如何做好压力容器焊接自动化的技术

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随着时代的发展，压力容器产品涉及航天、电力、化工、医药等诸多行业，其质量是否合格、是否安全可靠运行直接影响着我国工业的发展与人民的生活水平，压力容器广泛应用于电力、石油化工、制药、煤炭等行业。提高其焊接质量和机械自动化水平对压力容器乃至整个焊接行业都具有十分重要的意义。焊接领域影响着自动化技术、材料科学、环境、无损检测、机械与腐蚀等多门学科。而焊接自动化技术是焊接领域的一个重要分支，对实现焊接自动控制具有重要意义。对于压力容器来说，焊接自动化技术主要分为硬件和软件两方面。硬件主要指压力容器自动焊接设备和方法；软件主要指计算机技术、电子技术、自动控制技术以及信息技术等进入压力容器焊接领域而形成的焊接控制技术、人工智能技术及专家系统等。

自动焊接设备

在压力容器的焊接生产过程中往往涉及到多种自动焊接设备,如：电渣焊机、埋弧焊机、气体保护焊机(CO2焊机和氩弧焊机等)、等离子焊机等。我国压力容器焊接自动化技术起始于20世纪五、六十年代，到目前为止取得了很大的成就。近年来,国产自动和半自动焊机已占焊机总量的20.55%，MIG/MAG焊机年增长63.12%，TIG焊机年增长19.24%，埋弧焊机年增长135.36%。逆变焊机作为一种新技术和新工艺，具有优良的焊接性能和电气性能，适用于各种不同的弧焊方法和压力容器多位置焊接。美国、日本逆变焊接的应用程度已达到30%，而我国的逆变焊机已经发展到第三代产品，在国内压力容器行业的应用前景是十分乐观的。如：东方锅炉厂、海擎重工机械有限公司、兰州石油化工机械厂等已将TIG、CO2逆变焊机等用于锅炉、压力容器的全位置焊接。在20世纪90年代初，国内已研制出多头埋弧自动焊和多头MAG自动专用焊机，目前国内已有十多家单位使用国产模式水冷壁专用焊机。现代焊接机器人尤其是弧焊机器人作为典型的程序控制柔性焊接系统，具有效率高、质量稳定等优点，在压力容器焊接领域受到高度重视。柔性焊接机器人随着其价格不断降低将在我国推广应用，成为焊接设备的微机自动化控制技术的一个发展方向。除此之外，一些工艺设备的改进，如：液压封头筒体对装设备、万向焊接转台、小直径筒体纵缝环缝自动焊装置等，在很大程度上也提高了压力容器焊接自动化程度。

自动化焊接方法

埋弧自动焊是目前压力容器焊接的主要工艺方法，应用于封头拼板焊缝、筒节纵环焊缝等，使焊接过程的自动化和机械化成为现实。但目前国内埋弧自动焊的控制系统大多仍采用简单的模拟电路,整体性能有待进一步提高。堆焊技术主要用于厚壁压力容器的焊接，其中带极埋弧堆焊由于母材熔深浅且较均匀，对工件表面质量要求低，成为国内外压力容器内壁堆焊的主要方法。近研制出的高速带极堆焊法，与带极埋弧堆焊相比，堆焊层边界晶粒细小，杂质含量低，是一种经济性较好的堆焊方法。窄间隙焊接技术对于厚壁压力容器可进行全位置焊接，易于实现焊接过程的自动化。目前,该技术实现了焊前预置参数、自动稳定焊接电压、电流和速度,并且具有高度和横向自动跟踪系统,实现焊缝的自动焊接。气体保护焊具有电弧热量集中,熔池小，结晶快及焊接过程无熔渣等优点，主要用于全位置和薄板焊接，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。CO2焊是一种高效率焊接方法，我国石油天然气第七建设公司从美国引进了球罐药芯焊丝全位置自动焊接技术，焊接熔敷效率高、速度快，改善了焊接条件。TIG焊接技术主要用于对焊缝密封性能和力学性能要求高的压力容器，能对熔深体积和形状进行精确的控制，可较好地实现压力容器的全位置焊接。激光自动焊接技术由于具有极高的能量密度，其HAZ区极小的特点，能焊接几乎所有的金属，可以进行全位置焊接，已向厚壁压力容器焊接发展，但由于价格昂贵且设备笨重，在压力容器的应用前景有待观察。

焊接控制技术

近年来焊接自动控制技术在压力容器行业得到了很大的发展。焊缝跟踪是焊接自动化控制系统的一个重要组成部分，对实现压力容器生产过程的焊接自动化意义深远。目前，应用的焊缝跟踪系统主要包括接触式和非接触式两种类型。接触靠模式跟踪系统通过横向跟踪、纵向跟踪和微调系统保持导电嘴和焊缝之间距离不变，实现环缝焊接自动化，但有时会因坡口及焊缝的加工装配不均匀而影响传感器的测量精度。非接触式跟踪系统与其它学科联系紧密，目前国内外学者对此进行了不同程度的研究。非接触式超声波跟踪传感用到埋弧焊机上进行对焊缝坡口检测的焊缝跟踪，能满足压力容器制造的需要，在低成本焊接自动化具有较好的应用前景。基于CCD视觉焊缝跟踪系统可以用于埋弧焊、等离子弧焊等多种焊接方法和设备中，但鉴于焊接过程的应用环境恶劣，传感器要受到弧光、高温、烟尘等的干扰，使传感器的精度、抗干扰性能和灵敏度受到不同程度影响。虽然迄今为止已研究出多种自动跟踪方法，但大多数还处于试验阶段。随着计算机信息技术的发展和新型传感方式的研究，焊缝跟踪技术将会在压力容器行业得到广泛应用，进一步提高压力容器焊接过程的自动化和智能化程度。

人工智能技术及专家系统

人工智能技术在焊接过程中具有代表性的是模糊控制系统、神经网络控制系统和焊接专家系统。I11-Soo Kim等将人工神经网络引入GMA焊接方法来预测焊接区宽度,拓宽了GMA焊接的应用领域。目前,美国、日本等国家相继在工艺制定、缺陷分析、材料选择和设备选择等方面开展了一系列研究开发。美国Adaptive Technologies公司开发的Camtech 100和Adaptitech 1000可完成零件定位、焊接操作和质量检查等功能，系统能根据来自传感器的光、温度、电弧等信息，自动调整焊接路径、线能量、送丝速度和摆动参数等，并可优化多道焊参数。日本NKK公司开发的“焊接参数控制专家系统”可给出优焊接参数，以保证恒定的熔深及焊接高度。我国在这领域也相继开发了不同类型的应用软件，其中清华大学开发的“通用型弧焊工艺专家系统QHWES”因其较强的适应性和再开发能力而独具特色。压力容器焊接专家系统在辽宁省锦西化工机械厂和锦州重型机械厂取得良好的效果。目前国内外已形成多种商品化产品，且有广阔的发展和应用前景。

质检人员应能够具备相应工作能力，掌握检验技能与方法，针对监检工作特殊性，以监检工作关键环节为重点，严格执行有关要求，降低事故隐患，保证特种设备安全运行，更好地服务企业，为经济发展做出贡献。开发新的焊接设备与工艺方法，充分借助电子信息技术、计算机技术和自动控制技术等实现焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化以及焊接生产系统的集成化，从而使压力容器的焊接自动化水平提高到一个新的层次。