壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

路朋超

摘 要：壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)涉及到了諸多領(lǐng)域，想要進(jìn)一步的提高需要多門學(xué)科的密切合作綜合利用。壓力容器的制造材料在不斷更新，焊接技術(shù)的自動(dòng)化也需要隨之進(jìn)步，要充分的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接過程的高度自動(dòng)化。對(duì)現(xiàn)有的焊接設(shè)備智能改造，提高技術(shù)人員素質(zhì)，引進(jìn)研發(fā)先進(jìn)焊接技術(shù)，讓壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)邁入更高的層次。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接自動(dòng)化；前景展望

引言：

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，壓力容器的焊接越來(lái)越趨向于自動(dòng)化。我國(guó)的壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，取得了一定成就，并仍在不斷進(jìn)步。本文對(duì)當(dāng)前我國(guó)的壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)做出了概述，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展提出了一些規(guī)劃和展望，希望可以對(duì)此方面的研究提供一些參考。

一、壓力容器以及焊接自動(dòng)化技術(shù)的簡(jiǎn)介

（一）壓力容器

壓力容器一般泛指在工業(yè)生產(chǎn)中用于完成反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、分離和儲(chǔ)存等生產(chǎn)工藝過程，并能承受壓力載荷（內(nèi)力、外力）的密閉容器，主要有圓柱形，也有球形或其他形狀。隨著化工和石油化工等工業(yè)的發(fā)展，壓力容器的工作溫度范圍越來(lái)越寬，容量不斷增大，有些還要求耐介質(zhì)腐蝕。為了保證壓力容器在使用過程中的安全性，根據(jù)壓力容器的不同分類做出了等級(jí)劃分，對(duì)于危險(xiǎn)程度較大的壓力容器提出了特殊要求。

壓力容器在制造過程中要經(jīng)歷很多工序，其中焊接是非常重要的工序之一。對(duì)于不同的焊接工藝有不同的焊接方法，要根據(jù)材質(zhì)、牌號(hào)、化學(xué)成分等具體情況來(lái)確定，之后再根據(jù)焊接方法制定相應(yīng)的工藝參數(shù)。由于壓力容器造成事故后危害十分嚴(yán)重，所以要有嚴(yán)格的安裝檢驗(yàn)要求，在制造、修理、安裝和改造時(shí)，需要加強(qiáng)焊接管理，提高焊接質(zhì)量并按規(guī)范要求進(jìn)行熱處理和探傷，同時(shí)加強(qiáng)材料管理，避免采用有缺陷的材料或用錯(cuò)鋼材、焊接材料。

（二）焊接自動(dòng)化技術(shù)

焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接技術(shù)的自動(dòng)化程度已經(jīng)成為了衡量現(xiàn)代國(guó)家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。焊接自動(dòng)化是采用具有自動(dòng)控制，能自動(dòng)調(diào)節(jié)、檢測(cè)、加工的機(jī)器設(shè)備、儀表，按照規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)的技術(shù)措施。其目的在于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度、保障生產(chǎn)安全等。應(yīng)用于現(xiàn)代的自動(dòng)化技術(shù)主要是依靠計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。焊接自動(dòng)化技術(shù)是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向?，F(xiàn)代焊接自動(dòng)化技術(shù)將在高性能的微機(jī)波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智能化焊接設(shè)備，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上發(fā)展柔性焊接工作站和焊接生產(chǎn)線，最終實(shí)現(xiàn)焊接計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。焊接自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為電弧焊自動(dòng)化系統(tǒng)、電阻點(diǎn)焊自動(dòng)化系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)控制的焊接自動(dòng)化系統(tǒng)和焊接機(jī)器人。

二、壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀

壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)主要受到硬件因素和軟件因素兩方面的影響。硬件因素是指壓力容器自動(dòng)焊接的相關(guān)設(shè)備；軟件因素除了技術(shù)人員的素質(zhì)外還包括將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及信息技術(shù)等和壓力容器焊接領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合而形成的焊接技術(shù)、人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)等。

（一）當(dāng)前壓力容器焊接自動(dòng)化的設(shè)備

（1）現(xiàn)代焊接機(jī)器人

現(xiàn)代焊接機(jī)器人具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在壓力容器焊接領(lǐng)域受到高度重視。焊接機(jī)器人采用離線CAD仿真編程，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，大多是柔性自動(dòng)化工作站或焊接生產(chǎn)線。隨著科技的進(jìn)步，焊接機(jī)器人在我國(guó)逐步的廣泛應(yīng)用，成為了未來(lái)焊接設(shè)備的發(fā)展方向。

（2）逆變焊機(jī)

逆變焊機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最先進(jìn)的焊機(jī)，是一種具有優(yōu)良的焊接性能和電氣性能的新技術(shù)和新工藝機(jī)具，可對(duì)壓力容器的多位置使用不同的焊接方法進(jìn)行焊接。逆變焊機(jī)在國(guó)外的應(yīng)用程度較高，美國(guó)、日本已達(dá)到接近三分之一的程度。我國(guó)經(jīng)過對(duì)逆變焊機(jī)的研究，目前已形成了三代產(chǎn)品，逆變頻率最高在20～30kHz之間。由于逆變焊機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景十分良好。

（3）全位置自動(dòng)焊機(jī)

我國(guó)曾經(jīng)從瑞典等國(guó)家引進(jìn)過全位置自動(dòng)焊機(jī)，在國(guó)內(nèi)一些鍋爐廠進(jìn)行使用。經(jīng)過近年來(lái)的研究發(fā)展，我國(guó)自行研制出了多頭埋弧自動(dòng)焊機(jī)和多頭MAG自動(dòng)專用焊機(jī)，國(guó)內(nèi)的許多鍋爐廠已經(jīng)使用上了國(guó)產(chǎn)的專用成套焊接設(shè)備。

（二）當(dāng)前壓力容器焊接自動(dòng)化的技術(shù)

（1）焊接方法

對(duì)不同材質(zhì)和不同厚度的壓力容器進(jìn)行焊接需要用到不同的焊接方法，常用的方法主要有氣體保護(hù)焊、埋弧焊、堆焊和窄間隙焊：

氣體保護(hù)焊電弧在保護(hù)氣流的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小，操作方便，有利于焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化；埋弧焊有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無(wú)弧光及煙塵很少等優(yōu)點(diǎn)，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法；堆焊技術(shù)有效的發(fā)揮了對(duì)焊層的作用，是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技術(shù)；窄間隙焊接技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中厚板結(jié)構(gòu)焊接的首選技術(shù)，其巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)決定了它是今后厚板焊接技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

（2）焊接控制

焊接自動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)際范圍內(nèi)發(fā)展迅速，成為了現(xiàn)代焊接自動(dòng)化的主要標(biāo)志之一。已出現(xiàn)的一些現(xiàn)代高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如最優(yōu)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)及自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了一定程度的應(yīng)用。其中焊縫跟蹤是焊接自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)實(shí)現(xiàn)壓力容器生產(chǎn)過程的焊接自動(dòng)化意義深遠(yuǎn)。

三、壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

我國(guó)壓力容器焊自動(dòng)化接技術(shù)正在逐步的廣泛使用，總體技術(shù)水平相比于國(guó)際最高水平仍有一定的差距，在此方面的研究還有待深化。對(duì)壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展依然分為硬件和軟件兩方面來(lái)進(jìn)行分析。

（一）軟件

將人工智能技術(shù)引入到焊接設(shè)備形成了焊接設(shè)備的智能控制系統(tǒng)，這一領(lǐng)域具有代表性的焊接過程是模糊控制系統(tǒng)、神徑網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和焊接專家系統(tǒng)。未來(lái)的具有智能性的模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等手段可以滲透到焊縫跟蹤控制中，以增強(qiáng)非線性系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性。焊接工程中專家系統(tǒng)的建立成為了智能化焊接設(shè)備的研究基礎(chǔ)。以焊接機(jī)器人為核心的柔性智能焊接自動(dòng)化技術(shù)在將來(lái)也會(huì)得到廣泛應(yīng)用，焊接專家系統(tǒng)的普及已是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的發(fā)展方向。

（二）硬件

大多數(shù)焊接過程都需要一種特定靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的電源。未來(lái)的新型電源應(yīng)具備高頻化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，供能穩(wěn)定，綠色環(huán)保。研制可用于自動(dòng)化焊接過程新型電源是目前焊接設(shè)備的未來(lái)發(fā)展方向之一。

激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。由于激光焊接設(shè)備價(jià)格昂貴，在壓力容器方面應(yīng)用很少。但激光焊接自動(dòng)化程度高，功率大，應(yīng)用范圍廣以及無(wú)污染的等優(yōu)點(diǎn)仍然不可忽略，有待于進(jìn)一步研究。

此外，對(duì)傳統(tǒng)的焊接工藝設(shè)備進(jìn)行智能改造，提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平，要加大焊接材料的研究力度，也亟需引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，盡快與國(guó)際一流水平接軌。

總結(jié)：

壓力容器在石油化工、能源工業(yè)、科研和軍工領(lǐng)域等各個(gè)方面都有著重要的作用。壓力容器的內(nèi)部或者外部要承受來(lái)自氣體或者液體的壓力，需要較高的密封性來(lái)保證其使用安全，這樣就對(duì)壓力容器的焊接技術(shù)提出了高水平的需求。壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)不僅可以提高焊接質(zhì)量、減少事故發(fā)生，還可以提高人員利用率、改善勞動(dòng)條件，在壓力容器焊接工作中的應(yīng)用有著十分重要的意義。

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