全位置自動(dòng)管板焊系統(tǒng)在換熱器制造中的應(yīng)用

摘要： 介紹了 ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動(dòng)管板焊接系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成和工作原理以及管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)， 通過工藝評(píng)定優(yōu)選出的焊接工藝參數(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐， 取得了良好的效果， 焊縫合格率達(dá) １００％。
　　關(guān)鍵詞： 全位置自動(dòng)管板焊系統(tǒng)； 換熱器； 焊接質(zhì)量； 工藝參數(shù)
　　中圖分類號(hào)： ＴＱ０５１．５          文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： Ａ
　　管殼式換熱器是一種廣泛使用的工藝設(shè)備，在煉油、化工行業(yè)中是主要的工藝設(shè)備之一，其完好與否對(duì)化工生產(chǎn)的影響很大，一旦泄漏，對(duì)化工產(chǎn)品的質(zhì)量、工廠安全、環(huán)境和設(shè)備等將造成很大的損失。換熱器中管板與換熱管之間的角接接頭焊縫質(zhì)量是整臺(tái)設(shè)備制造質(zhì)量的關(guān)鍵，以往都采用傳統(tǒng)的手工電弧焊或手工氬弧焊工藝焊接，由于勞動(dòng)條件差，對(duì)焊工技術(shù)水平要求高，焊縫外觀質(zhì)量不美觀，焊接速度慢，效率低，焊接量大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，合格率低，設(shè)備的制造質(zhì)量和工期都無法得到保證。近年來，隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，有大量的換熱器需要制作，為了保證優(yōu)質(zhì)、高效、按期完成設(shè)備制作任務(wù)，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，購(gòu)買了一臺(tái) ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動(dòng)管板焊接系統(tǒng)。本文將對(duì)該焊接系統(tǒng)的組成、原理及在換熱器制作中的具體應(yīng)用作一簡(jiǎn)單介紹。
　?。?nbsp;焊接系統(tǒng)的組成及工作原理
　?。保?nbsp;焊接系統(tǒng)的組成
　　該焊接系統(tǒng)由ＥＷＡ３０６程控電源、ＰＴ８０管板全自動(dòng)ＴＩＧ焊接機(jī)頭、冷卻水箱（與程控電源一體化） 、平衡器及支架５部分組成。程控電源上裝有焊接參數(shù)設(shè)定、焊接參數(shù)選擇顯示控制面版，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、速度、送絲和保護(hù)氣體的自動(dòng)控制。焊接機(jī)頭由電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、定位裝置、氣體保護(hù)裝置、一體化送絲裝置和弧長(zhǎng)控制裝置等組成。另外還有線控器、氬氣瓶、減壓閥及氣管等輔助設(shè)施（見圖 １） 。
                   
                     圖１ＥＷＡ３０６程控電源＋ＰＴ８０焊接機(jī)頭
    １．２ 工作原理
    １．２．１ 電源部分
    該系統(tǒng)焊接電源為可編程全自動(dòng)化數(shù)字逆變ＴＩＧ電源，引進(jìn)德國(guó)ＥＷＭ公司原裝高性能逆變電源模塊，可根據(jù)需要輸出５Ａ～３００Ａ的直流或脈沖電流。系統(tǒng)內(nèi)配置有高性能的Ｍｕｌｔｉ－ＣＰＵ系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，控制精度高，性能穩(wěn)定，焊接成形及重現(xiàn)性好。數(shù)字化、圖形化的編程界面，使用方便，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)全位置焊接的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要焊接參數(shù)可以根據(jù)位置劃分區(qū)間，每個(gè)程序可劃分１０個(gè)區(qū)間，可儲(chǔ)存焊接工藝參數(shù)１００個(gè)，并可隨時(shí)調(diào)出使用。同時(shí)具有完整的故障檢測(cè)和處理機(jī)制，多點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)，最大程度保護(hù)人身和設(shè)備安全以及焊縫質(zhì)量。
    １．２．２ 機(jī)頭部分
     動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分由一臺(tái)直流伺服電機(jī)減速器帶動(dòng)一對(duì)齒輪使焊矩旋轉(zhuǎn)，焊接電源根據(jù)焊矩焊接時(shí)的不同位置設(shè)定該電機(jī)各參數(shù)。
     一體式送絲機(jī)由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)傘齒輪帶動(dòng)主動(dòng)送絲輪運(yùn)轉(zhuǎn)，除主動(dòng)送絲輪外，還有３個(gè)校直輪，這些送絲輪皆可由緊定螺釘調(diào)節(jié)松緊，焊絲從送絲機(jī)進(jìn)口通過校直輪進(jìn)入一對(duì)主動(dòng)輪，再由送絲軟管總成由送絲機(jī)出口將焊絲送入槍體轉(zhuǎn)軸中心的送絲軟管。
     全自動(dòng)弧長(zhǎng)控制裝置，是靠一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿帶動(dòng)螺母套直線運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)焊矩軸向移動(dòng)，整個(gè)焊接過程中是通過電弧電壓的反饋，由焊接電源控制該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使弧長(zhǎng)穩(wěn)定在一定高度上。除通過焊接電源自動(dòng)調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)外，在焊槍背部通過專用手輪也可進(jìn)行手工調(diào)節(jié)。焊接時(shí)，根據(jù)工件管徑選擇合適的芯桿定位器（是一彈性套，當(dāng)它插入管徑內(nèi)，可達(dá)到焊頭徑向定位的目的）裝入芯桿，調(diào)節(jié)定位板上的３根螺桿及偏心支腳支承于管板平面，使焊頭正確定位。如果選擇加絲焊，則在送絲盒中裝入絲盤， 用專用工具將送絲軟管總成插入芯軸的快插接頭，軟管另一端接送絲機(jī)，安裝好與焊絲直徑相適應(yīng)的送絲輪，調(diào)整緊定螺釘，使輪與螺絲之間距離適當(dāng)，將焊絲穿好。安裝好引弧圈，用平衡器將焊頭吊起，將芯桿定位器插入管子，將偏心支腳頂住管板，使整機(jī)定位待焊，調(diào)整好弧長(zhǎng)，將焊矩轉(zhuǎn)到起始位置，將伸出送絲嘴的焊絲修剪至伸出送絲嘴５ｍｍ左右，設(shè)置好焊接電源各參數(shù)后，即可開始焊接。
    ２ 全位置自動(dòng)管板焊的特點(diǎn)
    全位置管板焊的焊接過程包括平焊、上坡焊、下坡焊、仰焊等過程，熔池受力情況各點(diǎn)不一，見圖２。
                    
     由圖２可見，重力在各點(diǎn)對(duì)焊縫成形影響不一樣：平焊位置，重力易造成熔池往管口內(nèi)流淌；仰焊位置，重力易使熔池偏離焊縫，造成焊縫成形不均勻。
     為了減小熔池受重力因素的影響，全位置管板焊宜采用脈沖焊方式即峰值形成熔池，基值維持電弧不熄滅，同時(shí)對(duì)熔池進(jìn)行冷卻。焊縫由很致密的焊點(diǎn)疊加而成，從而形成熔合良好、外觀成形均勻的焊縫。
    ３ 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)和連接方式
     目前，管殼式換熱器在制造中管子與管板之間的連接有脹接、脹接加焊接和焊接等形式。如果采用焊接，則有端面焊接和內(nèi)孔焊接兩種結(jié)構(gòu)類型。由于內(nèi)孔焊的接頭形式制造工藝復(fù)雜，管板加工、裝配、焊接和維修都較困難，成本較高，故僅在高溫高壓、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)及核反應(yīng)堆等特殊工作條件下的換熱器中采用。而端面焊接由于焊接方便、外觀檢查與維修容易等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用比較廣泛。全位置管板焊時(shí)，其結(jié)構(gòu)基本采用管平頭（自熔焊時(shí)，管口伸出０～１ ｍｍ） 、管伸出（加絲焊時(shí)，管口伸出３ｍｍ～５ ｍｍ）方式，連接方式根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求有以下兩種形式：一是脹接加密封自熔焊；二是加絲強(qiáng)度焊（根據(jù)設(shè)計(jì)要求可焊１或２層） 。
    ４ 生產(chǎn)應(yīng)用
    在正式設(shè)備上施焊前，根據(jù) ＧＢ１５１—１９９９《管殼式換熱器》的有關(guān)規(guī)     定，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了常用材料、規(guī)格的換熱管與管板接頭的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。結(jié)果表明， 采用全位置自動(dòng)管板焊系統(tǒng)焊接的接頭質(zhì)量、性能完全符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的要求。
    ４．１ 焊接工藝參數(shù)
    六塔再沸器是回收生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，物料腐蝕性較強(qiáng)，溫度變化幅度較大，對(duì)管板與換熱管焊接接頭要求較高，因此決定對(duì)該設(shè)備采用全位置自動(dòng)管板氬弧焊施焊。
     設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下：Ⅱ類壓力容器，管板材料為３１６Ｌ不銹鋼，厚度
為４０ｍｍ，換熱管材料為 ００Ｃｒ１７Ｎｉ１４Ｍｏ２，規(guī)格為ｄ３８ｍｍ×２．５ ｍｍ，管頭數(shù)量為３３５２ 個(gè)。
    ４．２ 焊接生產(chǎn)中裝配和清理要求
    ４．２．１ 裝配要求
    （１） 換熱管伸出長(zhǎng)度應(yīng)嚴(yán)格控制在要求尺寸內(nèi)，自熔為１．５ｍｍ×０．５ｍｍ，填絲焊為 ４ ｍｍ×０．５ ｍｍ。
    （２） 用手工氬弧焊點(diǎn)焊換熱管與管板一端，勿用手工電焊條點(diǎn)焊，另
一端用管板端面機(jī)去除多余管口。
    （３） 脹管要均勻一致， 避免有貼脹不緊的情況。
    ４．２．２ 清理要求
    （１） 穿管前應(yīng)嚴(yán)格清理管孔及管口 ２５ ｍｍ 內(nèi)油污及水分。
    （２） 脹完管后，要用丙酮溶液嚴(yán)格清理，確保焊接區(qū)域無油污，以免
焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔。
    ４．３ 焊接結(jié)果
     在做好焊前準(zhǔn)備工作，裝配、清理達(dá)到要求的前提下，按照上述的焊接工藝參數(shù)對(duì)再沸器進(jìn)行施焊，圓滿完成了焊接任務(wù)，檢驗(yàn)結(jié)果如下： 
    （１） 焊接接頭表面成形均勻、美觀光滑，焊縫寬度和高度也比較統(tǒng)一，相差不大，帶有均勻的魚鱗紋，經(jīng)酸洗鈍化后焊縫呈銀白色。
    （２） 經(jīng)著色檢查無氣孔、裂紋等缺陷。
    （３） 殼程經(jīng)水壓試驗(yàn)檢查合格率達(dá) １００％。
    （４） 該設(shè)備在使用兩年后，仍無泄漏，效果很好。
    ５ 結(jié)語
   該焊接系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，焊接過程穩(wěn)定、可靠，操作方便，不僅保證了焊接質(zhì)量，而且大大降低了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，有效保證了換熱器施工的進(jìn)度。