楊斌

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，把高新技術(shù)元素高強(qiáng)度、抗腐蝕性、耐熱材料融入到鍋爐壓力容器生產(chǎn)過(guò)程中，使得我國(guó)鍋爐壓力容器各方面性能有了很大程度的提高。文章通過(guò)在鍋爐壓力容器廠多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)文獻(xiàn)的查找，分析了集中焊接自動(dòng)化技術(shù)在鍋爐壓力容器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鍋爐壓力容器；焊接自動(dòng)化技術(shù)；抗壓能力；焊接質(zhì)量；導(dǎo)熱性能 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG409 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.027

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鍋爐壓力容器的需求日益增多，如果鍋爐壓力容器的性能存在很大缺陷，勢(shì)必會(huì)影響鍋爐壓力容器企業(yè)的發(fā)展，所以工業(yè)企業(yè)對(duì)鍋爐壓力容器性能的要求越來(lái)越高。不但要求鍋爐壓力容器非常好的抗壓能力，而還需要其具有非常好的導(dǎo)熱性能，這就對(duì)鍋爐壓力容器的焊接提出了更高的要求。如果選擇人工焊接，有很多的客觀影響因素，鍋爐壓力容器焊接的質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。但是隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展焊接自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，在鍋爐壓力容器中應(yīng)用焊接自動(dòng)化技術(shù)能在很大程度上提高焊接的質(zhì)量，從而達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

1 鍋爐壓力容器焊接自動(dòng)化的應(yīng)用

1.1 焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

焊接自動(dòng)化技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和焊接技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種新型焊接方式，把相關(guān)的焊接工藝和參數(shù)的程序輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，通過(guò)應(yīng)用高科技的焊接技術(shù)，既能提高鍋爐壓力容器焊接的質(zhì)量，而且還能減少勞動(dòng)力，提高焊接的效率。目前在我國(guó)焊接自動(dòng)化技術(shù)中使用最多的自動(dòng)化技術(shù)就是開(kāi)環(huán)控制自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)焊接自動(dòng)化，使得焊接的操作工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化操作。如果在焊接過(guò)程中遇到比較困難的焊接環(huán)境，通過(guò)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)就能降低焊接的難度，保證焊接質(zhì)量，通過(guò)借助高科技裝置、多功能焊機(jī)以及相配套的軟件程序，實(shí)現(xiàn)鍋爐壓力容器的自動(dòng)化焊接。目前我國(guó)焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)零件成型、坡口制備、定位夾緊、焊后清理等操作程序的自動(dòng)化操作。我國(guó)經(jīng)常使用的焊接自動(dòng)化有等離子焊接技術(shù)、埋弧焊自動(dòng)化、微型計(jì)算機(jī)控制焊接自動(dòng)化以及機(jī)器人自動(dòng)焊接，其中電阻點(diǎn)焊自動(dòng)化、焊條電弧焊自動(dòng)化沒(méi)有廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中，而微型計(jì)算機(jī)控制焊接自動(dòng)化以及機(jī)器人自動(dòng)焊接由于焊接的成本比較高，一般應(yīng)用在航空航天、深海探測(cè)等設(shè)備制造過(guò)程中。

1.2 鍋爐壓力容器

鍋爐壓力容器是鍋爐和壓力容器的全稱，無(wú)論是鍋爐還是壓力容器都屬于特殊設(shè)備，在生產(chǎn)過(guò)程中都需要特殊的生產(chǎn)工藝，并且能夠承受一定的壓力。鍋爐和壓力容器對(duì)焊機(jī)工藝和技術(shù)有很高的要求，如果在焊接過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，就會(huì)對(duì)企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，通過(guò)完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年都有鍋爐壓力容器爆炸的事故發(fā)生，有很多原因都是因?yàn)楹附舆^(guò)程中沒(méi)有密封好或者焊接牢固程度造成的。除此之外，焊接工藝對(duì)鍋爐壓力容器的質(zhì)量也有很大影響。

2 常見(jiàn)焊接自動(dòng)化技術(shù)及其在鍋爐壓力容器制造中的應(yīng)用

2.1 膜式壁焊機(jī)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)線越來(lái)越多樣化，其中膜式壁生產(chǎn)線中主要應(yīng)有的就是膜式壁焊機(jī)。在以前這種焊機(jī)是通過(guò)進(jìn)口來(lái)滿足我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)需要。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展對(duì)膜式壁焊機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新和完善，目前我國(guó)膜式壁焊接技術(shù)已經(jīng)非常成熟，適用于各種焊接環(huán)境。膜式壁焊機(jī)按照焊接的操作過(guò)程可分為氣體保護(hù)焊和埋弧焊，氣體保護(hù)焊具有焊縫完整、焊接性能好的特點(diǎn)，埋弧焊焊接產(chǎn)生的有害氣體比較少。在鍋爐壓力容器生產(chǎn)中，兩種焊接方式的應(yīng)用也有不同，比如東方鍋爐廠采用的是氣體保護(hù)焊的焊接工藝，武漢鍋爐廠主要采用的是埋弧焊接工藝。氣體保護(hù)焊是一種簡(jiǎn)單焊接自動(dòng)化設(shè)備，我國(guó)生產(chǎn)的氣體保護(hù)焊的焊槍能達(dá)到20頭，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在一些生產(chǎn)廠家甚至造成出44頭的氣體保護(hù)焊焊槍。埋弧焊的焊槍一般為12頭，膜式壁焊機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)適用于對(duì)稱的焊接，而鍋爐壓力容器就是一種圓形的對(duì)稱焊接，所以膜式壁焊機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)比較適合鍋爐壓力容器的焊接，在焊接過(guò)程中選擇鍋爐壓力容器的上下同時(shí)焊接，能在很大程度上提高焊接的效率。但是由于我國(guó)目前還是發(fā)展中國(guó)家，膜式壁生產(chǎn)線中還有很多企業(yè)選擇人工焊接，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，而且焊接的效率也比較低，所有還需要相關(guān)人士不懈努力，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

2.2 直管接長(zhǎng)焊機(jī)

由于鍋爐壓力容器是一種封閉型的容器，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大熱量，就需要一些管線來(lái)進(jìn)行熱量的輸出，防止因?yàn)檫^(guò)熱發(fā)生事故。在鍋爐壓力容器中也經(jīng)常設(shè)計(jì)出類似的裝置來(lái)，疏散鍋爐壓力容器的熱量，把鍋爐壓力容器的溫度控制在一定的范圍內(nèi)。通常情況下在鍋爐壓力容器設(shè)計(jì)中有一些管理到輸出的渠道，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在鍋爐壓力容器應(yīng)用焊接自動(dòng)化技術(shù)，能很大程度上提高焊接的質(zhì)量，在鍋爐壓力容器中管子預(yù)處理中對(duì)焊接技術(shù)有更高的要求，所以很多鍋爐壓力容器的生產(chǎn)廠家選擇直管接長(zhǎng)焊機(jī)對(duì)鍋爐壓力容器中管子預(yù)處理進(jìn)行焊接。比如我國(guó)武漢鍋爐廠和美國(guó)的阿爾斯通公司開(kāi)始合作，從美國(guó)引進(jìn)了先進(jìn)的處理生產(chǎn)線，其中包括管子定長(zhǎng)切斷、管內(nèi)清理機(jī)、管端內(nèi)外磨光機(jī)等先進(jìn)的設(shè)備和裝置。管子的預(yù)處理線中應(yīng)用了PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了管子的預(yù)處理的自動(dòng)化生產(chǎn)。

通過(guò)應(yīng)用了PLC自動(dòng)化控制直管接長(zhǎng)焊機(jī)，自動(dòng)化程度有了很大提升，而且坡口表面光潔，焊接準(zhǔn)確度高，還能提高焊接的質(zhì)量，PLC自動(dòng)化焊接，能夠循環(huán)往復(fù)地工作，能夠同時(shí)切割和焊接，具有非常強(qiáng)的完整性，能很大程度上提高直管的焊接質(zhì)量。

2.3 馬鞍形焊機(jī)

在鍋爐壓力容器生產(chǎn)過(guò)程中，需要把兩個(gè)圓柱型的焊接接頭相連，比如鍋爐壓力容器下降管、短管接管都需要相互連接，才能保證鍋爐壓力容器的質(zhì)量。這些焊接接頭在形狀和規(guī)格上有很大的不同，給連接過(guò)程增加了很大的難度，這就對(duì)焊機(jī)的靈活性有很高要求，為了保證焊接接頭能很好連接，我國(guó)一些鍋爐壓力容器的生產(chǎn)廠家選擇馬鞍形焊機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)接頭的無(wú)縫焊接。比如遼寧省鍋爐廠在鍋爐壓力容器接頭連接過(guò)程中就選擇了馬機(jī)形焊接，很好地解決了接頭焊接問(wèn)題。從此以后，馬鞍形焊機(jī)就成了我國(guó)鍋爐壓力容器必不可少的一種焊接方式。目前很多大型的鍋爐壓力容器生產(chǎn)廠家都選擇了馬鞍形焊機(jī)，從而在很大程度上提高了圓柱接頭相連的質(zhì)量和效率，使得鍋爐壓力容器生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高。隨著我國(guó)鍋爐壓力容器事業(yè)的發(fā)展，又出現(xiàn)了很多需要偏向連接和斜向連接的接頭，馬鞍形焊機(jī)就不適合偏向連接和斜向連接的接頭。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)很多企業(yè)把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到馬鞍形焊機(jī)中，對(duì)馬鞍形焊機(jī)進(jìn)行升級(jí)和完善，保證馬鞍形焊機(jī)適用由于更多的焊接環(huán)境，通過(guò)把計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到馬鞍形焊機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)了馬鞍形焊機(jī)的自動(dòng)化。其主要的措施如下：首先，通過(guò)數(shù)控技術(shù)建立數(shù)字模型，并把焊接需要的相關(guān)參數(shù)編寫到計(jì)算系統(tǒng)中，根據(jù)焊接過(guò)程的實(shí)際需要比如兩根直管之間的直徑、傾斜角度等基礎(chǔ)條件，計(jì)算出焊頭應(yīng)該運(yùn)行的軌跡，保證焊槍能根據(jù)指定的程序進(jìn)行焊接；然后，在焊接的過(guò)程中，一定要保證焊槍和直管同步運(yùn)行，保證焊槍的位置一直都處于水平位置，從而提高焊接的質(zhì)量，同時(shí)也很好地解決了原來(lái)馬鞍形焊機(jī)遇到的難題，保證鍋爐壓力容器生產(chǎn)的質(zhì)量，減少了安全事故發(fā)生的概率。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，很大程度提高了馬鞍形焊機(jī)的自動(dòng)化水平，同時(shí)還能保證馬鞍形焊機(jī)全方位多功能發(fā)展。比如采用四軸數(shù)控馬鞍形焊機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)焊透升降、水平、宣紙的運(yùn)動(dòng)，提高馬鞍形焊機(jī)的適用能力，通過(guò)建立數(shù)控模型和分析相關(guān)的焊接參數(shù)，能提高馬鞍形焊機(jī)的靈活性，更好地控制焊頭運(yùn)行的軌跡，保證焊槍能實(shí)現(xiàn)馬鞍形軌跡焊接。焊接過(guò)程的焊接方式并不是一成不變的，在焊接過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際的焊槍情況，調(diào)動(dòng)和改善焊槍的位置，從而保證焊槍運(yùn)行的軌跡能符合鍋爐壓力容器接頭焊接的要求。

2.4 集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接的應(yīng)用

集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接由浮動(dòng)式動(dòng)力頭、四臺(tái)無(wú)動(dòng)力滾輪架（其中兩臺(tái)帶液壓升降功能，用于對(duì)口）、一套四軸數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鎢極與焊絲同步擺動(dòng)的窄間隙熱絲TIG焊槍、TIG及熱絲電源和控制系統(tǒng)組成。集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接的應(yīng)有以下優(yōu)勢(shì)：

2.4.1 焊接方便快捷。集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接焊口組裝好以后不需要點(diǎn)焊，通過(guò)冷絲TIG的焊接工藝完成封底焊接，全過(guò)程由一套完整的四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成，從而保證焊槍能做規(guī)則的圓弧、向心等運(yùn)動(dòng)，保證焊接的質(zhì)量。在這一過(guò)程中，要注意現(xiàn)焊120°的弧長(zhǎng)，保證兩側(cè)的工件能緊密地聯(lián)系在一起。

2.4.2 減少操作程序。在集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接中，焊槍是不需要?jiǎng)拥模ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)被焊工件對(duì)剩下的2400°弧長(zhǎng)進(jìn)行焊接。

2.4.3 焊接質(zhì)量好。在集箱環(huán)縫TI自動(dòng)封底焊接中，通過(guò)熱絲TIG焊進(jìn)行填充焊，保證工件的焊縫寬度達(dá)到規(guī)定的要求，從而提高焊接質(zhì)量，在焊接過(guò)程中選擇了鎢極和與焊絲同步擺動(dòng)的窄間隙TIG焊槍確保填充層焊縫厚度在6mm以上，以滿足埋弧自動(dòng)焊的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展，對(duì)鍋爐壓力容器質(zhì)量的要求越來(lái)越高，所以把焊接自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到鍋爐壓力容器的生產(chǎn)過(guò)程中，大幅度提升了鍋爐壓力容器的質(zhì)量。但是和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在鍋爐壓力容器的焊接自動(dòng)化化程度還明顯不足，需要通過(guò)各大企業(yè)之間相互合作才能提高焊接自動(dòng)化程度，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)鍋爐壓力容器實(shí)驗(yàn)健康快速的發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）