焊接自動化技術(shù)在鍋爐壓力容器制造中的應(yīng)用

曹浩遠(yuǎn)

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450000)

鍋爐是我國工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中不可缺少的一種設(shè)備，鍋爐的性能對工業(yè)生產(chǎn)有很大的影響。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)對鍋爐設(shè)備性能要求越來越高，尤其是鍋爐的壓力融資，不僅要求要具備更好抗壓性能，還需要良好的耐熱性能，這對于鍋爐壓力容器的焊接提出了更高的要求。傳統(tǒng)的人工焊接的方式，在焊接過程中不可避免的會出現(xiàn)一些問題，如焊接速度的快慢，焊接的嚴(yán)密性和牢固性等等。為了提高鍋爐壓力容器的制造水平，一些鍋爐生產(chǎn)企業(yè)開始嘗試應(yīng)用焊接自動化技術(shù)，大大提高了焊接質(zhì)量，取得了不錯的應(yīng)用效果。

1 焊接自動化及鍋爐壓力容器制造

1.1 焊接自動化

焊接自動化主要是指利用計算機(jī)技術(shù)預(yù)先設(shè)定好各種焊接的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接工序自動化。其目的就是為了保證焊接質(zhì)量、減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件?，F(xiàn)在的焊接自動化技術(shù)大多采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，利用各種自動焊接機(jī)是焊接工序自動進(jìn)行。但是現(xiàn)在的一些比較先進(jìn)、復(fù)雜的焊接自動化系統(tǒng)多采用閉環(huán)控制，借助自動化裝置、自動生產(chǎn)線或多用焊接機(jī)使焊接工序以及與之配套的前后工序，如零件成形、坡口制備、組件裝配、定位夾緊、焊后清理、工件裝卸和搬運(yùn)工作等部分地或全部地自動進(jìn)行。常見的焊接自動化系統(tǒng)主要有電弧焊自動化系統(tǒng)、電阻點(diǎn)焊自動化系統(tǒng)、微型計算機(jī)控制焊接自動化系統(tǒng)和焊接機(jī)器人，其中前兩種應(yīng)用的比較廣泛，后兩種由于造價比較高，一般的企業(yè)難以承受，因此其應(yīng)用的范圍受到一定的限制。

1.2 鍋爐壓力容器

鍋爐壓力容器是鍋爐和壓力容器的全程，這兩種設(shè)備都是特種設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中占有很大的位置。鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器。在這兩種設(shè)備當(dāng)中，對于焊接工藝都具有比較高的要求，比如說焊接的密封性、焊接牢固程度等等，此外焊接工藝還會影響到鍋爐的使用安全，高質(zhì)量的焊接能夠提高鍋爐壓力容器的安全性。

2 常見焊接自動化技術(shù)及在鍋爐壓力容器制造中的應(yīng)用

2.1 膜式壁焊機(jī)

膜式壁焊機(jī)是膜式壁生產(chǎn)線的核心設(shè)備，在改革開放以前，此類設(shè)備主要依賴于進(jìn)口，而經(jīng)過二十多年的發(fā)展以后，我國的同類設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。目前，膜式壁焊機(jī)主要有兩類，也就是氣體保護(hù)焊和埋弧焊，這兩類焊機(jī)具有各自的特點(diǎn)，在鍋爐壓力容器生產(chǎn)當(dāng)中也有不同的應(yīng)用。從這兩類焊機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用來看，哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠等采用的是氣體保護(hù)焊接工藝，而上海鍋爐廠、武漢鍋爐廠主要是采用的是埋弧焊接工藝。膜式壁氣體保護(hù)焊機(jī)是一種比較簡單的焊接自動化設(shè)備，國產(chǎn)的一般焊槍一般能夠達(dá)到20頭，最近幾年一些廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了44 頭的焊槍。膜式壁埋弧焊機(jī)的焊槍數(shù)為12 頭。這種焊接自動化技術(shù)主要用于一些對稱設(shè)備的焊接，而鍋爐壓力容器多為圓形對稱，非常適合鍋爐壓力容器的生產(chǎn)工作，在工作的過程中可以上下同時對稱進(jìn)行焊接，最多時可以四個工位同時工作，大大提高了焊接的工作效率，焊接后具有變形最小、尺寸精度高的特點(diǎn)，但是我國的膜式壁焊機(jī)目前多數(shù)操作還需要人工操作，自動化程度還比較低，在今后需要進(jìn)一步提高自動化水平。

2.2 直管接長焊機(jī)

在鍋爐系統(tǒng)當(dāng)中，一些大型的鍋爐需要一些管線，作為輸出熱量的主要通道;在壓力容器當(dāng)中也會有類似的設(shè)計，這些管道的焊接質(zhì)量與焊接技術(shù)有著緊密的關(guān)系。隨著自動化技術(shù)在鍋爐壓力容器中的應(yīng)用，為了提高焊接質(zhì)量，對鍋爐壓力容器中的管子的預(yù)處理有了更高的要求，為此一些廠家開始應(yīng)用更為先進(jìn)的焊接自動化技術(shù)，其中直管接長焊機(jī)就成為很多廠家的選擇。比如說武漢鍋爐廠就與美國的阿爾斯通展開了合作，引進(jìn)了管子預(yù)處理線，該線包括管子定長切斷、管端數(shù)控倒角機(jī)、管端內(nèi)外磨光機(jī)、管內(nèi)清理機(jī)等先進(jìn)的設(shè)備和裝置，采用了PLC 自動化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。在所有的設(shè)備當(dāng)中，管端數(shù)控倒角機(jī)是一個非常重要的設(shè)備，這一設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)刀的過程中，可以根據(jù)管子的規(guī)格及要求編制相應(yīng)的切削程序，快速、標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)的切割出各種坡口，與傳統(tǒng)的手動作業(yè)相比具有自動化程度高、坡口表面光潔度高、重復(fù)精度高等優(yōu)勢，這對于保證焊接質(zhì)量具有重要意義。而直管接長焊機(jī)，可以在整個作業(yè)面上重復(fù)的進(jìn)行工作，與該預(yù)處理線融合在一起，切割完成以后，可以自動進(jìn)入焊接環(huán)節(jié)，形成一個完整的焊接作業(yè)過程，有效的保證了整個過程中管子焊接質(zhì)量。

圖1 直管接長焊機(jī)作業(yè)系統(tǒng)

2.3 馬鞍形焊機(jī)

在鍋爐及壓力容器的生產(chǎn)當(dāng)中，有大量的兩圓柱體相貫的焊接接頭，比如說在鍋爐設(shè)備當(dāng)中的下降管、接管，集箱上的短管接管等等，這些焊接接頭的規(guī)格不同，相貫的方式也存在較大的差異，這就對焊機(jī)的靈活性提出了更高的要求。為了解決這一問題，國內(nèi)的一些鍋爐生產(chǎn)企業(yè)開始使用馬鞍形焊機(jī)，如遼寧省鍋爐廠就使用了第一代機(jī)械設(shè)計馬鞍形焊機(jī)，利用這套焊機(jī)，該廠成功的解決了兩圓柱體直徑比大于3 的正交馬鞍形接頭的焊接問題。此后，馬鞍形焊機(jī)逐漸在國內(nèi)普及應(yīng)用，目前很多大型鍋爐生產(chǎn)企業(yè)都采用了這一技術(shù)，大大提高了圓柱體相貫的焊接接頭的焊接質(zhì)量和效率，提高了企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。但是隨著鍋爐及壓力容器生產(chǎn)的發(fā)展，最近幾年又出現(xiàn)了一些偏交、斜交以及兩圓柱體直徑接近的相貫接頭，而第一代馬鞍形焊機(jī)并不適合這些情況的焊接需要，為了解決這一問題，國內(nèi)的一些廠家開始利用計算機(jī)技術(shù)，對馬鞍形焊機(jī)進(jìn)行了升級和改造，使數(shù)控技術(shù)成功的應(yīng)用到馬鞍形焊機(jī)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)馬鞍形焊機(jī)自動化。主要措施如下:第一，利用數(shù)控技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)定好相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)實(shí)際的焊接需要根據(jù)兩管直徑、偏交距、斜交角等條件，計算焊頭的運(yùn)動軌跡，是焊槍能夠按照設(shè)定好的運(yùn)動軌跡運(yùn)動。第二，在這一過程當(dāng)中，保證主管與焊槍的同步運(yùn)動，使焊槍的焊接位置始終保持在水平位置上，有效的保證了焊接質(zhì)量，同時也較好的解決了兩直徑相近的相貫皆有焊接質(zhì)量問題。在數(shù)控技術(shù)的促進(jìn)之下，大大提高了馬鞍形焊機(jī)的自動化程度，并產(chǎn)生了不同形式的馬鞍形焊機(jī)。比如說四軸數(shù)控馬鞍形焊機(jī)，這種焊機(jī)的焊槍能夠進(jìn)行升降、水平、回轉(zhuǎn)及擺角運(yùn)動，通過建立數(shù)控模型并建立相應(yīng)的參數(shù)，可以靈活的控制焊頭的運(yùn)動軌跡，使焊槍能夠做馬鞍形運(yùn)動。并且，在焊接的過程中，額可以根據(jù)焊接的需要，隨時修正焊槍的位置，保證焊槍的運(yùn)動軌跡符合相貫接頭的焊接要求。

3 結(jié)語

總之，隨著鍋爐壓力容器市場要求的逐漸提高，焊接自動化已經(jīng)成為鍋爐壓力容器生產(chǎn)的必然要求，目前焊接自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到鍋爐壓力容器的生產(chǎn)當(dāng)中，企業(yè)也要加大這方面的科研投入力度，對現(xiàn)有的焊接自動化設(shè)備進(jìn)行升級和改造，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和科技含量，提高鍋爐及壓力容器生產(chǎn)效率及質(zhì)量。

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