鍋爐中壓力容器焊接和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用探討

李洪新+王丹+田麗鳳

【摘要】鍋爐在我國工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中的重要性是不言而喻的，在傳統(tǒng)的焊接技術(shù)中，加入自動(dòng)化的理念，創(chuàng)造出高科技的焊接自動(dòng)化技術(shù)，并能根據(jù)鍋爐中壓力和容器的不同，靈活采用先進(jìn)的焊接自動(dòng)化技術(shù)，提高鍋爐的性能，最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)的各項(xiàng)要求。

【關(guān)鍵詞】壓力容器 焊接自動(dòng)化 應(yīng)用

鍋爐的產(chǎn)生和應(yīng)用在我國已經(jīng)有幾千年的歷史了，無論是居民的日常生活，還是工業(yè)生產(chǎn)都離不開鍋爐這一基本設(shè)備。隨著我國工業(yè)制造的發(fā)展，對鍋爐性能的要求也越來越高，由于不同鍋爐中的壓力和容器的指標(biāo)不同，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)便遇到了難題。因此，如何將現(xiàn)代高科技的自動(dòng)化技術(shù)與焊接技術(shù)融合，將焊接自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到鍋爐的壓力容器制造中，是本文探討的重點(diǎn)。

焊接自動(dòng)化技術(shù)，“從概念上來講，主要指的是利用計(jì)算機(jī)，預(yù)先設(shè)定好各種焊接的參數(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)焊接工序的自動(dòng)化”。引入計(jì)算機(jī)技術(shù)后，我們便可以利用計(jì)算機(jī)使焊接的各項(xiàng)參數(shù)更加準(zhǔn)確化，從而進(jìn)一步提升焊接的精度和效果，使鍋爐的生產(chǎn)的各項(xiàng)性能更加優(yōu)化。從另外一個(gè)方面來說，鍋爐壓力容器制造“主要指的是，鍋爐和壓力容器的全程，鍋爐主要是利用燃料或者是其他的能源，將水加熱，使其成為熱水或者是蒸汽的設(shè)備，倘若能夠承受一定的壓力，便稱之為壓力容器”。這兩種設(shè)備都具有一定的特殊性，在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位是不言而喻的。下文將重點(diǎn)介紹鍋爐壓力容器制造中焊接自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中最重要的三種技術(shù)。

一、膜式壁焊機(jī)

膜式壁焊機(jī)，是焊接自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中最具有代表性的一種，也是膜式壁生產(chǎn)線中的核心設(shè)備。該設(shè)備主要有“氣體保護(hù)焊”和“埋弧焊”兩種技術(shù)，形成了以“哈爾濱鍋爐廠”、“東方鍋爐廠”為主導(dǎo)的氣體保護(hù)焊接技術(shù)，以及以“上海鍋爐廠”、“武漢鍋爐廠”為主導(dǎo)的埋弧焊接技術(shù)兩大系列模式，也有兩者兼有的，如“北京巴威公司”。

在此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的初始階段，由于我國技術(shù)上的不成熟，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要依賴于進(jìn)口。但隨著我國創(chuàng)新科技的進(jìn)步，此次技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得巨大的突破。目前，據(jù)最新資料報(bào)道，“我國膜式壁氣體保護(hù)焊機(jī)的焊槍數(shù)多達(dá)20頭，膜式壁埋弧焊機(jī)的焊槍數(shù)為12頭，其技術(shù)包括管屏移動(dòng)、焊槍不動(dòng)的機(jī)床式焊機(jī)，焊槍移動(dòng)、管屏不動(dòng)的用于拼排的龍門式焊機(jī)，以及簡易的拼焊小車等多種形式”。

我國的膜式壁焊機(jī)能夠基本上滿足生產(chǎn)的需求，同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)技術(shù)仍然有很大的進(jìn)步空間。氣體保護(hù)焊的穩(wěn)定性和安全性較高，但應(yīng)用的范圍有限，目前主要集中于北方地區(qū)。埋弧焊相對而言，自動(dòng)化技術(shù)的含量更高，使用效率也更高，但目前在實(shí)踐的操作中還是依靠人力，勞動(dòng)環(huán)境差，需要在自動(dòng)化監(jiān)控方面進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)，從而最大限度的解放人力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化。

二、直管接長焊機(jī)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的提升和應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，不僅自動(dòng)化技術(shù)本身帶上了時(shí)代的特征，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域也具有了時(shí)代特征。鍋爐壓力容器承受的壓力越來越大，之前的膜式壁焊機(jī)已經(jīng)無法長久滿足要求了，因此，直管接長焊機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生。該焊機(jī)的優(yōu)勢是“擁有更高的自動(dòng)化程度，能滿足日常焊接中更多餓工作，即便是應(yīng)對一些技術(shù)性較強(qiáng)的焊接，也能夠成功應(yīng)用，沒有出現(xiàn)較多的問題”。

直管接長焊機(jī)在我國中已經(jīng)有很多成功應(yīng)用的案例了，比如“武漢鍋爐廠”與美國阿爾斯通展開的合作，引進(jìn)了“管子預(yù)處理線”，該線包括“管子定長切斷、管端數(shù)控倒角機(jī)、管端內(nèi)外磨光機(jī)、管內(nèi)清理機(jī)”等各種先進(jìn)的裝置和設(shè)備，并采用“PLC自動(dòng)化控制技術(shù)”，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

在以上的設(shè)備中，管端數(shù)控倒角機(jī)是最重要、最關(guān)鍵的裝置，此項(xiàng)設(shè)備最大的價(jià)值在于“能夠在旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)刀的過程中，根據(jù)管子的規(guī)格及要求編制相應(yīng)的切削程序，快速、標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)的切割出各種坡口”。若將此項(xiàng)技術(shù)與“手動(dòng)、成形刀倒坡口”相比，帶來的突破不僅僅是其自動(dòng)化程度高，而且，在坡口表面光潔度、尺寸的重復(fù)精度等方面都有重大的成就，對保證焊接質(zhì)量起到了重要的作用，是管子端面倒角的理想設(shè)備。

三、馬鞍形焊機(jī)

以上兩種焊接自動(dòng)化技術(shù)，都是根據(jù)已經(jīng)提前設(shè)定好的鍋爐壓力容器參數(shù)的應(yīng)用，可是在目前的實(shí)際生產(chǎn)中，我們需要根據(jù)生產(chǎn)的要求，靈活地設(shè)定鍋爐壓力容器的參數(shù)，僅憑上文中的兩項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，還是無發(fā)滿足特定的要求。

更為重要的是，鍋爐生產(chǎn)的工作人員告訴我們，“新開發(fā)的鍋爐壓力容器產(chǎn)品中，出現(xiàn)一些偏交、斜交以及兩圓柱體直徑接近的相貫接頭，現(xiàn)有的機(jī)械式馬鞍形焊機(jī)無法實(shí)現(xiàn)這種空間曲線運(yùn)動(dòng)，也解決不了由于環(huán)縫上下坡度大，使得熔池不可控，導(dǎo)致焊縫成形差、質(zhì)量差的問題”。

經(jīng)過技術(shù)的創(chuàng)新，工作人員專門研制出一種能夠應(yīng)對較多形狀特殊、功能特殊的馬鞍形自動(dòng)化焊接技術(shù)。下面，就讓我們仔細(xì)看看馬鞍形焊機(jī)面對上述問題的創(chuàng)新點(diǎn)在哪里。第一點(diǎn)是，該焊接技術(shù)，利用數(shù)控技術(shù)建立了數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入的參數(shù)，如“兩管直徑、偏交距、斜交角”，計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)的軌跡，使焊槍進(jìn)行相應(yīng)的空間曲線運(yùn)動(dòng)，從而來確保設(shè)備的形狀以及功能的精確度。

第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是，馬鞍形焊機(jī)并不是一種固定化了焊接技術(shù)，它可以根據(jù)不同焊接接頭的形狀和焊接的坡度，靈活的選用不同模式的數(shù)控技術(shù)。比如說“四軸數(shù)控馬鞍形焊機(jī)”，通過控制主管與焊槍同步運(yùn)動(dòng)，讓焊接的部位始終都處于同一水平位置，從而確保焊接質(zhì)量。

馬鞍形焊機(jī)，不僅解決兩個(gè)直徑相接近的焊接質(zhì)量問題，在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用上更是質(zhì)的突破，數(shù)學(xué)模型的建立，以及不同模式的數(shù)控技術(shù)，為我國今后焊接技術(shù)自動(dòng)化進(jìn)一步深入和廣泛應(yīng)用開辟了新的路徑。

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