鍋爐壓力容器焊接自動化技術(shù)

陳玉珉 吳賢丞

摘 要：鍋爐壓力容器廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，鍋爐壓力容器的焊接工藝和質(zhì)量非常重要，會對鍋爐壓力容器的使用以及安全可靠運行產(chǎn)生直接的影響，文章分析了鍋爐壓力容器焊接自動化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鍋爐壓力容器；焊接；自動化

一、焊接自動化及鍋爐壓力容器制造

（一）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。

（二）焊接自動化

焊接自動化主要是指利用計算機技術(shù)預(yù)先設(shè)定好各種焊接的參數(shù)，實現(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是焊接工序自動進行。但是現(xiàn)在的一些比較先進、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、工件裝卸和搬運工作等部分地或全部地自動進行。常見的焊接自動化系統(tǒng)主要有電弧焊自動化系統(tǒng)、電阻點焊自動化系統(tǒng)、微型計算機控制焊接自動化系統(tǒng)和焊接機器人，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。

二、生產(chǎn)過程中應(yīng)用頻率較高的焊接自動化技術(shù)

（一）窄間隙埋弧焊機

用于焊接厚板的高效優(yōu)質(zhì)窄間隙埋弧焊機已在我國應(yīng)用多年，機械式的焊縫跟蹤及導(dǎo)電嘴的導(dǎo)電性有待進一步改進。

1.激光跟蹤。激光跟蹤是一種高新技術(shù)，采用激光攝像頭，通過圖像判別，實現(xiàn)對焊縫的跟蹤，己成功地應(yīng)用于多種焊接自動化的場合。但由于受激光頭性能的限制，激光頭距工件表面距離限制在200mm以內(nèi)，跟蹤深度一般也只有100mm左右。因此至今還沒有一種激光跟蹤系統(tǒng)能用于窄間隙深坡口的跟蹤。

2.窄間隙焊槍。窄間隙焊槍要具備擺動和可靠導(dǎo)電兩種基本功能。

3.控制系統(tǒng)。采用由PLC、觸摸屏，AC交流伺服組成的控制系統(tǒng)，通過觸摸屏進行人機對話，能很方便、直觀地設(shè)定監(jiān)視工作模式及各軸運動狀態(tài)規(guī)范參數(shù)，控制系統(tǒng)具有如下功能：自動、半自動及手動三種工作模式；焊槍自動找中及到位；自動排焊道及焊槍自提升；焊接過程中規(guī)范參數(shù)及焊槍位置實時微調(diào)；諸如焊槍擺角、至側(cè)壁的距離、焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)均可實行點動微調(diào)。

（二）馬鞍形焊機

隨著鍋爐及壓力容器新產(chǎn)品的開發(fā)，出現(xiàn)一些偏交、斜交以及兩圓柱體直徑接近的相貫接頭，現(xiàn)有的機械式馬鞍形焊機無法實現(xiàn)這種空間曲線運動，也解決不了由于環(huán)縫上下坡度大，使得熔池不可控，導(dǎo)致焊縫成形差、質(zhì)量差的問題。其根本的途徑是采取數(shù)控的方法，解決以上兩個問題：（1）建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入的參數(shù)，如兩管直徑、偏交距、斜交角，計算出運動軌跡，使焊槍作相應(yīng)的空間曲線運動。（2）通過主管與焊槍的同步運動，實現(xiàn)焊接部位始終處于水平位置，有利于焊接，確保焊接質(zhì)量，是解決兩直徑相接近的相貫接頭焊接質(zhì)量問題的最好的辦法。

通過應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，馬鞍形焊機的自動化程度獲得了明顯提高，同時也推動了各種不同形式馬鞍形焊機的生產(chǎn)，如能夠行擺角、回轉(zhuǎn)運動并能夠急性相應(yīng)參數(shù)建立且可對焊頭運動軌跡進行靈活控制的四軸數(shù)控馬鞍形焊機。

（三）直管接長焊機

隨著自動化程度的提高以及確保焊接質(zhì)量，對管子的預(yù)處理有了新的要求，整線由PLC控制，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。其中，管端數(shù)控倒角機是關(guān)鍵設(shè)備，能在旋轉(zhuǎn)及軸向進刀的過程中，徑向自動進刀，可根據(jù)要求，編制相應(yīng)的切削程序，快速、優(yōu)質(zhì)地倒出各種形狀的坡口，與手動、成形刀倒坡口相比，其自動化程度高。坡口表面光潔度高，尺寸的重復(fù)精度好，對穩(wěn)定焊接質(zhì)量起到重要作用，是管子端面倒角的理想設(shè)備。

（四）膜式壁焊機

膜式壁焊機是膜式壁生產(chǎn)線中的核心設(shè)備，20多年來已形成氣體保護焊接及埋弧焊接兩大膜式壁焊機系列，形成以哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠為主導(dǎo)的采用氣體保護焊接工藝，以及以上海鍋爐廠、武漢鍋爐廠為主導(dǎo)的采用埋弧焊接工藝的兩大模式，也有兩者兼有的，如北京巴威公司。為了提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，目前我國膜式壁氣體保護焊機的焊槍數(shù)最多達20頭，國外最大達44頭；膜式壁埋弧焊機的焊槍數(shù)為12頭。其結(jié)構(gòu)形式包括管屏移動、焊槍不動的機床式焊機；焊槍移動、管屏不動的用于拼排的龍門式焊機以及簡易的拼焊小車等形式。目前，我國膜式壁生產(chǎn)能力已基本上滿足需求，但與國外相比，在自動化管理方面還存在一定的差距，基本上依靠人工操作，占用較多的人力，勞動條件較差。應(yīng)從自動化監(jiān)控、物流等方面進一步開發(fā)，進一步提升膜式壁生產(chǎn)的自動化程度。我國膜式壁焊機同樣具有一定的缺陷，由于自動化程度不高，需要通過人工進行大量操作，會對焊接質(zhì)量造成一定的影響，自動化水平仍待進一步完善和發(fā)展。

（五）集箱短管接頭自動埋弧焊機

集箱短管接頭焊機，包括內(nèi)孔TIG封底焊機及短管接頭角焊縫自動埋弧焊機。該設(shè)備由懸掛式焊接接頭、埋弧焊機、氣動式平衡吊及可移動小車組成，懸掛機構(gòu)上帶有一個隨動機構(gòu)，即使焊接過程中集箱變形，也能很方便的把機頭的芯軸插入接管內(nèi)準確定心。在待焊的集箱工位上，按一定的間距，可擺放若干臺接頭同時進行焊接，從而，可縮短焊接周期。

參考文獻

[1] 李濱.淺析水電設(shè)備焊接自動化的研究與應(yīng)用[J].金屬加工，2011（22）.