張紅玉，劉建斌，黃宏勝，劉守君，齊明貞

（1.山東華臻重工有限公司，山東 煙臺 265500；2.中國兵器工業(yè)第202研究所，陜西 咸陽 712000；3.中北大學機械工程與自動化學院，山西 太原 030051；4.太康縣職業(yè)中等專業(yè)學校，河南 周口 461400）

0 引 言

近年來，關于自動化的概述，已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。當初的所謂自動焊，實際上只是機械的焊接方法，中國機械工程學會焊接分會編《焊接詞典》第3版[1]，這樣定義自動焊：用自動焊接裝置完成全部操作的焊接方法。美國標準[2,3]ANST/AWS3.0《焊接術語與定義》中描述自動焊（Automatic-Welding）與機械焊（Machine Welding）的區(qū)別，就是在于焊接過程中是否需要操作者不斷對設備進行控制調(diào)節(jié)。盡管焊接過程中的一些主要動作，可以由機械實現(xiàn)，但不能以自動控制代替手工控制的操作只能屬于機械焊，即使在工業(yè)發(fā)達的國家，也為實現(xiàn)所謂真正的自動化進行更深的科學研究[4,5]。左傳付等人[6]論述了鍋殼式鍋爐平管板的低成本自動化焊接，郭平等人[7]對工業(yè)鍋爐平管板和凸形管板結構進行了有限元分析，邢芳等人[8]研究了2.25Cr-1Mo鋼的埋弧自動焊工藝，劉瑞祥等人[9]提出了儲罐橫向埋弧自動焊焊縫裂紋的防治措施，陸冬梓[10]研究了大型鋼結構井架埋弧自動焊焊接工藝。

本文研究的“蛇形管”實現(xiàn)鍋殼式鍋爐平管板焊接自動化，也是機械焊接的一種，其特點是：利用焊機的送絲機構送進焊絲，大大提高熔敷率，實現(xiàn)了小空間，機械設備不可達處的自動化焊接。為鍋爐、壓力容器等制造行業(yè)提供了一項新技術。

1 鍋爐平管板實現(xiàn)自動化焊接的難點

1）在鍋爐制造行業(yè)中，橢球形封頭與筒節(jié)的組對自動化焊接比較容易實現(xiàn)，但是最后一道組合環(huán)向?qū)觾?nèi)側焊縫也很難實現(xiàn)。對于鍋爐平管板封頭與筒節(jié)的組對自動化焊接難度就比較大，其難度在于平管板的直邊長度短，僅有100 mm左右，一端封頭實施自動焊后，另一端最后一道內(nèi)環(huán)焊縫幾乎無法實施埋弧自動焊焊接，因為其機頭及工裝很難在管板直段狹窄空間發(fā)揮作用，如圖1所示。

采用手工電弧焊，焊工在筒體內(nèi)施工條件差，安全沒有保障，而且勞動強度大，焊接質(zhì)量也很難保證。

圖1 工裝改進前的埋弧自動焊結構示意圖

2）小直徑鍋爐筒體，在人無法進入筒體操作的情況下，只能采用單面焊。單面焊要求全熔透，且背面有良好的焊縫成形，較為困難。焊接工作者采取過很多措施，也不乏有成功之作。一般看來縱縫焊接裝置實現(xiàn)機械自動焊多于內(nèi)環(huán)縫，特別是在工藝裝備條件有限的工廠，如采用焊縫跟蹤焊接裝置，不僅機構復雜，造價昂貴，而且鍋爐管板封頭最后一道內(nèi)環(huán)縫的焊接位置差的矛盾更顯得突出。

3）鍋爐平管板組對焊接時，一般加工過程是筒體之間內(nèi)、外縱環(huán)縫焊接完成后再組裝兩端封頭的環(huán)向?qū)雍缚p。放置于滾輪架上的筒體在焊接內(nèi)、外環(huán)縫時，縱縫的余高通過滾輪架產(chǎn)生的驟然抖動，使自動焊的焊縫成形變差，焊接質(zhì)量下降，與此同時加工產(chǎn)生的筒體不圓度，也使焊接電弧不穩(wěn)定而影響焊接質(zhì)量。

2 改進工裝后的埋弧自動焊焊接工藝

實現(xiàn)筒體全部焊接自動化是以焊接結構和技術要求及生產(chǎn)規(guī)模為依據(jù)。在滿足焊接工藝和保證鍋爐筒體的裝配位置、尺寸精度的基礎上，同時考慮到生產(chǎn)能力及改善勞動條件，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，提高焊接質(zhì)量的目的。在有關技術人員及工人的配合下，通過對埋弧焊焊機的機頭送絲裝置和導電嘴的改裝實現(xiàn)了焊接自動化，其結構，如圖2所示。

圖2 工裝改進后的埋弧自動焊結構示意圖

1）當筒體1對裝完畢最后一道內(nèi)環(huán)縫施焊時，先將“蛇形管”2穿過煙管管板孔（必須是管板的中心孔）找準焊縫位置，將“蛇形管”固定在埋弧焊機頭送絲機構3上，然后將焊絲11通過“蛇形管”穿過焊接導電嘴4對準環(huán)向焊接接頭的中心。再把絕緣護套8套在“蛇形管”的中間彎部位，防止“蛇形管”與煙管管板孔短路燒壞“蛇形管”和煙管管板孔，其原理方法既簡單又方便。當滾輪架出現(xiàn)偏差，使環(huán)向轉動的筒體產(chǎn)生軸向移動時，自動焊焊工可以調(diào)節(jié)埋弧焊機頭上的微調(diào)旋鈕，使導電嘴焊絲對準焊口的位置，保證熔池在焊接接頭的中心位置。筒體的壁厚不同和直徑大小引起的軸向偏移量、焊絲對中度也可以用埋弧焊機頭上的手輪進行調(diào)節(jié)。

2）當筒體重心不在兩輪中間附近，而使兩側輪承載不一致，這樣轉動時，筒體向較重的一側竄動而出現(xiàn)偏移；或中間筒節(jié)縱焊縫余高通過滾輪架產(chǎn)生抖動。關注定位指針和焊縫紅燒的軌跡，及時調(diào)節(jié)埋弧焊機頭上的微調(diào)旋鈕，避免大量偏移而引起焊縫跑偏。

3）在環(huán)縫埋弧自動焊中，焊絲與工件的轉動平面垂直中心線的相對位移，將對焊縫成形產(chǎn)生較大影響。由于筒體環(huán)縫焊接時，熔化的焊劑和金屬熔池，必將隨著工件轉動傾向于離開電弧流動，所以焊絲應有與筒體轉向相反的偏移量。一般情況下，環(huán)縫埋弧焊焊絲偏移量的大小取決于焊件的直徑、焊接速度、焊接電流和電弧電壓；直徑越小，焊接速度越快，電流電壓越大，焊絲的偏移量越大；反之亦然。通過實踐得知，環(huán)縫埋弧焊焊絲偏移量可在40~70 mm之間選擇。為防止偏移量過大或過小現(xiàn)象，焊接的焊接速度，按焊接工藝參數(shù)正常選擇，從而限制了筒體來自各個方向的不利因素，起到了跟蹤作用，獲得了良好的焊接質(zhì)量。

4）焊接的引弧對焊接質(zhì)量是至關重要的。一旦引弧不當必將造成嚴重的咬邊、燒穿或?qū)щ娮炫c工件打弧短路而中斷焊接，同時由于其他設備還在正常運行而不能及時停止，而在引弧處出現(xiàn)帶有焊絲的焊瘤，對于它的修整，由于工作條件差，補焊較為困難。使用改進過的自動焊，焊接內(nèi)環(huán)縫最后一道平管板環(huán)焊縫裝置，我們采用劃擦引弧法，具體步驟為：先轉動工件—焊絲慢速送進—擦劃工件—找正焊絲位置及指針位置—焊劑送進—起動電源引燃電弧—正常送絲焊接。

5）由于控制箱、送絲盤設置在筒體外，焊接指針在筒體內(nèi)，所以筒體內(nèi)、外焊工操作時要配合嚴謹，同時在焊接安全方面，增加了絕緣墊以保證焊工的人身安全。

3 拓 展

只要組成工件一端環(huán)縫的部件（平管板封頭、橢球形封頭、球形封頭等）中心開有能穿過“蛇形管”的孔，就以利用“蛇形管”完成環(huán)向?qū)咏宇^的內(nèi)側自動化焊接。該工裝不僅能用于鍋殼式鍋爐平管板的自動化焊接，而且可以用于三回程鍋殼式燃油/燃氣鍋爐回燃室內(nèi)環(huán)縫的自動化焊接，以及和該結構（圖1）相類似的壓力容器的自動化焊接。

4 結束語

通過對鍋爐平管板最后一道內(nèi)環(huán)縫埋弧自動焊焊接工裝的改造，解決了鍋爐筒體在有限經(jīng)濟和技術條件下及一定的生產(chǎn)規(guī)模范圍內(nèi)一個焊接工藝難題。既經(jīng)濟合算，又能保證焊接質(zhì)量，實現(xiàn)了低成本、高效率、自動化焊接的目的?？傊?，無論任何工藝因素改變，只要在特定條件下相互匹配，在實際生產(chǎn)中加以修正，鍋爐平管板筒體實現(xiàn)全部埋弧自動焊就能達到滿意效果。

[1] 吳成材.焊接詞典[M].第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2] 美國國家標準學會ANSI AWS D1.1/1.1M-2006鋼結構焊接規(guī)范[M].北京：北方資訊服務中心出版社，2001.

[3] AWS A3.0:2001 Standard Welding Terms and Definitions[M].USA：Document provided by IHS Licensee，2003.

[4] 楊松.鍋爐壓力容器焊接技術培訓教材[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5] 王文瀚.焊接技術手冊[M].鄭州：河南科學技術出版社，2004.

[6] 左傳付，王志宏.鍋殼式鍋爐平管板的低成本焊接自動化[J].金屬加工(熱加工)，2009（10）：39-40.

[7] 郭平，俞樹榮，王宏建.工業(yè)鍋爐平管板和凸形管板結構的有限元分析比較[J].工業(yè)鍋爐，2008（1）：11-14.

[8] 邢芳，劉斌，王亮，等.2.25Cr-1Mo鋼的埋弧自動焊工藝研究[J].煉油與化工，2010（1）：31-33,59.

[9] 劉瑞祥，張德文，程鐵軍，等.儲罐橫向埋弧自動焊焊縫裂紋的防治措施[J].石油工程建設，2010（4）：44-46.

[10] 陸冬梓.大型鋼結構井架埋弧自動焊焊接工藝探討[J].科技風，2011，9（上）：39-40.