芻議如何做好壓力容器焊接自動(dòng)化的技術(shù)

張子良

【摘要】我國(guó)制造業(yè)焊接水平與國(guó)際先進(jìn)焊接工藝已逐步接近，有些企業(yè)焊接水平達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。而先進(jìn)的技術(shù)水平與技術(shù)轉(zhuǎn)杯是是提升企業(yè)的有效措施，具有重要的推動(dòng)作用。因此，本文就對(duì)壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了探究。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；焊接自動(dòng)化技術(shù)

前言：我國(guó)在壓力容器焊接技術(shù)上逐漸取得了一定地進(jìn)步，焊接設(shè)備也在繼續(xù)更新?lián)Q代。焊接質(zhì)量的好壞可以直接決定壓力容器的使用壽命，因此必須保證壓力容器的高質(zhì)量，減少因壓力或氣溫變化產(chǎn)生的不好影響。

1 壓力容器的焊接方法

中國(guó)鍋爐壓力容器的焊接技術(shù)和焊接方法一直在不斷的進(jìn)步，可以根據(jù)具體的焊接位置和母材的不同，選取不同的焊接方法，鍋爐壓力容器的焊接方法主要有四種：手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)電弧和電渣焊，簡(jiǎn)要分析幾種焊接方法。手工電弧焊是最常見(jiàn)的焊接方法，基本原理是是利用電弧產(chǎn)生的高溫使焊接部位熔化，這種方法單純依靠手工操作，雖然靈活性較大，但對(duì)工人技術(shù)的要求很高，工作效率不高。如果焊接面的很大，還需要熱處理時(shí)，可以采用電渣焊。電渣焊是一種較特殊的方法，由于鍋爐壓力容器的體型巨大，通常呈圓球形，重量很大，只能使用這種方法處理較大焊接面。氧乙炔焰氣焊的熱源較復(fù)雜，熱度不夠，只可以焊接韌性較高的鋼，無(wú)法應(yīng)用在焊接接頭的焊接上。當(dāng)焊接工藝評(píng)價(jià)完成后，才可以選取適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，制定相?yīng)的焊接工藝參數(shù)。

2 壓力容器的焊接材料

鍋爐壓力容器常采用耐熱鋼焊接材料，有以下幾個(gè)注意事項(xiàng)：

①首先，選擇耐熱鋼焊接材料時(shí)，焊縫金屬的強(qiáng)度指標(biāo)需要和母材保持一直，也就是等強(qiáng)焊接。不僅需要保證焊縫金屬和母材在常溫狀態(tài)下強(qiáng)度一直，還要保證在高溫狀態(tài)下焊縫的強(qiáng)度不低于母材的標(biāo)準(zhǔn)值。

②焊接材料中的C含量對(duì)焊縫金屬的影響較大，應(yīng)保證焊材C含量低于母材的C含量，避免焊縫金屬產(chǎn)生裂紋。但C含量不能過(guò)小，在焊后熱處理使，產(chǎn)生的鐵素體，會(huì)降低焊接接頭的韌性。一般焊縫金屬的C含量保持在0.08%～0.12%之間最好，不僅可以使焊縫金屬?zèng)_擊韌性較高，還能保證與母材的等強(qiáng)。

③焊縫金屬中Cr、Mo等元素的含量要高于母材中的含量，這是保證焊縫金屬和母材等強(qiáng)的基礎(chǔ)。

④確保對(duì)焊縫金屬中O、Si、P、Sn、Se、Sb等元素的嚴(yán)格控制，這是為了保證焊縫金屬和母材回火脆性的一致。

3壓力容器焊接自動(dòng)化的技術(shù)分析

3.1馬鞍形焊接機(jī)

在鍋爐與壓力容器之中，有很多的焊接接頭有兩端的柱體相貫而成，如鍋爐集箱中的短管接管，通過(guò)不同的短管貫接而成，其集箱短管的規(guī)格不一，使得其相貫的方式也有所不同。如今，我國(guó)的第一大馬鞍形焊接機(jī)是通過(guò)兩根直徑比相差三倍的短管接頭焊接而成。馬鞍形焊接機(jī)有著非常高的焊接效率，并且焊接質(zhì)量有所保障，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有著廣泛的應(yīng)用，并取得了非常顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

鍋爐壓力器的發(fā)展，出現(xiàn)了一些偏交或者是斜交的馬鞍形焊接機(jī)，這類(lèi)焊接機(jī)對(duì)于鍋爐內(nèi)的空間扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)難以適應(yīng)，常常會(huì)導(dǎo)致由于環(huán)縫上下的坡度過(guò)大，導(dǎo)致溶池出現(xiàn)失控現(xiàn)象。為了有效的解決這一問(wèn)題，根本途徑在于實(shí)現(xiàn)馬鞍形焊接機(jī)的數(shù)控，使得其焊接質(zhì)量與焊接精度有著明顯的提升。數(shù)控的方式如下。通過(guò)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)相關(guān)參數(shù)的輸入，有效計(jì)算出空間扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，使得焊槍能夠適應(yīng)于這一曲線運(yùn)動(dòng)模式。此外，隨著焊槍與主管之間運(yùn)動(dòng)的相互同步，使得焊接部位與焊槍之間處于同一水平位置，如此有利于焊接，確保焊接質(zhì)量。

此外，依據(jù)不同的焊接要求，可以選用不同形式的數(shù)控馬鞍形焊接機(jī)。

第一，四軸數(shù)控形馬鞍焊接機(jī)，這種焊接機(jī)通過(guò)控制焊槍的升降、水平運(yùn)動(dòng)依據(jù)回轉(zhuǎn)等，通過(guò)數(shù)學(xué)模型以及相應(yīng)參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)其焊槍的自動(dòng)控制，有效保證焊接精度。焊接過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)的修訂，可以實(shí)現(xiàn)焊槍位置的及時(shí)修正，并對(duì)其焊槍的豎直位置與水平位置及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，這類(lèi)焊接機(jī)主要應(yīng)用于一些焊接坡度小，焊接接頭的正交、偏交的角度較小的情況。

第二，五軸數(shù)控馬鞍形焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個(gè)四軸數(shù)控馬鞍形焊接機(jī)和一臺(tái)一軸能實(shí)現(xiàn)同步控制的動(dòng)力頭，通過(guò)這一臺(tái)一軸型的動(dòng)力頭來(lái)對(duì)焊槍進(jìn)行及時(shí)調(diào)整與修正，使得焊接的部位始終處于有利的焊接位置。并且在這一臺(tái)一軸動(dòng)力頭的作用下，焊接機(jī)有著更加精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，因此五軸數(shù)控馬鞍形焊接系統(tǒng)可以應(yīng)用于正交、偏交的角度較大的情況。

3.2窄間隙埋弧焊接機(jī)

窄間隙埋弧焊接機(jī)主要應(yīng)用于厚板的焊接，這種焊接技術(shù)有著非常優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量，因此在我國(guó)有著多年的應(yīng)用。窄間隙埋弧焊接機(jī)的主要構(gòu)成為激光跟蹤體系、窄間隙焊槍以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3.2.1激光跟蹤

窄間隙焊接工藝中，其焊接跟蹤是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，為了確定焊接部位的準(zhǔn)確位置，必須對(duì)焊接部位進(jìn)行過(guò)程的跟蹤。目前，國(guó)內(nèi)的窄間隙埋弧焊接機(jī)都是使用機(jī)械式位移傳感器進(jìn)行控制，對(duì)焊縫的坡口兩側(cè)與焊縫進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)與跟蹤，由于整個(gè)跟蹤系統(tǒng)有著非常大的體積，因此在運(yùn)行時(shí)，不宜時(shí)間過(guò)程，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行冷卻，如此可以有效延長(zhǎng)其使用壽命。

激光的跟蹤技術(shù)主要通過(guò)激光攝像頭來(lái)反饋鍋爐內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)合圖像的判別方式，如此實(shí)現(xiàn)焊縫的全程跟蹤，激光跟蹤技術(shù)在焊接的自動(dòng)化技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。然而由于激光頭性能的諸多限制，導(dǎo)致激光技術(shù)在窄間隙深坡口的跟蹤中，難以實(shí)現(xiàn)其運(yùn)用。

激光技術(shù)在窄間隙焊接的跟蹤時(shí)，應(yīng)具備以下的幾個(gè)特點(diǎn)。首先，激光頭應(yīng)遠(yuǎn)離工件，避免激光頭受熱量的影響，導(dǎo)致激光頭出現(xiàn)變形；其次進(jìn)行激光跟蹤時(shí)，跟蹤的部位不是焊接中心，而是跟蹤焊槍的運(yùn)動(dòng)。

3.2.2窄間隙焊槍

窄間隙焊槍的主要特征為擺動(dòng)性質(zhì)以及可靠導(dǎo)電功能。焊槍的擺動(dòng)功能是為了保證焊縫側(cè)壁實(shí)現(xiàn)良好融合，即保證焊槍在窄間隙內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定角度的擺動(dòng)。目前窄間隙焊槍的擺動(dòng)主要有兩種方式，分別為回旋式擺動(dòng)和平板式擺動(dòng)。

可靠導(dǎo)電功能主要是為了使得焊槍在被激光跟蹤過(guò)程中，具備自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰ΑＨ欢S著焊槍擺動(dòng)時(shí)，彈簧在壓緊狀態(tài)下失去了其彈性，使得其導(dǎo)電性惡化，可靠導(dǎo)電性會(huì)使得焊槍具備了相應(yīng)的自動(dòng)補(bǔ)償功能，使得其電嘴的磨損得以補(bǔ)償，如此可知，保持窄間隙焊槍的良好導(dǎo)電，是實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的一種重要措施。

3.2.3控制系統(tǒng)

窄間隙埋弧焊接機(jī)的控制系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏與PLC組成，結(jié)合AC交流伺服機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)人為操作的方便與快捷，并通過(guò)觸摸屏可以設(shè)定系統(tǒng)的規(guī)范參數(shù)，監(jiān)視其工作狀態(tài)。此外控制系統(tǒng)還可以對(duì)焊槍的位置進(jìn)行微調(diào)，使得焊槍在控制系統(tǒng)作用下，有著更大的精準(zhǔn)度。

窄間隙埋弧焊接機(jī)的控制系統(tǒng)主要有三種控制模式，分別為全自動(dòng)、半自動(dòng)以及手動(dòng)工作模式，這三種模式中，自動(dòng)程度的不同，其相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置有所不同，且隨著手動(dòng)控制程度的逐步提升，其控制的精度也隨之增加。因此進(jìn)行窄間隙埋弧焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)其控制精度，選擇合理的工作模式。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)鍋爐技術(shù)的逐漸發(fā)展，自主創(chuàng)新能力在不斷的發(fā)展中逐漸加強(qiáng)，我國(guó)的鍋爐以及壓力容器汗液的焊接自動(dòng)化以及焊接工藝提高明顯，對(duì)我國(guó)的鍋爐工業(yè)發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。然而我國(guó)鍋爐行業(yè)的發(fā)展與國(guó)外的先進(jìn)水平依然存在著一定的差距，為此我們依然需要加強(qiáng)同國(guó)外先進(jìn)水平與先進(jìn)技術(shù)的交流與合作，共同促進(jìn)我國(guó)鍋爐壓力容器焊接自動(dòng)化水平的提升。

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