高效焊割設(shè)備在換熱器制造中的應(yīng)用

李憲亮

1. 公司主要產(chǎn)品概況

我公司自1994年取得壓力容器制造許可證以來，長期致力于新型、高效、耐腐蝕換熱器設(shè)備的設(shè)計制造與開發(fā)，與中國石化建設(shè)公司、洛陽石化工程公司、北京化工大學(xué)等多家科研院校建立密切合作關(guān)系。通過引進(jìn)和開發(fā)的新型、高效、耐腐蝕換熱器主要有T型翅片管重沸器、折流桿換熱器、雙弓折流板換熱器、波紋管換熱器、滲鋁管換熱器、螺旋波紋管換熱器、大型立式換熱器及復(fù)合板換熱器等。

近期公司與設(shè)計院合作開發(fā)新產(chǎn)品旋風(fēng)分離器，取得了良好的社會效益。制造過程中涉及到的材料有碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼、雙相鋼、鎳鋼和鈦材等，這些材料在制造過程中對切割和焊接技術(shù)都有具體要求。

目前我公司針對以上產(chǎn)品及材料的切割設(shè)備有手工火焰切割、半自動火焰切割、等離子切割，以及銑邊機(jī)、刨床、車床及水刀切割等硬件設(shè)施。焊接設(shè)備主要有電焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、埋弧焊焊機(jī)和管頭自動焊焊機(jī)等。

2. 高效焊接與切割方法的應(yīng)用

公司主打產(chǎn)品以換熱器為主，換熱器規(guī)格一般為DN300~DN3 600mm。針對小直徑換熱器，以DN500mm以下為例，主要焊接方法還是以焊條電弧焊為主，具體過程是使用手工氬弧焊打底、單面焊雙面成形，然后使用焊條電弧焊填充蓋面。對于小直徑筒體設(shè)備，也使用過埋弧焊蓋面的方法，但主要由于直徑小、焊接位置曲面小、焊縫成形差，因此使用效率不高。對于規(guī)格在DN500~DN900mm之間的設(shè)備，一般采用氬弧焊打底、焊條電弧焊+埋弧焊填充、埋弧焊蓋面。而對于尺寸＞DN1 000mm的設(shè)備，坡口留有一定的鈍邊，直接使用埋弧焊填充蓋面，背面碳弧氣刨清根焊接。

換熱器管頭焊接，是本公司優(yōu)勢之一，主要焊接設(shè)備為氬弧焊焊機(jī)和管板自動焊焊機(jī)。隨著半自動與自動化技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的用戶對管頭提出自動化焊接的要求，為此公司從2002年引進(jìn)管板自動焊焊機(jī)設(shè)備，走在了管頭焊接這一領(lǐng)域的前端。為以后該自動化焊接技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

自動化是切割與焊接行業(yè)發(fā)展的未來趨勢。一個小小的進(jìn)步，都將是整個行業(yè)的進(jìn)步。最近我公司與某設(shè)備生產(chǎn)廠合作，發(fā)明的管箱或外頭蓋環(huán)縫埋弧焊焊接滾輪架（見圖1），就解決了管箱或外頭蓋環(huán)縫焊接的難題，大大提高了生產(chǎn)效率。

滾輪架在換熱器制造過程中應(yīng)用非常廣泛，通過滾輪架的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)設(shè)備環(huán)縫和角焊縫的焊接工作。一般的換熱器主要是圓筒狀結(jié)構(gòu)，包括殼體、管箱及外頭蓋等結(jié)構(gòu)。殼體環(huán)縫的焊接，由于殼體長度一般比較大，在一般的滾輪架上就能夠?qū)崿F(xiàn)焊接工作，而管箱和外頭蓋長度一般都比較短，通過一般的滾輪架很難實現(xiàn)其環(huán)縫的焊接。以前對于這兩種部件的焊接方法主要是：管箱或外頭蓋通過法蘭，用螺栓固定于殼體法蘭上，這樣的做法首先要求管箱或外頭蓋法蘭與殼體法蘭規(guī)格要類似，才能通過螺栓孔聯(lián)接在一起，實際運用過程中比較消耗時間與人力，影響生產(chǎn)效率。

經(jīng)過研究和設(shè)備制造廠合作開發(fā)的滾輪架，是專門用于管箱或外頭蓋或類似零部件的環(huán)縫焊接滾動裝置。結(jié)構(gòu)簡單，通過手控盒操作，實現(xiàn)滾輪的距離調(diào)節(jié)和滾動，從而實現(xiàn)單獨管箱或外頭蓋旋轉(zhuǎn)，再配合埋弧焊機(jī)，實現(xiàn)管箱或外頭蓋等類似零部件的滾動焊接，不僅節(jié)約了人力和物力，而且提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。

3. 高效設(shè)備與材料的發(fā)展趨勢

圖1

切割與焊接技術(shù)的發(fā)展，在很大程度依靠設(shè)備的發(fā)展。但就壓力容器行業(yè)來說，目前的自動化程度并不高。在2015年第二十屆北京·埃森焊接與切割展覽會上，有很多先進(jìn)的設(shè)備，例如機(jī)器人焊接、機(jī)器人切割設(shè)備等，如圖2所示。但總體給我的感覺，這些設(shè)備雖然先進(jìn)，但對于壓力容器行業(yè)，尤其在換熱器制造過程中應(yīng)用前景并不大。因為各種先進(jìn)的切割與焊接設(shè)備主要還是針對批量生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)用比較廣泛，但在換熱器行業(yè)，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、規(guī)格大小不一，故很難實現(xiàn)其自動化生產(chǎn)。例如小直徑筒體的縱縫、環(huán)縫的焊接，如果使用小埋弧焊設(shè)備，首先對其切割、裝配就提出了更高的要求、必須完全達(dá)到尺寸精度才能施焊。其次焊接完成后，因為內(nèi)部要裝入管束，所以焊縫必須與母材磨平。由于筒體直徑小，所以人的身體難以進(jìn)入，為此修磨比較困難。因此，目前壓力容器焊接與切割技術(shù)的發(fā)展還是比較滯后的，很大程度上還是依靠人來完成主要工作。

圖2

機(jī)器代替人的時代是趨勢，對于壓力容器行業(yè)來說還有很多需要改進(jìn)的地方。比如現(xiàn)在的管板自動焊設(shè)備焊接管頭時，還需要人工換焊接管頭的位置，如果未來設(shè)備能夠自動找準(zhǔn)定位焊接，那將大大提高生產(chǎn)效率。再比如應(yīng)用廣泛的埋弧焊設(shè)備，在焊接過程需要焊工隨時觀察焊接情況、隨時調(diào)節(jié)焊接位置，那么未來設(shè)備如果能夠增加傳感系統(tǒng)自動完成焊接，則可以大大減少人力投入。

為提高焊接效率，還要注重焊接材料的發(fā)展。目前針對壓力容器焊材的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T47018—2011，但在國內(nèi)市場上焊材牌號比較混亂，同一種焊材，不同的標(biāo)識方法，雖然國家有統(tǒng)一的型號，但制造廠家又有自己的表示方法。應(yīng)用比較廣泛的焊材主要是焊條和實芯焊絲。焊條有其優(yōu)勢，但效率低限制了其發(fā)展空間。相對而言，實芯焊絲的發(fā)展空間比較大，目前應(yīng)用廣泛的埋弧焊方法就是實芯焊絲配合相應(yīng)的焊劑使用，一些機(jī)器人焊接所使用的也是實芯焊絲配合相應(yīng)的氣體保護(hù)。而CO2藥芯焊絲由于其酸性特性，并且考慮其藥粉可能的不均勻性，容易受潮的性質(zhì)，在壓力容器行業(yè)并不建議使用，在其他行業(yè)中的應(yīng)用則比較廣泛。