分析鍋爐壓力容器焊接自動化技術(shù)與應(yīng)用

耿德勇

摘要：鍋爐性能的優(yōu)良能夠?qū)ζ髽I(yè)的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生非常重要的影響，隨著企業(yè)發(fā)展速度和水平的不斷提升，各類相關(guān)企業(yè)對鍋爐設(shè)備性能提出了越來越高的要求，鍋爐壓力容器需要同時具備良好的耐熱性能以及抗壓性能。傳統(tǒng)人工焊接具有焊接牢固性和嚴密性較差以及焊接速度難以得到有效保證等缺點，應(yīng)用焊接自動化技術(shù)則能夠使焊接質(zhì)量獲得有效提高，因而應(yīng)用范圍不斷變廣。

關(guān)鍵詞：鍋爐；壓力容器；焊接；自動化技術(shù)

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。

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生產(chǎn)過程中應(yīng)用頻率較高的焊接自動化技術(shù)

2.1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。根據(jù)不同的接頭形式及焊縫坡度，可以選用不同形式的數(shù)控馬鞍形焊機：四軸數(shù)控馬鞍形焊機。

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。

2.2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。

在所有的設(shè)備當(dāng)中，管端數(shù)控倒角機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、標準、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，可以在整個作業(yè)面上重復(fù)的進行工作，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。

2.3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。

2.3.1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。

2.3.2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。

2.3.3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)。

2.4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。

3展望

在未來一段時間內(nèi)，壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)有：新鋼種的焊接工藝完善，焊接材料朝自動化方向發(fā)展，焊接接頭的性能提高，尤其是藥芯焊絲的產(chǎn)品比重上升。焊接技術(shù)現(xiàn)代化的一個重要標志即是焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化，這也是保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要因素。在今天高新技術(shù)飛速發(fā)展的環(huán)境下。焊接技術(shù)應(yīng)當(dāng)引進現(xiàn)代高新技術(shù)，以此加速實現(xiàn)工藝及裝備的現(xiàn)代化，建立焊接數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，促進焊接生產(chǎn)實現(xiàn)現(xiàn)代化管理，以及智能控制焊接過程，大大提高焊接技術(shù)水平，使焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率也得到提高。

無論是焊接行業(yè)的哪個領(lǐng)域，焊接質(zhì)量和提高以及成本的降低都應(yīng)當(dāng)是重視的問題。因而企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極開發(fā)和采用先進的現(xiàn)代化焊接技術(shù)，并對產(chǎn)品質(zhì)量加強管理，研制并采用先進的監(jiān)控技術(shù)來確保產(chǎn)品的質(zhì)量。在焊接質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代化管理和先進的技術(shù)使成本降低，從而提高企業(yè)競爭力。這是未來壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展方向。

總之，隨著鍋爐技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的位置越來越重要，所以只有不斷加大鍋爐自動化的水平，才能更好的促進工業(yè)的發(fā)展，為我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展做出巨大的貢獻。

參考文獻

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[2] 宋敏霞，胡賢飛.壓力容器焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010.

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