锅炉压力容器焊接自动化技术

陈玉珉 吴贤丞

摘 要：锅炉压力容器广泛用于工业生产，锅炉压力容器的焊接工艺和质量非常重要，会对锅炉压力容器的使用以及安全可靠运行产生直接的影响，文章分析了锅炉压力容器焊接自动化技术。

关键词：锅炉压力容器；焊接；自动化

一、焊接自动化及锅炉压力容器制造

（一）锅炉压力容器

锅炉压力容器是锅炉和压力容器的全程，这两种设备都是特种设备，在工业生产当中占有很大的位置。锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备，工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。在这两种设备当中，对于焊接工艺都具有比较高的要求，比如说焊接的密封性、焊接牢固程度等等，此外焊接工艺还会影响到锅炉的使用安全，高质量的焊接能够提高锅炉压力容器的安全性。

（二）焊接自动化

焊接自动化主要是指利用计算机技术预先设定好各种焊接的参数，实现焊接工序自动化。其目的就是为了保证焊接质量、减轻劳动强度、改善劳动条件。现在的焊接自动化技术大多采用的是开环控制系统，利用各种自动焊接机是焊接工序自动进行。但是现在的一些比较先进、复杂的焊接自动化系统多采用闭环控制，借助自动化装置、自动生产线或多用焊接机使焊接工序以及与之配套的前后工序，如零件成形、坡口制备、组件装配、定位夹紧、焊后清理、工件装卸和搬运工作等部分地或全部地自动进行。常见的焊接自动化系统主要有电弧焊自动化系统、电阻点焊自动化系统、微型计算机控制焊接自动化系统和焊接机器人，其中前两种应用的比较广泛，后两种由于造价比较高，一般的企业难以承受，因此其应用的范围受到一定的限制。

二、生产过程中应用频率较高的焊接自动化技术

（一）窄间隙埋弧焊机

用于焊接厚板的高效优质窄间隙埋弧焊机已在我国应用多年，机械式的焊缝跟踪及导电嘴的导电性有待进一步改进。

1.激光跟踪。激光跟踪是一种高新技术，采用激光摄像头，通过图像判别，实现对焊缝的跟踪，己成功地应用于多种焊接自动化的场合。但由于受激光头性能的限制，激光头距工件表面距离限制在200mm以内，跟踪深度一般也只有100mm左右。因此至今还没有一种激光跟踪系统能用于窄间隙深坡口的跟踪。

2.窄间隙焊枪。窄间隙焊枪要具备摆动和可靠导电两种基本功能。

3.控制系统。采用由PLC、触摸屏，AC交流伺服组成的控制系统，通过触摸屏进行人机对话，能很方便、直观地设定监视工作模式及各轴运动状态规范参数，控制系统具有如下功能：自动、半自动及手动三种工作模式；焊枪自动找中及到位；自动排焊道及焊枪自提升；焊接过程中规范参数及焊枪位置实时微调；诸如焊枪摆角、至侧壁的距离、焊接电流、电压、焊接速度等参数均可实行点动微调。

（二）马鞍形焊机

随着锅炉及压力容器新产品的开发，出现一些偏交、斜交以及两圆柱体直径接近的相贯接头，现有的机械式马鞍形焊机无法实现这种空间曲线运动，也解决不了由于环缝上下坡度大，使得熔池不可控，导致焊缝成形差、质量差的问题。其根本的途径是采取数控的方法，解决以上两个问题：（1）建立数学模型，根据输入的参数，如两管直径、偏交距、斜交角，计算出运动轨迹，使焊枪作相应的空间曲线运动。（2）通过主管与焊枪的同步运动，实现焊接部位始终处于水平位置，有利于焊接，确保焊接质量，是解决两直径相接近的相贯接头焊接质量问题的最好的办法。

通过应用数控技术，马鞍形焊机的自动化程度获得了明显提高，同时也推动了各种不同形式马鞍形焊机的生产，如能够行摆角、回转运动并能够急性相应参数建立且可对焊头运动轨迹进行灵活控制的四轴数控马鞍形焊机。

（三）直管接长焊机

随着自动化程度的提高以及确保焊接质量，对管子的预处理有了新的要求，整线由PLC控制，实现自动化生产。其中，管端数控倒角机是关键设备，能在旋转及轴向进刀的过程中，径向自动进刀，可根据要求，编制相应的切削程序，快速、优质地倒出各种形状的坡口，与手动、成形刀倒坡口相比，其自动化程度高。坡口表面光洁度高，尺寸的重复精度好，对稳定焊接质量起到重要作用，是管子端面倒角的理想设备。

（四）膜式壁焊机

膜式壁焊机是膜式壁生产线中的核心设备，20多年来已形成气体保护焊接及埋弧焊接两大膜式壁焊机系列，形成以哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂为主导的采用气体保护焊接工艺，以及以上海锅炉厂、武汉锅炉厂为主导的采用埋弧焊接工艺的两大模式，也有两者兼有的，如北京巴威公司。为了提高设备的生产能力，目前我国膜式壁气体保护焊机的焊枪数最多达20头，国外最大达44头；膜式壁埋弧焊机的焊枪数为12头。其结构形式包括管屏移动、焊枪不动的机床式焊机；焊枪移动、管屏不動的用于拼排的龙门式焊机以及简易的拼焊小车等形式。目前，我国膜式壁生产能力已基本上满足需求，但与国外相比，在自动化管理方面还存在一定的差距，基本上依靠人工操作，占用较多的人力，劳动条件较差。应从自动化监控、物流等方面进一步开发，进一步提升膜式壁生产的自动化程度。我国膜式壁焊机同样具有一定的缺陷，由于自动化程度不高，需要通过人工进行大量操作，会对焊接质量造成一定的影响，自动化水平仍待进一步完善和发展。

（五）集箱短管接头自动埋弧焊机

集箱短管接头焊机，包括内孔TIG封底焊机及短管接头角焊缝自动埋弧焊机。该设备由悬挂式焊接接头、埋弧焊机、气动式平衡吊及可移动小车组成，悬挂机构上带有一个随动机构，即使焊接过程中集箱变形，也能很方便的把机头的芯轴插入接管内准确定心。在待焊的集箱工位上，按一定的间距，可摆放若干台接头同时进行焊接，从而，可缩短焊接周期。

参考文献

[1] 李滨.浅析水电设备焊接自动化的研究与应用[J].金属加工，2011（22）.