鍋爐、壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展探討

宋延淼

【摘 要】制造鍋爐、壓力容器過程中，焊接是重要環(huán)節(jié)之一，焊接質(zhì)量將直接關(guān)系到鍋爐壓力容器成品質(zhì)量。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，為鍋爐、壓力容器焊接帶來了有力的技術(shù)支持，極大程度上提升了焊接質(zhì)量與焊接效率。基于此，本文對(duì)鍋爐、壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了綜合性分析，分別從硬件技術(shù)、軟件技術(shù)及焊機(jī)應(yīng)用等方面進(jìn)行了闡述，并提出了相關(guān)觀點(diǎn)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】鍋爐 壓力容器 焊接 自動(dòng)化技術(shù)

焊接技術(shù)自動(dòng)化程度已成為衡量工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。通過采取具備自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、檢測(cè)、加工的設(shè)備進(jìn)行焊接，可進(jìn)一步提升焊接產(chǎn)品質(zhì)量、焊接效率。同時(shí)，自動(dòng)化焊接可降低人力成本及人力勞動(dòng)負(fù)荷，讓生產(chǎn)流程得到優(yōu)化。現(xiàn)代焊接自動(dòng)化技術(shù)由微機(jī)波控焊接逐漸演變而來，通過將智能化焊接設(shè)備、柔性工作站等進(jìn)行組合，再經(jīng)過集成制造系統(tǒng)作用，形成了智能化焊接生產(chǎn)線。

1硬件技術(shù)

從鍋爐、壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展角度來看，焊接自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)充，且應(yīng)用層面也在逐漸加深。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)自動(dòng)化焊接設(shè)備數(shù)量已達(dá)所有焊接設(shè)備數(shù)量的50%以上，這也標(biāo)志著我國(guó)焊接生產(chǎn)制造行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段[1]。其中，逆變焊接設(shè)備由于其穩(wěn)定的性能及良好的焊接質(zhì)量，而受到了廣泛關(guān)注。逆變焊接是一種新型焊接技術(shù)，其電流結(jié)構(gòu)以整流→逆變→再整流的過程運(yùn)作。逆變焊接電源具有低電壓（10V至50V）、大電流（20A至100A）的特點(diǎn)[2]，頻率為幾十千赫茲至幾百千赫茲。實(shí)際操作過程中，逆變焊接設(shè)備具有較強(qiáng)的電氣性能，并且在不同焊接環(huán)境下均可獲取較為理想的焊接質(zhì)量。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，逆變焊接自動(dòng)化設(shè)備占比已超過30%，而我國(guó)則處于普及階段，整個(gè)技術(shù)體系還有待完善。隨著柔性焊接技術(shù)的不斷普及，相關(guān)工藝成本有所降低，這為焊接自動(dòng)化發(fā)展提供了有力支持。為了讓焊接自動(dòng)化程度進(jìn)一步提升，還需完善計(jì)算機(jī)自動(dòng)化平臺(tái)，以此來推動(dòng)設(shè)備改進(jìn)、工藝改進(jìn)，將傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代化工藝結(jié)合起來，形成互補(bǔ)。

2軟件技術(shù)

除硬件平臺(tái)外，鍋爐、壓力容器焊接自動(dòng)化還離不開軟件平臺(tái)的支持。只有當(dāng)硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)充分結(jié)合時(shí)，才能讓自動(dòng)焊接系統(tǒng)的功能效用充分發(fā)揮出來。鍋爐、壓力容器焊接自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)過程中，跟蹤焊接是核心技術(shù)部分。目前，跟蹤焊接技術(shù)主要分為兩類，即非接觸式與接觸式[3]。（1）接觸式跟蹤焊接主要通過橫向跟蹤或縱向跟蹤來保持恒定焊接距離，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。由于實(shí)際測(cè)量過程中，傳感器會(huì)受到相關(guān)因素干擾，導(dǎo)致精確度下降，坡口設(shè)計(jì)及產(chǎn)品裝配受到一定程度影響。因此，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)微調(diào)，以維持恒定焊接距離。（2）非接觸式跟蹤焊接可采取超聲波跟蹤傳感器對(duì)焊接距離進(jìn)行感知，從而保持焊接距離固定不變。超聲波跟蹤傳感器不會(huì)受到電弧強(qiáng)光及電磁場(chǎng)干擾，具有較高的穩(wěn)定性。非接觸跟蹤焊接具有更好的適應(yīng)性，可滿足各類制造需求，也可有效控制焊接成本，未來將會(huì)成為自動(dòng)焊接的主流發(fā)展方向。自動(dòng)焊接系統(tǒng)在人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軐＜蚁到y(tǒng)，以知識(shí)庫(kù)與推理設(shè)備為基礎(chǔ)，將促使整體性自動(dòng)化水準(zhǔn)得以提升。利用人工智能技術(shù)如智能傳感器、智能通訊網(wǎng)絡(luò)等可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化產(chǎn)品檢查，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，可強(qiáng)化定位精準(zhǔn)度，并對(duì)線能量、焊接路徑、擺動(dòng)參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，使得焊接質(zhì)量、效率大幅度提升，以獲取優(yōu)良的焊接產(chǎn)品。

3焊機(jī)應(yīng)用

3.1 膜式壁焊機(jī)

鍋爐膜式壁生產(chǎn)過程中，膜式焊機(jī)發(fā)揮了核心作用。膜式壁焊接主要分為兩類，即氣體保護(hù)焊機(jī)與埋弧焊機(jī)。氣體保護(hù)焊機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，焊槍可達(dá)20頭以上；埋弧焊機(jī)焊槍數(shù)量一般為12頭。膜式壁焊機(jī)多用于對(duì)稱設(shè)備焊接，在鍋爐等設(shè)備焊接中具有較好效果。膜式壁焊機(jī)工作時(shí)，可從上下端同時(shí)進(jìn)行焊接，最多可保持4個(gè)工位同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，大幅度提升了焊接效率[4]。由膜式壁焊機(jī)所得到的焊接產(chǎn)品，尺寸精確度較高，且形變量較小，但操作上還不能完全脫離人工操作，自動(dòng)化程度有待提升。

3.2馬鞍形焊機(jī)

鍋爐、壓力容器制造過程中，存在大量?jī)蓤A柱體相互貫穿的焊接接頭，如鍋爐中的下降管、接管等。這些焊接接頭規(guī)格不一，相互貫穿的方式差異性較大。因此，這些焊接接頭對(duì)焊機(jī)的靈活性具有較高要求，而馬鞍形焊機(jī)功能則與上述需求具有高度契合性。大型鍋爐生產(chǎn)過程中，都會(huì)應(yīng)用到馬鞍形焊機(jī)，其可大幅度提升圓柱體相互貫焊接接頭的焊接質(zhì)量及效率。壓力容器不斷發(fā)展過程中，又出現(xiàn)了部分斜交、偏交的相貫接頭，上述馬鞍形焊機(jī)并不能滿足這種特殊形狀焊接需求。為此，初代馬鞍形焊機(jī)也開始逐步升級(jí)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，衍生出了一系列新型產(chǎn)品。即利用數(shù)控技術(shù)構(gòu)建相關(guān)數(shù)學(xué)模型，以實(shí)際偏交、斜交數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)焊頭運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬，使焊槍按照預(yù)先設(shè)定的軌跡所運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，讓焊槍與主管同步運(yùn)動(dòng)，以確保焊接位置保持在水平狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了特殊形狀的焊接。

3.3直管接長(zhǎng)焊機(jī)

直管接長(zhǎng)焊機(jī)主要用于管線焊接。為優(yōu)化直管接長(zhǎng)焊機(jī)工作流程，可將管端數(shù)控倒角機(jī)、管端內(nèi)外磨光機(jī)、定長(zhǎng)切斷設(shè)備等裝置組合起來，構(gòu)建出一條管路預(yù)處理線，并利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。預(yù)處理線為直管接長(zhǎng)焊機(jī)提供了良好的工作環(huán)境，使其能夠在整個(gè)作業(yè)面上反復(fù)運(yùn)行，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)加工鏈，大幅度提升了管線焊接效率與質(zhì)量。

4 結(jié)語

鍋爐、壓力容器焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是壓力容器制造的必然需求。與此同時(shí)，智能化技術(shù)的不斷成熟將進(jìn)一步促進(jìn)壓力容器焊接發(fā)展，使焊接質(zhì)量、效率達(dá)到更高水準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]范逸.鍋爐壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)和應(yīng)用[J].辦公自動(dòng)化，2014，（01）：61-62+50.

[2]白海燕.壓力容器材料及焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展[J].中外企業(yè)家，2014，（03）：212-213.

[3]竇萬波，卜華全.我國(guó)壓力容器用鋼焊接技術(shù)的最新進(jìn)展[J].金屬加工（熱加工），2008，（24）：23-31.

[4]張新艷.壓力容器焊接技術(shù)的新發(fā)展[J].科技與企業(yè)，2012，（14）：360.