鍋爐壓力容器焊接自動化技術應用探討

楊斌

摘要：隨著我國科學技術的發展，把高新技術元素高強度、抗腐蝕性、耐熱材料融入到鍋爐壓力容器生產過程中，使得我國鍋爐壓力容器各方面性能有了很大程度的提高。文章通過在鍋爐壓力容器廠多年的工作經驗以及相關文獻的查找，分析了集中焊接自動化技術在鍋爐壓力容器中的應用。

關鍵詞：鍋爐壓力容器；焊接自動化技術；抗壓能力；焊接質量；導熱性能 文獻標識碼：A

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

隨著我國社會經濟的發展，在工業生產過程中對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，勢必會影響鍋爐壓力容器企業的發展，所以工業企業對鍋爐壓力容器性能的要求越來越高。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熱性能，這就對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量達不到預期設計的效果。但是隨著我國科學技術的發展焊接自動化技術被廣泛應用在工業生產中，在鍋爐壓力容器中應用焊接自動化技術能在很大程度上提高焊接的質量，從而達到預期的設計要求。

1 鍋爐壓力容器焊接自動化的應用

1.1 焊接自動化技術的應用

焊接自動化技術是建立在計算機技術和焊接技術基礎之上的一種新型焊接方式，把相關的焊接工藝和參數的程序輸入到計算機系統上，從而實現自動化焊接，通過應用高科技的焊接技術，既能提高鍋爐壓力容器焊接的質量，而且還能減少勞動力，提高焊接的效率。目前在我國焊接自動化技術中使用最多的自動化技術就是開環控制自動化系統，通過焊接自動化，使得焊接的操作工序實現自動化操作。如果在焊接過程中遇到比較困難的焊接環境，通過閉環自動控制系統就能降低焊接的難度，保證焊接質量，通過借助高科技裝置、多功能焊機以及相配套的軟件程序，實現鍋爐壓力容器的自動化焊接。目前我國焊接自動化技術的發展已經能夠實現零件成型、坡口制備、定位夾緊、焊后清理等操作程序的自動化操作。我國經常使用的焊接自動化有等離子焊接技術、埋弧焊自動化、微型計算機控制焊接自動化以及機器人自動焊接，其中電阻點焊自動化、焊條電弧焊自動化沒有廣泛地應用在工業生產自動化中，而微型計算機控制焊接自動化以及機器人自動焊接由于焊接的成本比較高，一般應用在航空航天、深海探測等設備制造過程中。

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，無論是鍋爐還是壓力容器都屬于特殊設備，在生產過程中都需要特殊的生產工藝，并且能夠承受一定的壓力。鍋爐和壓力容器對焊機工藝和技術有很高的要求，如果在焊接過程中出現質量問題，就會對企業造成很大的經濟損失，通過完全統計，我國每年都有鍋爐壓力容器爆炸的事故發生，有很多原因都是因為焊接過程中沒有密封好或者焊接牢固程度造成的。除此之外，焊接工藝對鍋爐壓力容器的質量也有很大影響。

2 常見焊接自動化技術及其在鍋爐壓力容器制造中的應用

2.1 膜式壁焊機

隨著我國經濟的發展，工業生產線越來越多樣化，其中膜式壁生產線中主要應有的就是膜式壁焊機。在以前這種焊機是通過進口來滿足我國工業生產需要。經過多年的發展對膜式壁焊機的基礎進行創新和完善，目前我國膜式壁焊接技術已經非常成熟，適用于各種焊接環境。膜式壁焊機按照焊接的操作過程可分為氣體保護焊和埋弧焊，氣體保護焊具有焊縫完整、焊接性能好的特點，埋弧焊焊接產生的有害氣體比較少。在鍋爐壓力容器生產中，兩種焊接方式的應用也有不同，比如東方鍋爐廠采用的是氣體保護焊的焊接工藝，武漢鍋爐廠主要采用的是埋弧焊接工藝。氣體保護焊是一種簡單焊接自動化設備，我國生產的氣體保護焊的焊槍能達到20頭，隨著科學技術的發展，在一些生產廠家甚至造成出44頭的氣體保護焊焊槍。埋弧焊的焊槍一般為12頭，膜式壁焊機的自動化技術適用于對稱的焊接，而鍋爐壓力容器就是一種圓形的對稱焊接，所以膜式壁焊機的自動化技術比較適合鍋爐壓力容器的焊接，在焊接過程中選擇鍋爐壓力容器的上下同時焊接，能在很大程度上提高焊接的效率。但是由于我國目前還是發展中國家，膜式壁生產線中還有很多企業選擇人工焊接，勞動強度非常大，而且焊接的效率也比較低，所有還需要相關人士不懈努力，爭取早日實現自動化焊接。

2.2 直管接長焊機

由于鍋爐壓力容器是一種封閉型的容器，在運行過程中會產生很大熱量，就需要一些管線來進行熱量的輸出，防止因為過熱發生事故。在鍋爐壓力容器中也經常設計出類似的裝置來，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。通常情況下在鍋爐壓力容器設計中有一些管理到輸出的渠道，隨著我國科學技術的發展，在鍋爐壓力容器應用焊接自動化技術，能很大程度上提高焊接的質量，在鍋爐壓力容器中管子預處理中對焊接技術有更高的要求，所以很多鍋爐壓力容器的生產廠家選擇直管接長焊機對鍋爐壓力容器中管子預處理進行焊接。比如我國武漢鍋爐廠和美國的阿爾斯通公司開始合作，從美國引進了先進的處理生產線，其中包括管子定長切斷、管內清理機、管端內外磨光機等先進的設備和裝置。管子的預處理線中應用了PLC自動化控制系統，從而實現了管子的預處理的自動化生產。

通過應用了PLC自動化控制直管接長焊機，自動化程度有了很大提升，而且坡口表面光潔，焊接準確度高，還能提高焊接的質量，PLC自動化焊接，能夠循環往復地工作，能夠同時切割和焊接，具有非常強的完整性，能很大程度上提高直管的焊接質量。

2.3 馬鞍形焊機

在鍋爐壓力容器生產過程中，需要把兩個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量。這些焊接接頭在形狀和規格上有很大的不同，給連接過程增加了很大的難度，這就對焊機的靈活性有很高要求，為了保證焊接接頭能很好連接，我國一些鍋爐壓力容器的生產廠家選擇馬鞍形焊機來實現接頭的無縫焊接。比如遼寧省鍋爐廠在鍋爐壓力容器接頭連接過程中就選擇了馬機形焊接，很好地解決了接頭焊接問題。從此以后，馬鞍形焊機就成了我國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廠家都選擇了馬鞍形焊機，從而在很大程度上提高了圓柱接頭相連的質量和效率，使得鍋爐壓力容器生產企業的經濟效益大幅度提高。隨著我國鍋爐壓力容器事業的發展，又出現了很多需要偏向連接和斜向連接的接頭，馬鞍形焊機就不適合偏向連接和斜向連接的接頭。隨著計算機技術的發展，我國很多企業把計算機技術應用到馬鞍形焊機中，對馬鞍形焊機進行升級和完善，保證馬鞍形焊機適用由于更多的焊接環境，通過把計算機數控技術應用到馬鞍形焊機中，從而實現了馬鞍形焊機的自動化。其主要的措施如下：首先，通過數控技術建立數字模型，并把焊接需要的相關參數編寫到計算系統中，根據焊接過程的實際需要比如兩根直管之間的直徑、傾斜角度等基礎條件，計算出焊頭應該運行的軌跡，保證焊槍能根據指定的程序進行焊接；然后，在焊接的過程中，一定要保證焊槍和直管同步運行，保證焊槍的位置一直都處于水平位置，從而提高焊接的質量，同時也很好地解決了原來馬鞍形焊機遇到的難題，保證鍋爐壓力容器生產的質量，減少了安全事故發生的概率。通過應用計算機數控技術，很大程度提高了馬鞍形焊機的自動化水平，同時還能保證馬鞍形焊機全方位多功能發展。比如采用四軸數控馬鞍形焊機能夠實現焊透升降、水平、宣紙的運動，提高馬鞍形焊機的適用能力，通過建立數控模型和分析相關的焊接參數，能提高馬鞍形焊機的靈活性，更好地控制焊頭運行的軌跡，保證焊槍能實現馬鞍形軌跡焊接。焊接過程的焊接方式并不是一成不變的，在焊接過程中，要根據實際的焊槍情況，調動和改善焊槍的位置，從而保證焊槍運行的軌跡能符合鍋爐壓力容器接頭焊接的要求。

2.4 集箱環縫TI自動封底焊接的應用

集箱環縫TI自動封底焊接由浮動式動力頭、四臺無動力滾輪架（其中兩臺帶液壓升降功能，用于對口）、一套四軸數控運動機構、鎢極與焊絲同步擺動的窄間隙熱絲TIG焊槍、TIG及熱絲電源和控制系統組成。集箱環縫TI自動封底焊接的應有以下優勢：

2.4.1 焊接方便快捷。集箱環縫TI自動封底焊接焊口組裝好以后不需要點焊，通過冷絲TIG的焊接工藝完成封底焊接，全過程由一套完整的四軸運動機構完成，從而保證焊槍能做規則的圓弧、向心等運動，保證焊接的質量。在這一過程中，要注意現焊120°的弧長，保證兩側的工件能緊密地聯系在一起。

2.4.2 減少操作程序。在集箱環縫TI自動封底焊接中，焊槍是不需要動的，通過轉動被焊工件對剩下的2400°弧長進行焊接。

2.4.3 焊接質量好。在集箱環縫TI自動封底焊接中，通過熱絲TIG焊進行填充焊，保證工件的焊縫寬度達到規定的要求，從而提高焊接質量，在焊接過程中選擇了鎢極和與焊絲同步擺動的窄間隙TIG焊槍確保填充層焊縫厚度在6mm以上，以滿足埋弧自動焊的要求。

3 結語

綜上所述，隨著我國社會經濟的發展，我國工業生產快速發展，對鍋爐壓力容器質量的要求越來越高，所以把焊接自動化技術應用到鍋爐壓力容器的生產過程中，大幅度提升了鍋爐壓力容器的質量。但是和歐美等發達國家相比，我國在鍋爐壓力容器的焊接自動化化程度還明顯不足，需要通過各大企業之間相互合作才能提高焊接自動化程度，從而實現我國鍋爐壓力容器實驗健康快速的發展。

參考文獻

[1] 曹浩遠.焊接自動化技術在鍋爐壓力容器制造中的應用[J].河南科技，2013，（12）.

[2] 柏晶晶.鍋爐壓力容器制造中焊接自動化技術的應用淺議[J].化工管理，2015，（9）.

[3] 杜濤.淺談鍋爐壓力容器焊接技術[J].企業技術開發，2015，（8）.

[4] 范逸.鍋爐壓力容器焊接自動化技術和應用[J].辦公自動化，2014，（1）.

[5] 范逸.鍋爐壓力容器焊接自動化技術和應用[J].現代制造技術與裝備，2014，（1）.

（責任編輯：蔣建華）