焊接自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

王輝

（中國石化勝利油田分公司地面工程維修中心，山東 東營 257100）

從焊接自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，我國缺乏自主開發(fā)能力，導(dǎo)致焊接自動(dòng)化水平落后于發(fā)達(dá)國家。焊接自動(dòng)化技術(shù)在石油工程維修中具有廣泛應(yīng)用，尤其在大型儲罐建設(shè)中發(fā)揮重要作用。將焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及主要趨勢作為出發(fā)點(diǎn)，以儲罐建設(shè)中焊接自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用為例，對焊接自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行分析。

1 焊接自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀分析

改革開放以來，我國焊接生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，在各項(xiàng)生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮無可替代的作用。但是，對于焊接工程而言，整體焊接技術(shù)仍存在較大問題，且自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)有待提高。自動(dòng)化焊接不僅要求技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)也要保證相應(yīng)配套設(shè)施能夠根據(jù)指令開展自主作業(yè)，這樣便可不斷提高產(chǎn)量，且能夠有效降低勞動(dòng)成本。焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展程度，已經(jīng)是衡量我國工業(yè)現(xiàn)代化的重要指標(biāo)。自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，不僅有賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，同時(shí)也與智能化焊接設(shè)備的應(yīng)用存在密切關(guān)系。對于石油工程大型設(shè)備焊接工作，及時(shí)將多種自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用其中，如微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)、智能焊機(jī)等，可基本上實(shí)現(xiàn)無人操作，為焊接技術(shù)的數(shù)字化和智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢分析

2.1 數(shù)字化

焊接自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)有單機(jī)焊接逐漸向數(shù)字化焊接模式轉(zhuǎn)變，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面全方位發(fā)展。焊接技術(shù)含量比較高，在自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，還要融合多個(gè)學(xué)科，如設(shè)計(jì)、制造、工藝等方面。目前，我國工業(yè)自動(dòng)化趨勢明顯，數(shù)字化集成廣泛應(yīng)用在實(shí)踐工作中。

2.2 高效化

焊接自動(dòng)化技術(shù)不僅著眼于質(zhì)量，同時(shí)也要求保證高效率，并且實(shí)現(xiàn)焊接的可靠性。為此，應(yīng)保證系統(tǒng)控制的效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備及裝置的精準(zhǔn)控制，從而保證其能夠長期運(yùn)行，具備可靠性及穩(wěn)定性。

2.3 模塊化

焊接自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用過程中，其發(fā)展趨勢也逐漸向模塊化方向轉(zhuǎn)變。為保證結(jié)構(gòu)集成水平，實(shí)現(xiàn)功能良好控制，一般均根據(jù)用戶實(shí)際需要，對系統(tǒng)功能進(jìn)行判斷，從而利用模塊化設(shè)計(jì)思路，使批量生產(chǎn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而縮短供貨周期，有效減少成本支出。

2.4 網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)代信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷被應(yīng)用到焊接工作中，智能接口普遍，給遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提供便利條件。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可對生產(chǎn)過程開展高效監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)一體化自動(dòng)控制。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅在生產(chǎn)管理中發(fā)揮重要作用，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接漏洞。

2.5 人性化

焊接自動(dòng)化技術(shù)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中，利用數(shù)字化、智能化功能，構(gòu)建人機(jī)操作界面，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使操作更加便利。這樣一來，焊接技術(shù)在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，也凸顯出其人性化的一面，使技術(shù)更加成熟。

3 焊接自動(dòng)化技術(shù)在石油工程儲罐建設(shè)中應(yīng)用

為進(jìn)一步說明焊接自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，以石油工程建設(shè)為例，探討焊接技術(shù)在儲罐建設(shè)的突出作用及應(yīng)用效益。

3.1 儲罐健身項(xiàng)目概況

某石油企業(yè)大型儲罐建設(shè)項(xiàng)目詳細(xì)指標(biāo)如下：5臺儲罐，其中3臺1萬立方級原油儲罐，2臺5千立方級原油儲罐。儲罐底板焊接工藝采用埋弧自動(dòng)焊接技術(shù)，儲罐壁則采用二氧化碳自動(dòng)焊接技術(shù)，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表1。

焊接材料主要包括焊絲（2.5mm）、藥芯焊絲（1.2mm）及埋弧自動(dòng)焊劑等。觀察壁板坡口主要形式，分為X型與V型，跟其他類型儲罐相比，基本上無明顯差異。

表1 3臺1萬立方內(nèi)浮頂原油儲罐主要技術(shù)參數(shù)

3.2 儲罐底板焊接工藝及質(zhì)量控制

一般情況下，在大型儲罐建設(shè)項(xiàng)目開展過程中，采用焊接自動(dòng)化技術(shù)的主要實(shí)施方法為埋弧自動(dòng)焊接。在對儲罐底板與對接接頭進(jìn)行連結(jié)時(shí)，主要有2種工藝：其一，埋弧自動(dòng)平焊。其二，碎絲填充埋弧平焊。在進(jìn)行焊接之前，第二種焊接方式要求將碎焊焊絲放在坡口內(nèi)部，并保證其厚度合理，這樣做的主要目的在于充分提高操作速度，進(jìn)而提升實(shí)際工作效率。

通常，為避免埋弧焊接將儲罐底板打透，需先開展手工焊接，做好封底工作。在此基礎(chǔ)上，對坡口及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)進(jìn)行清理，避免污染物影響焊接質(zhì)量。充分干燥后，結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行定位焊接。為充分保證焊接質(zhì)量，焊工應(yīng)該對每段定位焊接縫的長度進(jìn)行合理控制。底板焊接結(jié)束后，對儲罐局部變形情況進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示：凹凸變形量最大值為30mm，滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。真空試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，滲透檢測結(jié)果合格。

3.3 儲罐壁板焊接工藝及質(zhì)量控制

現(xiàn)階段，儲罐施工過程中，一般對立焊位置進(jìn)行如下處理：若材質(zhì)為不銹鋼儲罐，則焊條電弧焊，而電氣立焊技術(shù)基本上不應(yīng)用在不銹鋼儲罐上，這是因?yàn)殡姎饬⒑覆僮骷夹g(shù)能夠保證一次成型，不僅能夠顯著提高工作效率，還能有效降低焊接成本，保證焊接工藝質(zhì)量。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，人工焊接不僅對焊工自身機(jī)能要求高，同時(shí)也無法保證焊接質(zhì)量，導(dǎo)致焊接作業(yè)不夠穩(wěn)定。

為此，立焊作業(yè)時(shí)，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊技術(shù)，焊接方向自下而上，且為自動(dòng)焊接操作，操作時(shí)，由于儲罐壁板反面需要加水冷銅進(jìn)行襯墊，因此選用滑動(dòng)水冷銅快。為充分保證焊接質(zhì)量，應(yīng)利用自動(dòng)焊接的優(yōu)勢及特征，并考慮到材質(zhì)的特殊性，因此對焊接參數(shù)進(jìn)行合理劃分。例如，利用分層焊接方式，對焊接過程中所產(chǎn)生的熱輸入進(jìn)行有效控制，不僅提高作業(yè)效率，同時(shí)也保證壁板自身焊接質(zhì)量。

相鄰兩圈壁板焊接時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行縱向焊接，然后開展橫向焊接。應(yīng)保證每個(gè)對口之間的間隙合理，一般控制在3～4mm之間比較合適。內(nèi)測則采用空心銅板進(jìn)行鋪設(shè)，利用U型工具對空心銅板進(jìn)行有效固定，然后向內(nèi)部注入冷卻水，這樣不僅能夠發(fā)揮變形預(yù)防作用，同時(shí)也能促使焊縫反面成型。鋪設(shè)自動(dòng)焊接軌道，保證大型焊接設(shè)備正常作業(yè)。

3.4 其他位置焊接工藝及質(zhì)量控制

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)指出，采用倒裝方法施工和正裝方法施工，在使用埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)時(shí)，具體操作方法存在一定差異。由于環(huán)縫無法與焊接專用軌道保持平行，因此焊接操作很容易發(fā)生跑偏。與此同時(shí)，采用埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)，往往會(huì)出現(xiàn)不受控制情況，與焊工自身操作及環(huán)縫特殊性關(guān)系密切。焊接操作時(shí)，由于焊劑不能有效回收，形成良性循環(huán)，也會(huì)在很大程度上出現(xiàn)大量焊劑被浪費(fèi)的現(xiàn)象，從而對相應(yīng)操作產(chǎn)生明顯影響。

對于儲罐罐底焊接作業(yè)而言，若罐底產(chǎn)生大角裂縫，則利用埋弧自動(dòng)焊劑技術(shù)。為此，應(yīng)沿著縫隙周圍布置多臺焊機(jī)，以同方向焊接方式為主，根據(jù)行車走罐底邊緣情況，設(shè)置支撐輪。只有這樣，才能保證焊接小車緊緊貼于罐壁，從而準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)焊接。

3.5 焊接質(zhì)量與效率分析

根據(jù)權(quán)威檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，5個(gè)儲罐本體焊接拍片綜述達(dá)到600張，當(dāng)中6張需要返修，一次焊接操作合格率達(dá)到99%。另外，通過詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，儲罐各部位焊接完成后，相應(yīng)尺寸符合施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。以3臺1萬立方級儲罐為例，對每圈環(huán)縫進(jìn)行焊接處理，如果找人工焊接，需要安排至少12名焊工同時(shí)操作。而采用自動(dòng)焊接技術(shù)后，在同等施工環(huán)境及條件下，自動(dòng)化焊接技術(shù)效率提高4倍。通過研究發(fā)現(xiàn)，采用焊接自動(dòng)化技術(shù)過程中，只要能夠保證參數(shù)準(zhǔn)確且工藝措施正確，就可有效控制焊接缺陷。而埋弧自動(dòng)焊接技術(shù)操作時(shí)，焊劑會(huì)對其產(chǎn)生保護(hù)作用，二氧化碳也能夠使電弧燃燒趨于穩(wěn)定，因此焊接操作過程基本不會(huì)出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。如此一來，儲罐焊縫成型后，能夠保證美觀度，且焊接勻稱。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國焊接自動(dòng)化技術(shù)水平逐年提高，在很多領(lǐng)域生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。而對于石油管道焊接及儲罐建設(shè)而言，由于其建設(shè)周期長，且對焊接技術(shù)要求比較高，因此應(yīng)對其加以關(guān)注。努力找出焊接自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，從而及時(shí)進(jìn)行解決。在石油建設(shè)項(xiàng)目不斷增加的情況下，焊接自動(dòng)化技術(shù)將不斷創(chuàng)新，從而適應(yīng)實(shí)際需要。與此同時(shí)，隨著我國逐漸成為制造業(yè)大國，焊接自動(dòng)化技術(shù)也將被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中，應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之?dāng)U寬，這些因素亦會(huì)促進(jìn)焊接自動(dòng)化技術(shù)水平不斷提高。