全位置自動管板焊系統(tǒng)在換熱器制造中的應用

摘要： 介紹了 ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動管板焊接系統(tǒng)的特點、組成和工作原理以及管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)， 通過工藝評定優(yōu)選出的焊接工藝參數(shù)應用于生產(chǎn)實踐， 取得了良好的效果， 焊縫合格率達 １００％。
　　關鍵詞： 全位置自動管板焊系統(tǒng)； 換熱器； 焊接質(zhì)量； 工藝參數(shù)
　　中圖分類號： ＴＱ０５１．５          文獻標識碼： Ａ
　　管殼式換熱器是一種廣泛使用的工藝設備，在煉油、化工行業(yè)中是主要的工藝設備之一，其完好與否對化工生產(chǎn)的影響很大，一旦泄漏，對化工產(chǎn)品的質(zhì)量、工廠安全、環(huán)境和設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)量是整臺設備制造質(zhì)量的關鍵，以往都采用傳統(tǒng)的手工電弧焊或手工氬弧焊工藝焊接，由于勞動條件差，對焊工技術水平要求高，焊縫外觀質(zhì)量不美觀，焊接速度慢，效率低，焊接量大，工人勞動強度大，合格率低，設備的制造質(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、按期完成設備制作任務，在充分調(diào)研的基礎上，購買了一臺 ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動管板焊接系統(tǒng)。本文將對該焊接系統(tǒng)的組成、原理及在換熱器制作中的具體應用作一簡單介紹。
　?。?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ＴＩＧ焊接機頭、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)設定、焊接參數(shù)選擇顯示控制面版，可實現(xiàn)對焊接電流、速度、送絲和保護氣體的自動控制。焊接機頭由電機驅(qū)動裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、定位裝置、氣體保護裝置、一體化送絲裝置和弧長控制裝置等組成。另外還有線控器、氬氣瓶、減壓閥及氣管等輔助設施（見圖 １） 。
                   
                     圖１ＥＷＡ３０６程控電源＋ＰＴ８０焊接機頭
    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化數(shù)字逆變ＴＩＧ電源，引進德國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，操作簡單，適應全位置焊接的優(yōu)化設計，主要焊接參數(shù)可以根據(jù)位置劃分區(qū)間，每個程序可劃分１０個區(qū)間，可儲存焊接工藝參數(shù)１００個，并可隨時調(diào)出使用。同時具有完整的故障檢測和處理機制，多點自動檢測，最大程度保護人身和設備安全以及焊縫質(zhì)量。
    １．２．２ 機頭部分
     動力驅(qū)動部分由一臺直流伺服電機減速器帶動一對齒輪使焊矩旋轉(zhuǎn)，焊接電源根據(jù)焊矩焊接時的不同位置設定該電機各參數(shù)。
     一體式送絲機由一臺電機驅(qū)動一對傘齒輪帶動主動送絲輪運轉(zhuǎn)，除主動送絲輪外，還有３個校直輪，這些送絲輪皆可由緊定螺釘調(diào)節(jié)松緊，焊絲從送絲機進口通過校直輪進入一對主動輪，再由送絲軟管總成由送絲機出口將焊絲送入槍體轉(zhuǎn)軸中心的送絲軟管。
     全自動弧長控制裝置，是靠一個步進電機驅(qū)動絲桿帶動螺母套直線運動， 帶動焊矩軸向移動，整個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電機運轉(zhuǎn)，使弧長穩(wěn)定在一定高度上。除通過焊接電源自動調(diào)節(jié)弧長外，在焊槍背部通過專用手輪也可進行手工調(diào)節(jié)。焊接時，根據(jù)工件管徑選擇合適的芯桿定位器（是一彈性套，當它插入管徑內(nèi)，可達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，安裝好與焊絲直徑相適應的送絲輪，調(diào)整緊定螺釘，使輪與螺絲之間距離適當，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，使整機定位待焊，調(diào)整好弧長，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，設置好焊接電源各參數(shù)后，即可開始焊接。
    ２ 全位置自動管板焊的特點
    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，熔池受力情況各點不一，見圖２。
                    
     由圖２可見，重力在各點對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，同時對熔池進行冷卻。焊縫由很致密的焊點疊加而成，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、強腐蝕性介質(zhì)及核反應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，因此應用比較廣泛。全位置管板焊時，其結(jié)構(gòu)基本采用管平頭（自熔焊時，管口伸出０～１ ｍｍ） 、管伸出（加絲焊時，管口伸出３ｍｍ～５ ｍｍ）方式，連接方式根據(jù)產(chǎn)品設計要求有以下兩種形式：一是脹接加密封自熔焊；二是加絲強度焊（根據(jù)設計要求可焊１或２層） 。
    ４ 生產(chǎn)應用
    在正式設備上施焊前，根據(jù) ＧＢ１５１—１９９９《管殼式換熱器》的有關規(guī)     定，對該系統(tǒng)進行了常用材料、規(guī)格的換熱管與管板接頭的焊接工藝評定試驗。結(jié)果表明， 采用全位置自動管板焊系統(tǒng)焊接的接頭質(zhì)量、性能完全符合有關標準和規(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)線的關鍵設備，物料腐蝕性較強，溫度變化幅度較大，對管板與換熱管焊接接頭要求較高，因此決定對該設備采用全位置自動管板氬弧焊施焊。
     設備技術參數(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。
    ４．２ 焊接生產(chǎn)中裝配和清理要求
    ４．２．１ 裝配要求
    （１） 換熱管伸出長度應嚴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） 用手工氬弧焊點焊換熱管與管板一端，勿用手工電焊條點焊，另
一端用管板端面機去除多余管口。
    （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） 穿管前應嚴格清理管孔及管口 ２５ ｍｍ 內(nèi)油污及水分。
    （２） 脹完管后，要用丙酮溶液嚴格清理，確保焊接區(qū)域無油污，以免
焊接時產(chǎn)生氣孔。
    ４．３ 焊接結(jié)果
     在做好焊前準備工作，裝配、清理達到要求的前提下，按照上述的焊接工藝參數(shù)對再沸器進行施焊，圓滿完成了焊接任務，檢驗結(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)水壓試驗檢查合格率達 １００％。
    （４） 該設備在使用兩年后，仍無泄漏，效果很好。
    ５ 結(jié)語
   該焊接系統(tǒng)采用計算機控制，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強度，提高了工作效率，有效保證了換熱器施工的進度。