焊接設(shè)備的技術(shù)與發(fā)展趨勢

曹文鵬

摘要：我國焊接界把實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化、自動(dòng)化作為戰(zhàn)略目標(biāo)，已經(jīng)在各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實(shí)施，在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動(dòng)化和過程控制智能化、研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù)、發(fā)展應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等方面，取得了長足的進(jìn)步。本文對(duì)此作了簡要的介紹。

關(guān)鍵詞：專用焊接;轉(zhuǎn)爐;技術(shù);自動(dòng)化

前 ?言

我國焊接設(shè)備行業(yè)形成于五十年代，目前，行業(yè)規(guī)模已發(fā)展到900家以上，產(chǎn)品種類包括交流弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)、自動(dòng)、半自動(dòng)弧焊機(jī)、電阻焊機(jī)、特種焊機(jī)及各類專用成套焊接設(shè)備、輔機(jī)具等45個(gè)系列、150余個(gè)品種、1000多個(gè)規(guī)格。

一、我國焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)各大鋼廠均在積極進(jìn)行技術(shù)改造，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，引進(jìn)新設(shè)備，以適應(yīng)鋼鐵形勢的發(fā)展，120噸轉(zhuǎn)爐就是其中之一。為此，機(jī)械制造業(yè)也加快步伐，推行先進(jìn)的焊接新工藝，以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐容量、參數(shù)和爐型的變化，滿足轉(zhuǎn)爐新材料的制造要求。與此同時(shí)，二氧化碳焊接設(shè)備也得到飛速的應(yīng)用與發(fā)展。我公司應(yīng)用二氧化碳焊接，已成功為萊鋼永鋒、陜西龍鋼等單位制作了多套120噸轉(zhuǎn)爐。下面著重介紹轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵部件的焊接技術(shù)與二氧化碳焊接工藝發(fā)展現(xiàn)狀。

1.轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵部件焊接工藝現(xiàn)狀

1.1 轉(zhuǎn)爐爐體的焊接 。爐殼立焊縫采用AUT0一EGW—CNC氣電立焊機(jī)焊接。焊接時(shí)從下向上進(jìn)行，焊前對(duì)焊縫預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃。根據(jù)不同的板厚選擇工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)。環(huán)形焊縫和角焊縫采用松下KRII350 C02氣體保護(hù)焊，多層多道焊。焊前對(duì)焊縫預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃;并且先焊大坡口，然后在焊縫背面用碳弧氣刨清根，用砂輪機(jī)打磨后再焊小坡口。

1.2 轉(zhuǎn)爐托圈焊接。在構(gòu)件組裝時(shí)，要求點(diǎn)焊長度100mm～150mm，以防撕裂，施焊時(shí)，隨時(shí)監(jiān)測焊點(diǎn)變化。由于托圈腹板自由度大于翼板，所以采用工字鋼I56作支撐加固，將此支撐上、下兩層固定在腹板上，兩層之間拉筋加固，間距1500mm，此方法有效地控制了箱體向心收縮引起的焊接變形。

由于托圈剖分為半圓箱體形結(jié)構(gòu)，剛度大，板材厚，焊接變形較復(fù)雜，如果不采取合理的焊接順序，產(chǎn)生焊接變形將難以修復(fù)。為此，我們采用了如下的焊接順序。先焊一遍箱體內(nèi)立筋板，由中間向兩邊焊，對(duì)稱分段，反向跳焊。

2.二氧化碳焊接設(shè)備

CO2氣體保護(hù)焊是一種高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的焊接方法。國家早在“七五”期間就將此列入重點(diǎn)推廣的技術(shù)項(xiàng)目之一。1977年天津焊接研究所在《CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用》一書中指出，CO2焊與焊條電弧焊相比，可提高效率2～4倍，降低成本和節(jié)約電能50%以上。

2.1 ?CO2焊接具有較高的熔化速度和熔化系數(shù)。CO2焊熔敷速度是3～5kg/h，是焊條的1～2.5倍，CO2焊采用細(xì)焊絲（φ0.8～φ1.6），有較大的電流。電流密度大（CO2焊100—300A/mm2，焊條10～25 A /mm2）電弧熱量集中，不需要為熔化藥皮消耗能量，熔化系數(shù)比焊條大1～3倍，可提高工效1～2倍。CO2焊采用小截面坡口形式，可使焊縫熔敷金屬量減少，等于提高了焊接速度。

3.CO2焊接具有較低的成本

CO2焊可以大幅度節(jié)約焊材，由于CO2焊采用小截面坡口，焊縫截面積可減少35～50%，可節(jié)約35～50%的填充焊絲。CO2可節(jié)約大量電能，CO2焊機(jī)與硅整流弧焊機(jī)相比可節(jié)約用電平均達(dá)37%，與交流弧焊機(jī)相比可節(jié)約用電60%以上。CO2生產(chǎn)效率高，減少了清渣和清根的工序，節(jié)省諸多輔助時(shí)間和輔助人工。

4.CO2焊接的質(zhì)量問題

CO2焊縫中的氫含量降低，焊縫的抗裂性較好。CO2焊是一種低氫焊接方法，焊縫中擴(kuò)散氫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于堿性低氫型焊條，CO2焊對(duì)銹和水分不敏感，焊縫中產(chǎn)生氣孔的傾向小于堿性低氫焊條，這也是CO2焊十分可貴的優(yōu)點(diǎn)，是CO2焊的焊接接頭質(zhì)量可靠的主要原因。采用專門牌號(hào)的焊絲增加焊縫金屬的摻合金作用，改善焊縫的機(jī)械性能，眾多壓力容器制造單位經(jīng)過大量的焊接工藝評(píng)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明CO2焊縫具有良好的綜合機(jī)械性能。CO2焊的焊縫熱影響小，焊接接頭的變形小，提高了焊接接頭承受有效載荷的能力，這是焊條電弧焊所不及的。CO2焊縫成形好，表面缺陷少。一次探傷合格率高于焊條電弧焊，操作容易，焊工培訓(xùn)周期短。

二、焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢

1.逆變式焊接電源所占比重將越來越大

逆變式焊接電源由于具有焊接性能好、動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快、動(dòng)特性好、體積小、重量輕、效率高、焊接速度高、多功能、有利于實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化的優(yōu)點(diǎn)，已成為弧焊電源的發(fā)展方向。

2.成套、專用焊接設(shè)備

成套專用焊接設(shè)備的開發(fā)、設(shè)計(jì)是一個(gè)國家技術(shù)水平的體現(xiàn)，因此無論從滿足國民經(jīng)濟(jì)需要，還是我國電焊機(jī)事業(yè)的發(fā)展角度出發(fā)，我們都要加強(qiáng)這方面的工作。我們還應(yīng)注意到，用戶會(huì)不斷給專用成套設(shè)備提出更高的要求，我國的成套焊接設(shè)備制造企業(yè)不但要在提高技術(shù)、設(shè)計(jì)水平上做出努力，還要在企業(yè)質(zhì)量管理、各種基礎(chǔ)件、配套件的選用方面投入大功夫，爭取在專用、成套焊接設(shè)備方面取得新的突破。

3.焊接自動(dòng)化技術(shù)的展望

電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。特別是數(shù)控技術(shù)、柔性制造技術(shù)和信息處理技術(shù)等單元技術(shù)的引入，促進(jìn)了焊接自動(dòng)化技術(shù)革命性的發(fā)展。

3.1 焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動(dòng)化的核心問題之一，也是我們未來開展研究的重要方向。我們應(yīng)開展最佳控制方法方面的研究，包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，以及專家系統(tǒng)的研究。

3.2 焊接柔性化技術(shù)也是我們著力研究的內(nèi)容。在未來的研究中，我們將各種光、機(jī)、電技術(shù)與焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)焊接的精確化和柔性化。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備，是提高焊接自動(dòng)化水平的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類焊接機(jī)械設(shè)備，以提高其柔性化水平，是我們當(dāng)前的一個(gè)研究方向;另外，焊接機(jī)器人與專家系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、自動(dòng)校正軌跡、自動(dòng)控制熔深等功能，是我們近期研究的重點(diǎn)。

3.3 焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術(shù)的集成和焊接技術(shù)與信息技術(shù)的集成。集成系統(tǒng)中信息流和物質(zhì)流是其重要的組成部分，促進(jìn)其有機(jī)地結(jié)合，可大大降低信息量和實(shí)時(shí)控制的要求。注意發(fā)揮人在控制和臨機(jī)處理的響應(yīng)和判斷能力，建立人機(jī)一體的友好界面，使人和自動(dòng)系統(tǒng)和諧統(tǒng)一，是集成系統(tǒng)的不可低估的因素。

3.4 提高焊接電源的可靠性、質(zhì)量穩(wěn)定性和控制以及優(yōu)良的動(dòng)感性，也是我們著重研究的課題。開發(fā)研制具有調(diào)節(jié)電弧運(yùn)動(dòng)、送絲和焊槍姿態(tài)，能探測焊縫坡口、溫度場、熔池狀態(tài)、熔透情況，適時(shí)提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機(jī)，并應(yīng)積極開發(fā)焊接過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。使焊接技術(shù)由“技藝”向“科學(xué)”演變是實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。本世紀(jì)頭十年，將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時(shí)期。我們廣大焊接工作者任重而道遠(yuǎn)，務(wù)必樹立知難而上的決心。抓住機(jī)遇，為我國焊接自動(dòng)化水平的提高而努力奮斗。

三、結(jié)束語

在我國專用焊接設(shè)備與技術(shù)進(jìn)步的過程中還需要加快對(duì)國外先進(jìn)制造技術(shù)的引進(jìn)步伐，把重點(diǎn)放在消化吸收與發(fā)展創(chuàng)新上，立足于發(fā)展適合我國國情的焊接自動(dòng)化技術(shù)。相信在今后激烈的市場競爭中，我國焊接界通過重視先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，并為之不懈努力，專用焊接設(shè)備的發(fā)展一定能再創(chuàng)輝煌。

參考文獻(xiàn)：

[1]李劉合，張彥華.激光-電弧復(fù)合熱源焊接[J];焊接技術(shù);2003年02期.

[2]楊惠寧，潘瑞娟.金剛石圓鋸片激光焊接的研究[J];金剛石與磨料磨具工程;2002年02期.

[3]馬志華.大型轉(zhuǎn)爐托圈焊接工藝分析[J];重工與起重技術(shù);2009年03期.

[4]肖笙.120t煉鋼轉(zhuǎn)爐托圈支承結(jié)構(gòu)改造[J];四川冶金;2004年02期.