耿德勇

摘要：鍋爐性能的優(yōu)良能夠?qū)ζ髽I(yè)的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生非常重要的影響，隨著企業(yè)發(fā)展速度和水平的不斷提升，各類相關(guān)企業(yè)對鍋爐設(shè)備性能提出了越來越高的要求，鍋爐壓力容器需要同時(shí)具備良好的耐熱性能以及抗壓性能。傳統(tǒng)人工焊接具有焊接牢固性和嚴(yán)密性較差以及焊接速度難以得到有效保證等缺點(diǎn)，應(yīng)用焊接自動(dòng)化技術(shù)則能夠使焊接質(zhì)量獲得有效提高，因而應(yīng)用范圍不斷變廣。

關(guān)鍵詞：鍋爐；壓力容器；焊接；自動(dòng)化技術(shù)

1焊接自動(dòng)化及鍋爐壓力容器制造

1.1焊接自動(dòng)化

焊接自動(dòng)化主要是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)預(yù)先設(shè)定好各種焊接的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接工序自動(dòng)化。其目的就是為了保證焊接質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件?，F(xiàn)在的焊接自動(dòng)化技術(shù)大多采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，利用各種自動(dòng)焊接機(jī)是焊接工序自動(dòng)進(jìn)行。但是現(xiàn)在的一些比較先進(jìn)、復(fù)雜的焊接自動(dòng)化系統(tǒng)多采用閉環(huán)控制，借助自動(dòng)化裝置、自動(dòng)生產(chǎn)線或多用焊接機(jī)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(yùn)工作等部分地或全部地自動(dòng)進(jìn)行。常見的焊接自動(dòng)化系統(tǒng)主要有電弧焊自動(dòng)化系統(tǒng)、電阻點(diǎn)焊自動(dòng)化系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)控制焊接自動(dòng)化系統(tǒng)和焊接機(jī)器人，其中前兩種應(yīng)用的比較廣泛，后兩種由于造價(jià)比較高，一般的企業(yè)難以承受，因此其應(yīng)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(shè)備都是特種設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)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(jī)械設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱壓力容器。在這兩種設(shè)備當(dāng)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(huì)影響到鍋爐的使用安全，高質(zhì)量的焊接能夠提高鍋爐壓力容器的安全性。

2生產(chǎn)過程中應(yīng)用頻率較高的焊接自動(dòng)化技術(shù)

2.1馬鞍形焊機(jī)

隨著鍋爐及壓力容器新產(chǎn)品的開發(fā)，出現(xiàn)一些偏交、斜交以及兩圓柱體直徑接近的相貫接頭，現(xiàn)有的機(jī)械式馬鞍形焊機(jī)無法實(shí)現(xiàn)這種空間曲線運(yùn)動(dòng)，也解決不了由于環(huán)縫上下坡度大，使得熔池不可控，導(dǎo)致焊縫成形差、質(zhì)量差的問題。其根本的途徑是采取數(shù)控的方法，解決以上兩個(gè)問題：1、建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入的參數(shù)，如兩管直徑、偏交距、斜交角，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡，使焊槍作相應(yīng)的空間曲線運(yùn)動(dòng)。2、通過主管與焊槍的同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊接部位始終處于水平位置，有利于焊接，確保焊接質(zhì)量，是解決兩直徑相接近的相貫接頭焊接質(zhì)量問題的最好的辦法。根據(jù)不同的接頭形式及焊縫坡度，可以選用不同形式的數(shù)控馬鞍形焊機(jī)：四軸數(shù)控馬鞍形焊機(jī)。

通過應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，馬鞍形焊機(jī)的自動(dòng)化程度獲得了明顯提高，同時(shí)也推動(dòng)了各種不同形式馬鞍形焊機(jī)的生產(chǎn)，如能夠行擺角、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并能夠急性相應(yīng)參數(shù)建立且可對焊頭運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行靈活控制的四軸數(shù)控馬鞍形焊機(jī)。

2.2直管接長焊機(jī)

隨著自動(dòng)化程度的提高以及確保焊接質(zhì)量，對管子的預(yù)處理有了新的要求，整線由PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。其中，管端數(shù)控倒角機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，能在旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)刀的過程中，徑向自動(dòng)進(jìn)刀，可根據(jù)要求，編制相應(yīng)的切削程序，快速、優(yōu)質(zhì)地倒出各種形狀的坡口，與手動(dòng)、成形刀倒坡口相比，其自動(dòng)化程度高。坡口表面光潔度高，尺寸的重復(fù)精度好，對穩(wěn)定焊接質(zhì)量起到重要作用，是管子端面倒角的理想設(shè)備。

在所有的設(shè)備當(dāng)中，管端數(shù)控倒角機(jī)是一個(gè)非常重要的設(shè)備，這一設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)刀的過程中，可以根據(jù)管子的規(guī)格及要求編制相應(yīng)的切削程序，快速、標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)的切割出各種坡口，與傳統(tǒng)的手動(dòng)作業(yè)相比具有自動(dòng)化程度高、坡口表面光潔度高、重復(fù)精度高等優(yōu)勢，這對于保證焊接質(zhì)量具有重要意義。而直管接長焊機(jī)，可以在整個(gè)作業(yè)面上重復(fù)的進(jìn)行工作，與該預(yù)處理線融合在一起，切割完成以后，可以自動(dòng)進(jìn)入焊接環(huán)節(jié)，形成一個(gè)完整的焊接作業(yè)過程，有效的保證了整個(gè)過程中管子焊接質(zhì)量。

2.3窄間隙埋弧焊機(jī)

用于焊接厚板的高效優(yōu)質(zhì)窄間隙埋弧焊機(jī)已在我國應(yīng)用多年，機(jī)械式的焊縫跟蹤及導(dǎo)電嘴的導(dǎo)電性有待進(jìn)一步改進(jìn)。

2.3.1激光跟蹤

激光跟蹤是一種高新技術(shù)，采用激光攝像頭，通過圖像判別，實(shí)現(xiàn)對焊縫的跟蹤，己成功地應(yīng)用于多種焊接自動(dòng)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(nèi)，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(tǒng)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(dòng)和可靠導(dǎo)電兩種基本功能。

2.3.3控制系統(tǒng)

采用由PLC、觸摸屏，AC交流伺服組成的控制系統(tǒng)，通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話，能很方便、直觀地設(shè)定監(jiān)視工作模式及各軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)規(guī)范參數(shù)，控制系統(tǒng)具有如下功能：自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)三種工作模式；焊槍自動(dòng)找中及到位；自動(dòng)排焊道及焊槍自提升；焊接過程中規(guī)范參數(shù)及焊槍位置實(shí)時(shí)微調(diào)；諸如焊槍擺角、至側(cè)壁的距離、焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)均可實(shí)行點(diǎn)動(dòng)微調(diào)。

2.4膜式壁焊機(jī)

膜式壁焊機(jī)是膜式壁生產(chǎn)線中的核心設(shè)備，20多年來已形成氣體保護(hù)焊接及埋弧焊接兩大膜式壁焊機(jī)系列，形成以哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠為主導(dǎo)的采用氣體保護(hù)焊接工藝，以及以上海鍋爐廠、武漢鍋爐廠為主導(dǎo)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(shè)備的生產(chǎn)能力，目前我國膜式壁氣體保護(hù)焊機(jī)的焊槍數(shù)最多達(dá)20頭，國外最大達(dá)44頭；膜式壁埋弧焊機(jī)的焊槍數(shù)為12頭。其結(jié)構(gòu)形式包括管屏移動(dòng)、焊槍不動(dòng)的機(jī)床式焊機(jī)；焊槍移動(dòng)、管屏不動(dòng)的用于拼排的龍門式焊機(jī)以及簡易的拼焊小車等形式。目前，我國膜式壁生產(chǎn)能力已基本上滿足需求，但與國外相比，在自動(dòng)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(dòng)條件較差。應(yīng)從自動(dòng)化監(jiān)控、物流等方面進(jìn)一步開發(fā)，進(jìn)一步提升膜式壁生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。我國膜式壁焊機(jī)同樣具有一定的缺陷，由于自動(dòng)化程度不高，需要通過人工進(jìn)行大量操作，會(huì)對焊接質(zhì)量造成一定的影響，自動(dòng)化水平仍待進(jìn)一步完善和發(fā)展。

3展望

在未來一段時(shí)間內(nèi)，壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)有：新鋼種的焊接工藝完善，焊接材料朝自動(dòng)化方向發(fā)展，焊接接頭的性能提高，尤其是藥芯焊絲的產(chǎn)品比重上升。焊接技術(shù)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志即是焊接工藝及裝備的現(xiàn)代化，這也是保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在今天高新技術(shù)飛速發(fā)展的環(huán)境下。焊接技術(shù)應(yīng)當(dāng)引進(jìn)現(xiàn)代高新技術(shù)，以此加速實(shí)現(xiàn)工藝及裝備的現(xiàn)代化，建立焊接數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，促進(jìn)焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理，以及智能控制焊接過程，大大提高焊接技術(shù)水平，使焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率也得到提高。

無論是焊接行業(yè)的哪個(gè)領(lǐng)域，焊接質(zhì)量和提高以及成本的降低都應(yīng)當(dāng)是重視的問題。因而企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極開發(fā)和采用先進(jìn)的現(xiàn)代化焊接技術(shù)，并對產(chǎn)品質(zhì)量加強(qiáng)管理，研制并采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)來確保產(chǎn)品的質(zhì)量。在焊接質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代化管理和先進(jìn)的技術(shù)使成本降低，從而提高企業(yè)競爭力。這是未來壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展方向。

總之，隨著鍋爐技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的位置越來越重要，所以只有不斷加大鍋爐自動(dòng)化的水平，才能更好的促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，為我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 程峰.鍋爐壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)和應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2010.

[2] 宋敏霞，胡賢飛.壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010.

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