锅炉压力容器焊接自动化技术应用探讨

杨斌

摘要：随着我国科学技术的发展，把高新技术元素高强度、抗腐蚀性、耐热材料融入到锅炉压力容器生产过程中，使得我国锅炉压力容器各方面性能有了很大程度的提高。文章通过在锅炉压力容器厂多年的工作经验以及相关文献的查找，分析了集中焊接自动化技术在锅炉压力容器中的应用。

关键词：锅炉压力容器；焊接自动化技术；抗压能力；焊接质量；导热性能 文献标识码：A

中图分类号：TG409 文章编号：1009-2374（2016）29-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.027

随着我国社会经济的发展，在工业生产过程中对锅炉压力容器的需求日益增多，如果锅炉压力容器的性能存在很大缺陷，势必会影响锅炉压力容器企业的发展，所以工业企业对锅炉压力容器性能的要求越来越高。不但要求锅炉压力容器非常好的抗压能力，而还需要其具有非常好的导热性能，这就对锅炉压力容器的焊接提出了更高的要求。如果选择人工焊接，有很多的客观影响因素，锅炉压力容器焊接的质量达不到预期设计的效果。但是随着我国科学技术的发展焊接自动化技术被广泛应用在工业生产中，在锅炉压力容器中应用焊接自动化技术能在很大程度上提高焊接的质量，从而达到预期的设计要求。

1 锅炉压力容器焊接自动化的应用

1.1 焊接自动化技术的应用

焊接自动化技术是建立在计算机技术和焊接技术基础之上的一种新型焊接方式，把相关的焊接工艺和参数的程序输入到计算机系统上，从而实现自动化焊接，通过应用高科技的焊接技术，既能提高锅炉压力容器焊接的质量，而且还能减少劳动力，提高焊接的效率。目前在我国焊接自动化技术中使用最多的自动化技术就是开环控制自动化系统，通过焊接自动化，使得焊接的操作工序实现自动化操作。如果在焊接过程中遇到比较困难的焊接环境，通过闭环自动控制系统就能降低焊接的难度，保证焊接质量，通过借助高科技装置、多功能焊机以及相配套的软件程序，实现锅炉压力容器的自动化焊接。目前我国焊接自动化技术的发展已经能够实现零件成型、坡口制备、定位夹紧、焊后清理等操作程序的自动化操作。我国经常使用的焊接自动化有等离子焊接技术、埋弧焊自动化、微型计算机控制焊接自动化以及机器人自动焊接，其中电阻点焊自动化、焊条电弧焊自动化没有广泛地应用在工业生产自动化中，而微型计算机控制焊接自动化以及机器人自动焊接由于焊接的成本比较高，一般应用在航空航天、深海探测等设备制造过程中。

1.2 锅炉压力容器

锅炉压力容器是锅炉和压力容器的全称，无论是锅炉还是压力容器都属于特殊设备，在生产过程中都需要特殊的生产工艺，并且能够承受一定的压力。锅炉和压力容器对焊机工艺和技术有很高的要求，如果在焊接过程中出现质量问题，就会对企业造成很大的经济损失，通过完全统计，我国每年都有锅炉压力容器爆炸的事故发生，有很多原因都是因为焊接过程中没有密封好或者焊接牢固程度造成的。除此之外，焊接工艺对锅炉压力容器的质量也有很大影响。

2 常见焊接自动化技术及其在锅炉压力容器制造中的应用

2.1 膜式壁焊机

随着我国经济的发展，工业生产线越来越多样化，其中膜式壁生产线中主要应有的就是膜式壁焊机。在以前这种焊机是通过进口来满足我国工业生产需要。经过多年的发展对膜式壁焊机的基础进行创新和完善，目前我国膜式壁焊接技术已经非常成熟，适用于各种焊接环境。膜式壁焊机按照焊接的操作过程可分为气体保护焊和埋弧焊，气体保护焊具有焊缝完整、焊接性能好的特点，埋弧焊焊接产生的有害气体比较少。在锅炉压力容器生产中，两种焊接方式的应用也有不同，比如东方锅炉厂采用的是气体保护焊的焊接工艺，武汉锅炉厂主要采用的是埋弧焊接工艺。气体保护焊是一种简单焊接自动化设备，我国生产的气体保护焊的焊枪能达到20头，随着科学技术的发展，在一些生产厂家甚至造成出44头的气体保护焊焊枪。埋弧焊的焊枪一般为12头，膜式壁焊机的自动化技术适用于对称的焊接，而锅炉压力容器就是一种圆形的对称焊接，所以膜式壁焊机的自动化技术比较适合锅炉压力容器的焊接，在焊接过程中选择锅炉压力容器的上下同时焊接，能在很大程度上提高焊接的效率。但是由于我国目前还是发展中国家，膜式壁生产线中还有很多企业选择人工焊接，劳动强度非常大，而且焊接的效率也比较低，所有还需要相关人士不懈努力，争取早日实现自动化焊接。

2.2 直管接长焊机

由于锅炉压力容器是一种封闭型的容器，在运行过程中会产生很大热量，就需要一些管线来进行热量的输出，防止因为过热发生事故。在锅炉压力容器中也经常设计出类似的装置来，疏散锅炉压力容器的热量，把锅炉压力容器的温度控制在一定的范围内。通常情况下在锅炉压力容器设计中有一些管理到输出的渠道，随着我国科学技术的发展，在锅炉压力容器应用焊接自动化技术，能很大程度上提高焊接的质量，在锅炉压力容器中管子预处理中对焊接技术有更高的要求，所以很多锅炉压力容器的生产厂家选择直管接长焊机对锅炉压力容器中管子预处理进行焊接。比如我国武汉锅炉厂和美国的阿尔斯通公司开始合作，从美国引进了先进的处理生产线，其中包括管子定长切断、管内清理机、管端内外磨光机等先进的设备和装置。管子的预处理线中应用了PLC自动化控制系统，从而实现了管子的预处理的自动化生产。

通过应用了PLC自动化控制直管接长焊机，自动化程度有了很大提升，而且坡口表面光洁，焊接准确度高，还能提高焊接的质量，PLC自动化焊接，能够循环往复地工作，能够同时切割和焊接，具有非常强的完整性，能很大程度上提高直管的焊接质量。

2.3 马鞍形焊机

在锅炉压力容器生产过程中，需要把两个圆柱型的焊接接头相连，比如锅炉压力容器下降管、短管接管都需要相互连接，才能保证锅炉压力容器的质量。这些焊接接头在形状和规格上有很大的不同，给连接过程增加了很大的难度，这就对焊机的灵活性有很高要求，为了保证焊接接头能很好连接，我国一些锅炉压力容器的生产厂家选择马鞍形焊机来实现接头的无缝焊接。比如辽宁省锅炉厂在锅炉压力容器接头连接过程中就选择了马机形焊接，很好地解决了接头焊接问题。从此以后，马鞍形焊机就成了我国锅炉压力容器必不可少的一种焊接方式。目前很多大型的锅炉压力容器生产厂家都选择了马鞍形焊机，从而在很大程度上提高了圆柱接头相连的质量和效率，使得锅炉压力容器生产企业的经济效益大幅度提高。随着我国锅炉压力容器事业的发展，又出现了很多需要偏向连接和斜向连接的接头，马鞍形焊机就不适合偏向连接和斜向连接的接头。随着计算机技术的发展，我国很多企业把计算机技术应用到马鞍形焊机中，对马鞍形焊机进行升级和完善，保证马鞍形焊机适用由于更多的焊接环境，通过把计算机数控技术应用到马鞍形焊机中，从而实现了马鞍形焊机的自动化。其主要的措施如下：首先，通过数控技术建立数字模型，并把焊接需要的相关参数编写到计算系统中，根据焊接过程的实际需要比如两根直管之间的直径、倾斜角度等基础条件，计算出焊头应该运行的轨迹，保证焊枪能根据指定的程序进行焊接；然后，在焊接的过程中，一定要保证焊枪和直管同步运行，保证焊枪的位置一直都处于水平位置，从而提高焊接的质量，同时也很好地解决了原来马鞍形焊机遇到的难题，保证锅炉压力容器生产的质量，减少了安全事故发生的概率。通过应用计算机数控技术，很大程度提高了马鞍形焊机的自动化水平，同时还能保证马鞍形焊机全方位多功能发展。比如采用四轴数控马鞍形焊机能够实现焊透升降、水平、宣纸的运动，提高马鞍形焊机的适用能力，通过建立数控模型和分析相关的焊接参数，能提高马鞍形焊机的灵活性，更好地控制焊头运行的轨迹，保证焊枪能实现马鞍形轨迹焊接。焊接过程的焊接方式并不是一成不变的，在焊接过程中，要根据实际的焊枪情况，调动和改善焊枪的位置，从而保证焊枪运行的轨迹能符合锅炉压力容器接头焊接的要求。

2.4 集箱环缝TI自动封底焊接的应用

集箱环缝TI自动封底焊接由浮动式动力头、四台无动力滚轮架（其中两台带液压升降功能，用于对口）、一套四轴数控运动机构、钨极与焊丝同步摆动的窄间隙热丝TIG焊枪、TIG及热丝电源和控制系统组成。集箱环缝TI自动封底焊接的应有以下优势：

2.4.1 焊接方便快捷。集箱环缝TI自动封底焊接焊口组装好以后不需要点焊，通过冷丝TIG的焊接工艺完成封底焊接，全过程由一套完整的四轴运动机构完成，从而保证焊枪能做规则的圆弧、向心等运动，保证焊接的质量。在这一过程中，要注意现焊120°的弧长，保证两侧的工件能紧密地联系在一起。

2.4.2 减少操作程序。在集箱环缝TI自动封底焊接中，焊枪是不需要动的，通过转动被焊工件对剩下的2400°弧长进行焊接。

2.4.3 焊接质量好。在集箱环缝TI自动封底焊接中，通过热丝TIG焊进行填充焊，保证工件的焊缝宽度达到规定的要求，从而提高焊接质量，在焊接过程中选择了钨极和与焊丝同步摆动的窄间隙TIG焊枪确保填充层焊缝厚度在6mm以上，以满足埋弧自动焊的要求。

3 结语

综上所述，随着我国社会经济的发展，我国工业生产快速发展，对锅炉压力容器质量的要求越来越高，所以把焊接自动化技术应用到锅炉压力容器的生产过程中，大幅度提升了锅炉压力容器的质量。但是和欧美等发达国家相比，我国在锅炉压力容器的焊接自动化化程度还明显不足，需要通过各大企业之间相互合作才能提高焊接自动化程度，从而实现我国锅炉压力容器实验健康快速的发展。

参考文献

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（责任编辑：蒋建华）