分析鍋爐壓力容器焊接自動化技術與應用

耿德勇

摘要：鍋爐性能的優良能夠對企業的工業生產產生非常重要的影響，隨著企業發展速度和水平的不斷提升，各類相關企業對鍋爐設備性能提出了越來越高的要求，鍋爐壓力容器需要同時具備良好的耐熱性能以及抗壓性能。傳統人工焊接具有焊接牢固性和嚴密性較差以及焊接速度難以得到有效保證等缺點，應用焊接自動化技術則能夠使焊接質量獲得有效提高，因而應用范圍不斷變廣。

關鍵詞：鍋爐；壓力容器；焊接；自動化技術

1焊接自動化及鍋爐壓力容器制造

1.1焊接自動化

焊接自動化主要是指利用計算機技術預先設定好各種焊接的參數，實現焊接工序自動化。其目的就是為了保證焊接質量、減輕勞動強度、改善勞動條件。現在的焊接自動化技術大多采用的是開環控制系統，利用各種自動焊接機是焊接工序自動進行。但是現在的一些比較先進、復雜的焊接自動化系統多采用閉環控制，借助自動化裝置、自動生產線或多用焊接機使焊接工序以及與之配套的前后工序，如零件成形、坡口制備、組件裝配、定位夾緊、焊后清理、工件裝卸和搬運工作等部分地或全部地自動進行。常見的焊接自動化系統主要有電弧焊自動化系統、電阻點焊自動化系統、微型計算機控制焊接自動化系統和焊接機器人，其中前兩種應用的比較廣泛，后兩種由于造價比較高，一般的企業難以承受，因此其應用的范圍受到一定的限制。

1.2鍋爐壓力容器

鍋爐壓力容器是鍋爐和壓力容器的全程，這兩種設備都是特種設備，在工業生產當中占有很大的位置。鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備，工業生產中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備，稱壓力容器。在這兩種設備當中，對于焊接工藝都具有比較高的要求，比如說焊接的密封性、焊接牢固程度等等，此外焊接工藝還會影響到鍋爐的使用安全，高質量的焊接能夠提高鍋爐壓力容器的安全性。

2生產過程中應用頻率較高的焊接自動化技術

2.1馬鞍形焊機

隨著鍋爐及壓力容器新產品的開發，出現一些偏交、斜交以及兩圓柱體直徑接近的相貫接頭，現有的機械式馬鞍形焊機無法實現這種空間曲線運動，也解決不了由于環縫上下坡度大，使得熔池不可控，導致焊縫成形差、質量差的問題。其根本的途徑是采取數控的方法，解決以上兩個問題：1、建立數學模型，根據輸入的參數，如兩管直徑、偏交距、斜交角，計算出運動軌跡，使焊槍作相應的空間曲線運動。2、通過主管與焊槍的同步運動，實現焊接部位始終處于水平位置，有利于焊接，確保焊接質量，是解決兩直徑相接近的相貫接頭焊接質量問題的最好的辦法。根據不同的接頭形式及焊縫坡度，可以選用不同形式的數控馬鞍形焊機：四軸數控馬鞍形焊機。

通過應用數控技術，馬鞍形焊機的自動化程度獲得了明顯提高，同時也推動了各種不同形式馬鞍形焊機的生產，如能夠行擺角、回轉運動并能夠急性相應參數建立且可對焊頭運動軌跡進行靈活控制的四軸數控馬鞍形焊機。

2.2直管接長焊機

隨著自動化程度的提高以及確保焊接質量，對管子的預處理有了新的要求，整線由PLC控制，實現自動化生產。其中，管端數控倒角機是關鍵設備，能在旋轉及軸向進刀的過程中，徑向自動進刀，可根據要求，編制相應的切削程序，快速、優質地倒出各種形狀的坡口，與手動、成形刀倒坡口相比，其自動化程度高。坡口表面光潔度高，尺寸的重復精度好，對穩定焊接質量起到重要作用，是管子端面倒角的理想設備。

在所有的設備當中，管端數控倒角機是一個非常重要的設備，這一設備利用旋轉及軸向進刀的過程中，可以根據管子的規格及要求編制相應的切削程序，快速、標準、優質的切割出各種坡口，與傳統的手動作業相比具有自動化程度高、坡口表面光潔度高、重復精度高等優勢，這對于保證焊接質量具有重要意義。而直管接長焊機，可以在整個作業面上重復的進行工作，與該預處理線融合在一起，切割完成以后，可以自動進入焊接環節，形成一個完整的焊接作業過程，有效的保證了整個過程中管子焊接質量。

2.3窄間隙埋弧焊機

用于焊接厚板的高效優質窄間隙埋弧焊機已在我國應用多年，機械式的焊縫跟蹤及導電嘴的導電性有待進一步改進。

2.3.1激光跟蹤

激光跟蹤是一種高新技術，采用激光攝像頭，通過圖像判別，實現對焊縫的跟蹤，己成功地應用于多種焊接自動化的場合。但由于受激光頭性能的限制，激光頭距工件表面距離限制在200mm以內，跟蹤深度一般也只有100mm左右。因此至今還沒有一種激光跟蹤系統能用于窄間隙深坡口的跟蹤。

2.3.2窄間隙焊槍

窄間隙焊槍要具備擺動和可靠導電兩種基本功能。

2.3.3控制系統

采用由PLC、觸摸屏，AC交流伺服組成的控制系統，通過觸摸屏進行人機對話，能很方便、直觀地設定監視工作模式及各軸運動狀態規范參數，控制系統具有如下功能：自動、半自動及手動三種工作模式；焊槍自動找中及到位；自動排焊道及焊槍自提升；焊接過程中規范參數及焊槍位置實時微調；諸如焊槍擺角、至側壁的距離、焊接電流、電壓、焊接速度等參數均可實行點動微調。

2.4膜式壁焊機

膜式壁焊機是膜式壁生產線中的核心設備，20多年來已形成氣體保護焊接及埋弧焊接兩大膜式壁焊機系列，形成以哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠為主導的采用氣體保護焊接工藝，以及以上海鍋爐廠、武漢鍋爐廠為主導的采用埋弧焊接工藝的兩大模式，也有兩者兼有的，如北京巴威公司。為了提高設備的生產能力，目前我國膜式壁氣體保護焊機的焊槍數最多達20頭，國外最大達44頭；膜式壁埋弧焊機的焊槍數為12頭。其結構形式包括管屏移動、焊槍不動的機床式焊機；焊槍移動、管屏不動的用于拼排的龍門式焊機以及簡易的拼焊小車等形式。目前，我國膜式壁生產能力已基本上滿足需求，但與國外相比，在自動化管理方面還存在一定的差距，基本上依靠人工操作，占用較多的人力，勞動條件較差。應從自動化監控、物流等方面進一步開發，進一步提升膜式壁生產的自動化程度。我國膜式壁焊機同樣具有一定的缺陷，由于自動化程度不高，需要通過人工進行大量操作，會對焊接質量造成一定的影響，自動化水平仍待進一步完善和發展。

3展望

在未來一段時間內，壓力容器焊接技術的發展趨勢主要表現有：新鋼種的焊接工藝完善，焊接材料朝自動化方向發展，焊接接頭的性能提高，尤其是藥芯焊絲的產品比重上升。焊接技術現代化的一個重要標志即是焊接工藝及裝備的現代化，這也是保證焊接產品質量的一個重要因素。在今天高新技術飛速發展的環境下。焊接技術應當引進現代高新技術，以此加速實現工藝及裝備的現代化，建立焊接數據庫和專家系統，促進焊接生產實現現代化管理，以及智能控制焊接過程，大大提高焊接技術水平，使焊接質量和生產率也得到提高。

無論是焊接行業的哪個領域，焊接質量和提高以及成本的降低都應當是重視的問題。因而企業應當積極開發和采用先進的現代化焊接技術，并對產品質量加強管理，研制并采用先進的監控技術來確保產品的質量。在焊接質量保證的基礎上，采用現代化管理和先進的技術使成本降低，從而提高企業競爭力。這是未來壓力容器焊接技術的發展方向。

總之，隨著鍋爐技術在工業生產中占據的位置越來越重要，所以只有不斷加大鍋爐自動化的水平，才能更好的促進工業的發展，為我國現代化工業發展做出巨大的貢獻。

參考文獻

[1] 程峰.鍋爐壓力容器焊接自動化技術和應用[J].電焊機，2010.

[2] 宋敏霞，胡賢飛.壓力容器焊接自動化技術的現狀與發展[J].科技創新導報，2010.

（作者單位：身份證號碼：130123198805093618）