淺談自動化割焊裝備在壓力容器制造中的應用

王寶華

【摘 要】壓力容器是我國工業(yè)生產過程中一種不可缺少的使用設備，隨著市場的不斷發(fā)展，人們對該種容器的制造要求越來越高。本文根據(jù)以往工作經驗，對壓力容器制造過程中的傳統(tǒng)制造工藝及改進方案進行總結，并從膜式壁焊機、直管接長焊機、馬鞍形焊機、氣孔與裂紋焊接四方面，論述了自動化割焊裝備在壓力容器制造中的具體應用。

【關鍵詞】自動化割焊裝備；壓力容器制造；膜式壁焊機

中圖分類號： TQ053.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.010

【Abstract】Pressure vessel is an indispensable equipment in the process of industrial production in China. With the continuous development of the market， the demand for the manufacture of this kind of container is getting higher and higher. Based on the previous work experience， this paper summarizes the traditional manufacturing process and improvement scheme in the manufacturing process of pressure vessel， and discusses the application of automatic cutting and welding equipment in the manufacture of pressure vessel from four aspects： membrane wall welding machine， straight pipe welding machine， saddle welding machine， air hole and crack welding.

【Key words】Automatic cutting and welding equipment； Pressure vessel manufacturing； Diaphragm wall welding machine

0 前言

自改革開放以來，我國化工裝備制造行業(yè)得到了更多發(fā)展機會，但由于各種原因的影響，我國國內的壓力容器制造企業(yè)以及現(xiàn)代化制造手段的應用均存在明顯的不足之處，而且壓力容器加工方式也處于較低水平，進一步增加了生產成本。受此種背景的影響，壓力容器制造方式的革新顯得尤為重要，還要避免現(xiàn)有的制造廠設備結構不會出現(xiàn)大規(guī)模變化，為后續(xù)生產工作的開展奠定良好基礎。

1 傳統(tǒng)制造工藝分析

1.1 材料切割工藝

在傳統(tǒng)材料切割過程中，主要以火焰切割機的應用為主，促使刨邊機在不銹鋼筒體鋼板之中進行下料操作，并利用手工形式完成碳鋼筒體的開孔切割，并利用手工等離子切割方式將不銹鋼筒體切割開來，并利用數(shù)控火焰將外圍保溫支撐圈以及鞍座等零件做好下料工作。為了強化施工效果，傳統(tǒng)施工工藝還實現(xiàn)了筒體的有效組對，將千斤頂、多功能卡具等傳統(tǒng)工具的作用發(fā)揮出來，最終實現(xiàn)人工組對。

1.2 焊接工藝

傳統(tǒng)焊接工藝主要以DN1000以上的筒體外環(huán)縫修補為主，而在內環(huán)縫處理上，主要以埋弧自動焊接方式為主，提升焊接工作的全面性。在遇到直徑小或焊接工藝較為復雜的結構時，可以借助于傳統(tǒng)焊接方式，對鞍座、裙座等部件進行焊接，尤其是在接管和法蘭組焊接上，管嘴的焊接過程幾乎都要采用傳統(tǒng)焊接方式。

2 實施方案的改進

2.1 總體要求

在切割及焊接工藝改進過程中，主要目的是提升自動焊的應用效果和效率，并以此為原則，將縱縫焊接過程、環(huán)縫焊接過程、管嘴焊接過程等工序確立，促使整個流程改進的同時，提升自動化焊接設備的全面配置。為了進一步提升焊接裝備的應用效果，相關工作人員還可以對壓力容積自動化生產線進行統(tǒng)籌規(guī)劃，在作業(yè)環(huán)節(jié)改善的同時，還要實現(xiàn)焊接機切割自動化發(fā)展。最終在整個裝置的作用下，壓力容積自動焊覆蓋面將會超過95%，實現(xiàn)壓力容積制造效果的全面提升。

2.2 目標效果

首先，在小工件自動化預制過程中，可以利用一些常用的自動化焊接手段，如DN80到DN400范圍內的各種管件組合，來開展對接焊縫、角接焊縫等焊接工作，焊接方式以二氧化碳氣體保護焊接為主。另外，在法蘭接管環(huán)縫動焊接上，小工件焊接的優(yōu)勢將會更加明顯。為了提升焊接效果，人們可以利用視頻監(jiān)控裝置進行焊接監(jiān)視操作，避免焊接流程出現(xiàn)各種問題。其次，在筒體貫線自動開孔和焊接過程中，可以利用不同容器的馬鞍型開孔開展自動焊接，確保焊縫得到充分修復。如果利用DN250形式實施插入式管嘴角接頭焊接，補強圈的接頭對接工作也會得到合理化開展。除此之外，還可以利用其它形式的筒體規(guī)則實現(xiàn)接頭自動焊接，如封頭相貫線開孔、觸摸式焊接等。最后，在筒節(jié)縫自動化焊接上，應該以DN500和DN5000以上的縱、環(huán)焊接為主，實現(xiàn)遠距離的焊接聯(lián)動操作，還可以將視頻監(jiān)控操作加入其中。如果焊接過程出現(xiàn)了外縫和內縫，埋弧焊接可以形成觸摸式的人機界面和工業(yè)焊接等，便可以利用變位機聯(lián)動，構建起遠程監(jiān)控焊接模式[1]。

2.3 實施方案

為了確保自動化割焊裝備發(fā)揮出最佳效果，相關工作人員可以在小工件埋弧焊工位上配置新的設備。例如，在焊接操作機的使用上，自身具備驅動精度高、橫臂較長等特點，確保筒體內部縱縫和環(huán)焊縫得到完整性修復；在變位機使用上，可以確保整個裝置沿著軌道縱向發(fā)展和移動，并實現(xiàn)升降翻轉，從而滿足堆焊表面的焊接要求。另外，在焊接電源的選擇上，應該將控制器和送絲機等裝置應用其中，在數(shù)字系統(tǒng)的作用下，各個焊接裝備之間可以實現(xiàn)實時通信，還可以將焊接信息回收到整個系統(tǒng)之中。其次，相關操作人員可以根據(jù)具體的筒體相貫線切割工位，提升壓力容器制造效果。該系統(tǒng)主要包括割焊操作機、控制單元、切割單元以及焊接單元。其中，割焊操作機設備在使用中具有較強的穩(wěn)定性和精密性，再加上多軸相貫線的有效控制，最終實現(xiàn)三軸聯(lián)動效果，將高質量的切割工作完成。在切割單元的選擇上，主要包括以下兩種類型，即焊割供氣滑環(huán)以及火焰切割槍，通過該種裝置的作用，可實現(xiàn)供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定傳動。最后，在內外縱縫處理上，埋弧焊接工位的選擇顯得十分重要，尤其是在埋弧焊接操作機的選擇上，可以進一步提升驅動精度，電動機的機頭也可以旋轉90°，為相關工作的開展創(chuàng)造了良好條件。

2.4 焊接自動化

焊接自動化技術在實施過程中，主要是對計算機技術進行應用，來設置各種焊接參數(shù)，最終實現(xiàn)焊接工序的自動化發(fā)展?，F(xiàn)代焊接自動化技術主要以開環(huán)控制系統(tǒng)的使用為主，在各種工序的作用下做好自動焊接工作。目前的自動化系統(tǒng)在應用時以閉環(huán)控制為主，以自動化裝置和生產線應用為主，促使焊接工序之間相互配合，保持壓力容器制作具備較強的科學性。但如果涉及到一些先進技術的應用，對自動化要求程度將會變的更高。例如，在定位夾緊、焊后清理等過程中，應實現(xiàn)整個過程的自動化發(fā)展。

3 自動化割焊裝備在壓力容器制造中的具體應用

3.1 膜式壁焊機

由于我國工業(yè)發(fā)展十分迅速，促使焊接技術形成了時代性特征。但從生產角度來說，由于人口和社會需求的不斷提升，壓力容器的制造水平也得到了提高。在自動化割焊裝備應用上，膜式壁焊機具有極強的應用代表性，在該設備的作用下，衍生出了兩種新型焊接工藝，即氣體保護焊和埋弧焊。在焊接技術發(fā)展初期，我國的焊接技術不夠成熟，完全依賴于進口，但隨著我國對焊接裝備研究的進一步深入，各種生產設備逐漸投入到生產線之中。目前，膜式壁焊機在哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠等大型生產企業(yè)之中得到了充分應用，并且以氣體保護焊應用為主。而在武漢等地區(qū)的壓力容器制造廠之中，埋弧焊工藝應用也極為廣泛。站在氣體保護焊角度來說，所涉及到的焊接自動化工藝十分簡單，但現(xiàn)有的應用范圍十分有限，具有極強的穩(wěn)定性價值，在北方地區(qū)獲得了更多的應用機會。而在埋弧焊應用上，屬于一種高端的自動化焊接技術，可以發(fā)揮出更高的焊接效率，但由于自動化技術與壓力容器制造結合時間較短，需要在一定程度上增加人工操作，但未來的升職空間較大[2]。

3.2 直管接長焊機

一般的壓力容器在使用過程中需要承受較大的壓力，如果單純依靠膜式壁焊機作用，很難滿足人們的制作需求。因此，相關技術人員通過長期的研究和調查，制作出了一種新型自動化割焊裝備，即直管接長焊機。該焊機在壓力容器制作過程中具備很多優(yōu)勢，自身自動化程度較高，能夠滿足日常焊接工作中的很多工作即便在應對一些技術性較強的焊接工作時，并未引發(fā)嚴重問題，提升了整體焊接工作的工作效果。例如，在武漢鍋爐廠運行過程中，與國外公司展開合作，將管子預處理線引入到國內，該線主要包括管子定長切斷以及內外磨光機等設備，還涉及到PIC自動化技術的使用，最終實現(xiàn)自動化生產。另外，在所有設備研究過程中，管端的數(shù)控倒角機作用十分明顯，該設備主要利用軸向進刀過程，以及相關規(guī)則的切削程序，實現(xiàn)優(yōu)質化切割，提升坡口的完整程度。從這里也可以看出，直管的接長焊接具有較強的功能性，可以為之后的壓力容器制造奠定基礎條件。

3.3 馬鞍形焊機

在壓力容器使用過程中，主要是為了滿足特定的容器要求而設定的，站在該角度來說，如果僅憑上述兩項技術，無法適應于壓力容器的所有需求。研究發(fā)現(xiàn)，馬鞍形焊機設備具有較強的應用效果，該設備可以滿足壓力容器制造過程中的特殊性需求。首先，該焊接技術可以將數(shù)控技術作為模型，確保設備的自身形狀不會和相關功能產生偏差。其次，利用主管和焊槍的同步應用，促使焊接效率和質量得到全面提升，還可以將結構相近的焊接問題解決，焊接效果十分理想。因此，在日后工作過程中，相關企業(yè)和工作人員可以利用各種焊接設備相結合的方式來制作壓力容器，并做好技術體系和應用方式的健全工作，最終為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益。

3.4 氣孔與裂紋焊接

自動化割焊設備在使用時往往會出現(xiàn)很多問題，如果焊接部位出現(xiàn)了熔渣殘留，很容易導致焊縫的出現(xiàn)。另外，如果坡口角度過小，或者焊接時電流不穩(wěn)定，將會導致氣孔殘留。在上述問題預防過程中，需要對坡口分寸進行有效選擇，做好坡口邊緣的處理工作，之后采用合適的焊接速度，確保運條搖動的合理性。另外，裂紋預防是焊接過程中的難點問題，如果裂紋現(xiàn)象嚴重，很容易影響壓力容器設備的整體使用性能。因此，在焊接過程中需要對焊接工藝參數(shù)進行嚴格控制，將冷卻速度放慢。其次，對焊接工藝原則進行深入了解，利用有效手段降低焊接應力[3]。

4 總結

綜上所述，在相關設備得到改進之后，自動化生產線開始不斷豐富，最終形成了六個數(shù)字化制造工位。各個壓力容器制造廠應該以先進制造技術的應用為基礎，做好廠房的除塵工作，并對焊縫進行積極探索，避免焊接工藝的選擇出現(xiàn)問題。值得注意的是，割焊裝備的應用在效果上必須強于傳統(tǒng)的手工焊接，否則自動化水平便很難得到提升。

【參考文獻】

[1]張偉.淺談壓力容器設計制造安裝常見的問題及解決方法[J].山東工業(yè)技術，2018（12）：8.

[2]常定邦.有關鍋爐壓力容器檢驗問題的分析與探討實踐[J].中國高新區(qū)，2018（08）：174.

[3]郭優(yōu).淺析壓力容器制造中的焊接技術與質量控制[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2018（03）：142-143.