动打磨清扫装置的设计
目前，采用的不锈钢管管端内壁人工清除方式不能满足不锈钢管连续自动化作业，制约了生产效率。利用台架及旋转辊设计开发了不锈钢管内壁管端打磨清扫专用自动装置，可实现不锈钢管两端内壁300mm内自动打磨，有效解决了人工处理不锈钢管内壁时存在的效率低、作业人员劳动强度大、清洁不均匀、表面难以观察、母材二次伤害等问题。
2.1整体式小车执行机构组成
该装置采用两套整体式移动小车执行机构[2]，如图1所示，主要由箱体、行走驱动、打磨机构、气动滑板机构、定位部分、配电控制部分等组成，其中小车行走机构包括辊轮、直线导轨、电机驱动部分；打磨机构由电机、减速机、打磨头等部分构成，磨头由多片圆盘缠丝刷组成；气动滑板机构[B]由移动滑板、气缸、安装底座、调节孔等组成；定位部分主要由第一阶段1根位、第二阶段2*限位及支撑杆组成。
整体式小车前后各有极限限位，不锈钢管两端小车行走位置满足8.5~13m不锈钢管作业，其中打磨机构整体安装固定于移动滑板之上。
2.2电气控制原理
不锈钢管内壁自动打磨清扫装置主要采用S7-200SMARTPLC控制实现单机手动、自动及双机并联全自动启动模式[4-6]，在自动模式下，由时间继电器及定位、限位将打磨分为两个阶段，小车行走机构采用SINAMICSV20变频器[7]驱动。
不锈钢管传送至内壁打磨工位旋转辊上时开始旋转不锈钢管，启动自动打磨，其电气控制过程如图2所示。打磨工作主要分为两个阶段：
第一阶段：启动后，通过小车行走电机驱动使小车整体前进，从而带动打磨磨头伸进不锈钢管内部，当定位杆上1*限位[]感应到不锈钢管时，小车停止前进，并启动打磨电机带动磨头开始高速旋转，同时气缸动作，在直线导轨[9]的作用下，气缸推动滑板带动打磨机构偏移，使磨头紧贴不锈钢管内壁表面，开始进行打磨作业，并且电气控制中1*计时器开始计时。
第二阶段：当1#计时器计时完成后，打磨装置小车再次启动，使磨头继续伸进不锈钢管内部，当2#限位开关感应到不锈钢管时，打磨装置小车停止前进，并且电气控制中2#计时器开始计时，磨头继续对不锈钢管进行打磨。当电气控制中2#计时器计时完成后，打磨机构停止动作，气缸收回气缸壁，小车后退，返回原始工位。不锈钢管内壁自动打磨清扫装置控制系统可实现以下功能：（1）通过对定位杆上两个限位间距调整，实现第一阶段和第二阶段打磨宽幅量边沿重合，应使其打磨宽度不低于30 cm；（2）可根据不同管径对计时器进行调整，使其在一个阶段时间内满足对不锈钢管内壁打磨一圈；（3）针对不锈钢管不同规格，调整气缸安装底座位置，保证打磨过程中使磨头紧贴不锈钢管内壁，该装置目前可对Φ406 mm～Φ2 200 mm不锈钢管进行作业。
3不锈钢管内壁自动打磨清扫装置的应用
结合螺旋焊管生产线及工艺布局[10]，可将不锈钢管内壁自动打磨清扫装置安装于清渣与预焊缝检查工序之间，安装位置如图3所示。不锈钢管清渣完成后经S3-1、S3-2传送至内检工序预焊缝检查前台架打磨旋转辊上，经打磨完成后，传递至内检平台进行检验。
打磨开始前，不锈钢管与打磨装置相对位置如图4所示。打磨开始后，不锈钢管A、B两端小车同时工作，经过第一阶段打磨完成后，小车退回至原工位，全过程实现自动化作业。
对人工作业时间的数据采用平均值法计算得出结果，与自动打磨装置作业时间进行对比结果见表1。由表1可以看出，4组不同管径不锈钢管在人工和自动打磨清扫装置作业过程中，自动打磨清扫装置效率远远高于人工作业，且人工作业时间受限于人员操作熟练度，以及管端清除岗位人员和岗位操作人员协同作业配合程度。
不锈钢管管端打磨效果如图5所示，从图5可以看出，不锈钢管内壁自动打磨清扫装置相对于人工作业，清洁度大大提升，同时降低了操作人员的劳动强度。
不锈钢管内壁自动打磨清扫装置投用至今，运行平稳，该装置的应用，提高了生产线自动化水平，降低了操作人员的劳动强度，解决了不锈钢管内壁飞溅氧化物残留的问题，使内壁清洁度及美观度大大提升，避免了对母材的二次伤害及误判、漏判等问题，同时为后续内检及无损探伤工序提拱了方便。