高效焊割設備在換熱器制造中的應用

李憲亮

1. 公司主要產品概況

我公司自1994年取得壓力容器制造許可證以來，長期致力于新型、高效、耐腐蝕換熱器設備的設計制造與開發，與中國石化建設公司、洛陽石化工程公司、北京化工大學等多家科研院校建立密切合作關系。通過引進和開發的新型、高效、耐腐蝕換熱器主要有T型翅片管重沸器、折流桿換熱器、雙弓折流板換熱器、波紋管換熱器、滲鋁管換熱器、螺旋波紋管換熱器、大型立式換熱器及復合板換熱器等。

近期公司與設計院合作開發新產品旋風分離器，取得了良好的社會效益。制造過程中涉及到的材料有碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼、雙相鋼、鎳鋼和鈦材等，這些材料在制造過程中對切割和焊接技術都有具體要求。

目前我公司針對以上產品及材料的切割設備有手工火焰切割、半自動火焰切割、等離子切割，以及銑邊機、刨床、車床及水刀切割等硬件設施。焊接設備主要有電焊機、氬弧焊機、埋弧焊焊機和管頭自動焊焊機等。

2. 高效焊接與切割方法的應用

公司主打產品以換熱器為主，換熱器規格一般為DN300~DN3 600mm。針對小直徑換熱器，以DN500mm以下為例，主要焊接方法還是以焊條電弧焊為主，具體過程是使用手工氬弧焊打底、單面焊雙面成形，然后使用焊條電弧焊填充蓋面。對于小直徑筒體設備，也使用過埋弧焊蓋面的方法，但主要由于直徑小、焊接位置曲面小、焊縫成形差，因此使用效率不高。對于規格在DN500~DN900mm之間的設備，一般采用氬弧焊打底、焊條電弧焊+埋弧焊填充、埋弧焊蓋面。而對于尺寸＞DN1 000mm的設備，坡口留有一定的鈍邊，直接使用埋弧焊填充蓋面，背面碳弧氣刨清根焊接。

換熱器管頭焊接，是本公司優勢之一，主要焊接設備為氬弧焊焊機和管板自動焊焊機。隨著半自動與自動化技術的快速發展，越來越多的用戶對管頭提出自動化焊接的要求，為此公司從2002年引進管板自動焊焊機設備，走在了管頭焊接這一領域的前端。為以后該自動化焊接技術的發展打下了堅實的基礎。

自動化是切割與焊接行業發展的未來趨勢。一個小小的進步，都將是整個行業的進步。最近我公司與某設備生產廠合作，發明的管箱或外頭蓋環縫埋弧焊焊接滾輪架（見圖1），就解決了管箱或外頭蓋環縫焊接的難題，大大提高了生產效率。

滾輪架在換熱器制造過程中應用非常廣泛，通過滾輪架的轉動，實現設備環縫和角焊縫的焊接工作。一般的換熱器主要是圓筒狀結構，包括殼體、管箱及外頭蓋等結構。殼體環縫的焊接，由于殼體長度一般比較大，在一般的滾輪架上就能夠實現焊接工作，而管箱和外頭蓋長度一般都比較短，通過一般的滾輪架很難實現其環縫的焊接。以前對于這兩種部件的焊接方法主要是：管箱或外頭蓋通過法蘭，用螺栓固定于殼體法蘭上，這樣的做法首先要求管箱或外頭蓋法蘭與殼體法蘭規格要類似，才能通過螺栓孔聯接在一起，實際運用過程中比較消耗時間與人力，影響生產效率。

經過研究和設備制造廠合作開發的滾輪架，是專門用于管箱或外頭蓋或類似零部件的環縫焊接滾動裝置。結構簡單，通過手控盒操作，實現滾輪的距離調節和滾動，從而實現單獨管箱或外頭蓋旋轉，再配合埋弧焊機，實現管箱或外頭蓋等類似零部件的滾動焊接，不僅節約了人力和物力，而且提高了生產效率，降低了勞動強度。

3. 高效設備與材料的發展趨勢

圖1

切割與焊接技術的發展，在很大程度依靠設備的發展。但就壓力容器行業來說，目前的自動化程度并不高。在2015年第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會上，有很多先進的設備，例如機器人焊接、機器人切割設備等，如圖2所示。但總體給我的感覺，這些設備雖然先進，但對于壓力容器行業，尤其在換熱器制造過程中應用前景并不大。因為各種先進的切割與焊接設備主要還是針對批量生產的產品應用比較廣泛，但在換熱器行業，由于結構比較復雜、規格大小不一，故很難實現其自動化生產。例如小直徑筒體的縱縫、環縫的焊接，如果使用小埋弧焊設備，首先對其切割、裝配就提出了更高的要求、必須完全達到尺寸精度才能施焊。其次焊接完成后，因為內部要裝入管束，所以焊縫必須與母材磨平。由于筒體直徑小，所以人的身體難以進入，為此修磨比較困難。因此，目前壓力容器焊接與切割技術的發展還是比較滯后的，很大程度上還是依靠人來完成主要工作。

圖2

機器代替人的時代是趨勢，對于壓力容器行業來說還有很多需要改進的地方。比如現在的管板自動焊設備焊接管頭時，還需要人工換焊接管頭的位置，如果未來設備能夠自動找準定位焊接，那將大大提高生產效率。再比如應用廣泛的埋弧焊設備，在焊接過程需要焊工隨時觀察焊接情況、隨時調節焊接位置，那么未來設備如果能夠增加傳感系統自動完成焊接，則可以大大減少人力投入。

為提高焊接效率，還要注重焊接材料的發展。目前針對壓力容器焊材的標準為NB/T47018—2011，但在國內市場上焊材牌號比較混亂，同一種焊材，不同的標識方法，雖然國家有統一的型號，但制造廠家又有自己的表示方法。應用比較廣泛的焊材主要是焊條和實芯焊絲。焊條有其優勢，但效率低限制了其發展空間。相對而言，實芯焊絲的發展空間比較大，目前應用廣泛的埋弧焊方法就是實芯焊絲配合相應的焊劑使用，一些機器人焊接所使用的也是實芯焊絲配合相應的氣體保護。而CO2藥芯焊絲由于其酸性特性，并且考慮其藥粉可能的不均勻性，容易受潮的性質，在壓力容器行業并不建議使用，在其他行業中的應用則比較廣泛。