锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展

锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展（精选3篇）

锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展 篇1

锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展

近10年来，国内外锅炉、压力容器和管道的焊接技术取得了引人注目的新发展。随着锅炉、压力容器和管道工作参数的大幅度提高及应用领域的不断扩展，对焊接技术提出了愈来愈高的要求。所选用的焊接方法、焊接工艺、焊接材料和焊接设备首先应保证焊接接头的高质量，同时必须满足高效、低耗、低污染的要求。因此，在这一领域内，焊接工作者始终面临复杂而艰巨的技术难题，要求不断寻求最佳的解决方案。通过不懈的努力已在许多关键技术上取得重大突破，并在实际生产中得到成功的应用，取得了可观的经济效益，使锅炉、压力容器和管道的焊接技术达到了新的发展水平。鉴于锅炉、压力容器和管道涉及到许多重要的工业部门，其中包括火力、水力、风力，核能发电设备，石油化工装臵，煤液化装臵、输油、输气管线，饮料、乳品加工设备，制药机械，饮用水处理设备和液化气储藏和运输设备等，焊接技术的内容是相当广泛的。本文因篇幅所限，仅就锅炉、压力容器和管道用钢，先进的焊接方法和焊接过程机械化和自动化三方面的新发展作如下概括的介绍。锅炉压力容器和管道用钢的新发展1锅炉用钢的新发展在锅炉、压力容器和管道用钢这三类钢中，锅炉用钢的发展最为迅速。这主要是近10年来，火力发电站用燃料—煤炭的供应日趋紧张，降低燃料 的消耗已成为世界性的迫切需要。为此，必须提高锅炉的效率。通常锅炉效率每提高5%，燃料的消耗可降低15%.而锅炉的效率基本上取决于其运行参数—蒸汽压力和蒸汽温度。最近，上海锅炉厂生产600~670MW超临界锅炉的蒸汽压力为254bar，过热蒸汽温度为569℃，锅炉的热效率约为43%.如果锅炉的运行参数提高到特超临界级，即蒸汽压力为280bar蒸汽温度为620℃，锅炉的热效率可提高到47%.目前世界上特超临界锅炉的最高工作参数为350bar/700℃/720℃，锅炉的热效率达到了50%.这里应当强调指出，随着锅炉效率的提高，锅炉烟气中的SO2、NOX和CO2的排放量逐渐下降。因此从减少大气污染的角度出发，设计制造高工作参数的特超临界锅炉也是必然的发展趋势。锅炉蒸汽参数的提高直接影响到锅炉受压部件的强度性能。在超临界和特超临界工作条件下，锅炉的主要部件，如膜式水冷壁，过热器，再热器、高压出口集箱和主蒸汽管道的工作温度均已达到钢材蠕变温度范围以内。制作这些部件的钢材在规定的工作温度下，除了具有足够的蠕变强度（或105h高温持久强度）外，还应具有高的耐蚀性和抗氧化性以及良好的焊接性和成形性能。从锅炉主要部件用钢的发展阶段来看，即便是工作温度相对较底的水冷壁部件，也必须采用铬含量大于2%的Cr-Mo钢或多组元的CrMoVTiB钢。按现行的锅炉制造规程，这类低合金钢，当管壁厚度超过规定的界限时，焊后必须进行热处理。由于

膜式水冷壁的外形尺寸相当大，工件长度一般超过30m，焊后热处理不仅延长了生产周期，而且大大提高了制造成本。为解决这一问题，国外研制了一种专用于膜式水冷壁的新钢种7CrMoVTiB1010.最近，该钢种已得到美国ASME的认可，并已列入美国ASME材料标准，钢号为A213-T24.这种钢的特点是含碳量控制在0.10%以下，硫含量不超过0.010%，因此具有相当好的焊接性。焊前无需预热。当管壁厚度不大于10mm，焊后亦可不作热处理。在特超临界的蒸气参数下，当蒸气温度达到700℃，蒸气压力超过370bar时，水冷壁的壁温可能超过600℃。在这种条件下，必须采用9%Cr或12%Cr马氏体耐热钢。这些钢种对焊接工艺和焊后热处理提出了严格的要求，必须采取特殊的工艺措施，才能确保接头的焊接质量。对于锅炉过热器和再热器高温部件，在超临界和特超临界蒸汽参数下，其工作温度范围为560~650℃。在低温段通常采用9~12%Cr钢，从高温耐蚀性角度考虑，最好选用12%Cr钢。在600℃以上的高温段，则必须采用奥氏体铬镍高合金耐热钢。根据近期的研究成果，对于高温段过热器和再热器管件，为保证足够高的高温耐蚀性和抗氧化性，应当选用铬含量大于20%的奥氏体钢，例如25Cr-20NiNbN（HR3C），23Cr-18NiCuWNbN（SAVE25），22Cr-15NiNbN（TempaloyA-3），和20Cr-25NiMoNbTi（NF709）等。在相当高的蒸汽参数下（375bar/700℃）下，在过热器出口段，由于奥氏体钢蠕变

强度不足，不能满足要求，而必须采用镍基合金，如Alloy617.现代奥氏体耐热钢与传统的奥氏体耐热钢相比，其最大特点是含有多组元的碳化物强化元素，从而在很大程度上提高了钢材的蠕变强度。对于超临界锅炉机组的高压出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件主要采用改进型的9-12%Cr马氏体铬钢。9~12%马氏体铬钢的发展规律与前述的奥氏体耐热钢相似，即从最原始的Cr-Mo二元合金向多组元合金演变，其主攻方向是尽可能提高钢材的高温蠕变强度，减薄厚壁部件的壁厚，以简化制造工艺和降低制造成本。上述钢种由于严格控制了碳、硫、磷含量，焊接性明显改善。在国外超临界和特临界锅炉已逐步推广应用，取得了可观的经济效益。2压力容器用钢的新发展近年来，压力容器用钢的发展与锅炉用钢不同，其主攻方向是提高钢的纯净度，即采用各种先进的冶炼技术，最大限度地降低钢中的有害杂质元素，如硫、磷、氧、氢和氮等的含量。这些冶金技术的革新，不仅明显地提高了钢的冲击韧性，特别是低温冲击韧性，抗应变时效性、抗回火脆性、抗中子幅照脆化性和耐蚀性，而且可大大改善其加工性能，包括焊接性和热加工性能。对比采用常规冶炼方法和现代熔炼方法轧制的16MnR钢板的化学成分和不同温度下的缺口冲击韧度和应变时效后的冲击韧性，数据表明，超低级的硫、磷、氮含量显著地提高了普通低合金钢的低温冲击韧度和抗应变时效性。高纯净化对深低温用9%Ni钢的极限工作温

度（-196℃）下的缺口冲击韧度也起到相当良好的作用，按美国ASTMA353和A553（9%Ni）钢标准，该钢种在-196℃冲击功的保证值为27J.但按大型液化天然气（LNG）储罐的制造技术条件，9%Ni钢壳体-196℃的冲击功应70J，相差2.6倍之多。这一问题也是通过9%Ni钢的纯净化处理而得到完满的解决。同时还大大改善了9%Ni钢的焊接性。焊接不必预热，焊后亦无须热处理。对于厚度30mm以下的9%Ni钢，焊前不必预热，焊后亦无需热处理。这对于大型（10万m3以上）LNG储罐的建造，具有十分重要的意义。把9%Ni钢标准的化学成分和力学性能并与高纯度9%Ni钢相应的性能进行对比，它们之间的明显差异。在高压加氢裂化反应容器中，由于工作温度高于450℃，壳体材料必须采用2.25CrlMo或3CrlMo低合金抗氧钢。但这类钢在450℃以上温度下长期使用时，会产生回火脆性，使钢的韧性明显下降，给加氢反应的安全运行造成隐患。近期的大量研究证明，上列铬钼钢的回火脆性主要起因于钢中P、Sn、Sb和As等微量杂质。合金元素Si和Mn也对钢的回火脆性起一定的促进作用。因此必须通过现代的冶金技术，把钢中的这些杂质降低到最低的水平。目前，许多国外钢厂已提出严格控制钢中杂质含量的供货技术条件。现代炼钢技术能够达到了最低杂质含量的上限，可大大降低2.25CrlMo和3CrlMo钢的回火脆性敏感性，其回火脆性指数J低于100，而普通的2.25Cr-lMo钢的J指数高达300.由此

可见，压力容器用钢的纯净化是一种必然的发展趋势。近几年来，各类不锈钢在金属结构制造业中应用急速增长，其年增长率为5.5%，2003年世界不锈钢消耗量为2150万吨，其中我国不锈钢的用量占54.2%极大部分用于各种压力容器和管道，包括部分输油输气管线。为满足各种不同的运行条件下的耐蚀性要求，并改善不同施工条件下的加工性能，近期开发了多种性能优异的不锈钢，其中包括超级马氏体不锈钢、超级铁素体不锈钢，铁素体—奥氏体双相不锈钢和超级铁素体—奥氏体不锈钢。这些新型不锈钢的共同特点是超低碳、超低杂质含量、合金元素的匹配更趋优化，不仅显著提高了其在各种腐蚀介质下的耐蚀性，而且大大改善了焊接性和热加工性能。在一定的厚度范围，超级马氏体不锈钢焊前可不必预热，焊后亦无需作热处理。这对于大型储罐和跨国海底输油输气管线的建设具有重要的经济意义。目前已在压力容器和管道制造中得到实际应用的马氏体不锈钢、铁素体—奥氏体双相不锈钢和超级双相不锈钢，这些不锈钢合金系列与常规不锈钢之间存在较大的差异。3管道用钢的新发展管道用钢的发展在很多方面与前述的锅炉与压力容器用钢相似。实际上很多钢种和钢号都是相同的，其中只有输气管线用钢可以认为是独立的分支。近10年来，输送管线的工作应力已从40bar提高到100bar，甚至更高。最近台湾省建造了一座1600MW抽水蓄能电站，其压水管道采用了X100型（屈服强度

690Mpa）高强度钢。目前在世界范围内，输送管线中采用的最高强度级别的钢种为X80型，相当于我国标准钢号L555，其最低屈服强度为555Mpa.国外已计划将X100型高强度钢用于输送管线。鉴于管线的焊接都在野外作业，要求钢材具有良好的焊接性，因此管线用钢多采用低碳，低硫磷的微合金钢，并经热力学处理。锅炉、压力容器和管道焊接方法的新发展锅炉、压力容器和管道均为全焊结构，焊接工作量相当大，质量要求十分高。焊接工作者总是在不断探索优质、高效、经济的焊接方法，并取得了引人注目的进步。以下重点介绍在国内外锅炉、压力容器与管道制造业中已得到成功应用的先进高效焊接方法。1锅炉膜式水冷壁管屏双面脉冲MAG自动焊接生产线为提高锅炉热效率，节省材料费用，大型电站锅炉式水冷壁管屏均采用光管＋扁钢组焊而成。这种部件的外形尺寸与锅炉的容量成正比。一台600MW电站锅炉膜式水冷壁管屏的拼接缝总长已超过万米。因此必须采用高效的焊接方法。在上世纪90年代以前，国内外锅炉炉制造厂大多数采用多头（6~8头）埋弧自动焊。在多年的实际生产中发现，这种埋弧焊方法存在一致命的缺点，即埋弧焊只能从单面焊接，管屏焊后不可避免会产生严重的挠曲变形。管屏长度愈长，变形愈大，必须经费工的校正工序。不仅提高了生产成本，而且延长了成产周期。因此必须寻求一种更合理的焊接方法。上世纪80年代后期，日本三菱重工率先开发膜式水冷

壁管屏双面脉冲MAG自动焊新焊接方法及焊接设备，并成功地应用于焊接生产。这种焊接方法在日本俗称MPM法，其特点是多个MAG焊焊头从管屏的正反两面同时进行焊接。焊接过程中，正反两面焊缝的焊接变形相互抵消。管屏焊接后基本上无挠曲变形。这是一项重大的技术突破。经济效益显著。数年后哈尔滨锅炉厂最先从日本三菱公司引进了这项先进技术和装备，并在锅炉膜式壁管屏拼焊生产中得到成功的应用。之后，逐步在我国各大锅炉制造厂推广应用，至今已有十多条MPM焊接生产线正常投运。管屏MPM焊接的主要技术关键是必须保证正反两面的焊缝质量，包括焊缝熔深，成形和外形尺寸基本相同。这就要求在仰焊位臵的焊接采用特殊的焊接工艺—脉冲电弧MAG焊（富氩混合气体）。焊接电源和送丝系统应在管屏全长的焊接过程中产生稳定的脉冲喷射过渡。因此必须配用高性能和高质量的脉冲焊接电源和恒速送丝机。这些焊接设备的性能和质量愈高，管屏反面焊缝的质量愈稳定，合格率愈高。实际上，哈锅厂从日本三菱重工引进的原装机只配用了晶闸管控制的第二代脉冲MIG/MAG焊电源，送丝机也只是传统的等速送丝机，管屏反面焊缝的合格率达不到100%，总有一定的返修量，为进一步改进膜式壁管屏MPM焊机的性能，最近国产的管屏MPM焊机配用了第三代微要控制逆变脉冲焊接电源和测速反馈的恒速送丝机，明显提高了反面焊缝的合格率。2锅炉受热面管对接高效焊接法锅炉受热

面过热器和再热器部件管件接头的数量和壁厚，随着锅炉容量的提高而成倍增加，600MW电站锅炉热器的最大壁厚已达13mm，接头总数超过数千个。传统的填充冷丝TIG焊的效率以远远不能满足实际生产进展的要求，必须采用效率较高的且保接头质量的溶焊方法。为此，哈锅和上锅相继从日本引进了厚壁管细丝脉冲MIG自动焊管机，其效率比传统的TIG焊提高3~5倍。后因经常出现根部未焊透和弧坑下垂等缺陷而改用TIG焊封底MIG焊填充和盖面工艺，改进的焊接工艺虽然基本上解决了根部未焊透的问题，但降低了焊接效率，增加了设备的投资，同时也使操作程序复杂化。最近，上锅，哈锅又从国外引进了热丝TIG自动焊管机。热丝TIG焊的原理是将填充丝在送入焊接熔池之前由独立的恒压交流电源供电。电阻加热至650~800℃高温，这就大大加速了焊丝的熔化速度，其熔敷率接近于相同直径的MTG焊熔敷率。另外，TIG方法良好的封底特性确保了封底焊道的熔质量，因此，热丝TIG焊不失为小直径壁厚管对接焊优先选择的一种焊接方法。然而不应当由此全面否定脉冲MIG焊在小直径壁厚管对接中应用的可行性。曾通过大量的试验查明，在厚壁管MIG焊对接接头中，根部末焊透90%以上位于超弧段，而弧坑下垂起因于连续多层焊时熔池金属热量积聚导致过热。如将焊接电源电弧的功率作精确的控制，则完全可以消除上述缺陷的形成。但由于引进的MIG焊自动焊管机原配的焊接电源为晶闸管脉

冲电源，无法实现电弧功率的程序控制如改用当代最先进的全数字控制逆变脉冲焊接电源或波形控制脉冲焊接电源（计算机软件控制小），则可容易地按焊接工艺要求，对焊接电弧的功率作精确的控制，确保接头的焊接质量。我们建议对现有的管子对接自动焊MIG焊机组织二次开发，将原有的晶闸管焊接电源更换成全数字控制逆变脉冲焊接电源，并采用PLC和人机界面改造控制系统，充分发挥MIG焊的高效优势。3厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊厚壁容器对接缝的窄间隙埋弧焊是一种优质、高效、低耗的焊接方法。自1985年哈锅从瑞典ESAB公司引进第一台窄间隙埋弧焊系统以来，窄间隙埋弧焊已在我国各大锅炉、化工机械和重型机械等制造厂推广使用，近20年的实际生产经验表明，窄间隙埋弧焊确实是厚壁容器对接焊的最佳选择。为进一步提高窄间隙埋弧焊的效率，国内外推出串列电弧双丝窄隙埋弧焊工艺与设备，但至今未得到普遍推广应用。这不仅是因为增加了操作的难度，更主要的是交流电弧的焊道成形欠佳，不利于脱渣，容易引起焊缝夹渣。最近，美国林肯（Lincoln）公司向中国市场推出交流波形参数（脉冲宽度、正半波电流值、脉冲频率，脉冲波形斜率）可任意控制的AC/DC1000型埋弧焊电源。采用这种新一代的计算机控制埋弧焊电源，可使串列电弧双丝埋弧焊的工艺参数达到最佳的组合。不但可以获得窄间隙埋弧焊所要求的焊道形成，而且还可进一步提高交流电弧焊丝的

熔敷率。可以预期，波形控制AC/DC埋弧焊电源的问世必将对串列电弧双丝窄间隙埋弧焊的推广应用作出积级的贡献。4大直径厚壁管生产中的高效焊接法随着输送管线工作参数不断提升，大直径厚壁管的需求量急剧增加，制造这类管材量经济的方法是将钢板压制成形，并以1条或2条纵缝组焊而成。由于厚壁管焊接工作量相当大，为提高钢管的产量，通常采用3丝，4丝或5丝串列电弧高速埋弧焊。5丝埋弧焊焊接16mm厚壁管外纵缝的最高焊接速度可达156m/h，焊接38mm厚壁管外纵缝的最高焊接速度可达100mm/h.最近，我国某钢铁公司将投资数十亿建设一条大直径厚管生产线，其中内外纵缝焊接机拟采用5丝串列电弧高速埋弧焊工艺。为确保达到最高焊缝质量标准，最好配用高性能的PowerwaveAC/DC1000数字控制焊接电源。5风力发电站生产中的高效焊接方法众所周知，我国当前正面临电力十分紧张的状况，而且火力发电厂烟气大量排放对大气的污染也令人担忧。因此发展绿色能源已成为世人关注的焦点。在世界范围内风力发电作为一种可再生的清洁能源因运而生，产并以相当高的速度发展，年增长率约为20%.近来，我国也开始重视风力发电的建设，制定相应的规划，可望在今后5年内将有较快的发展。风力发电站主要由基础、底座、立柱、风力涡轮发电机和馈电系统等组成，其中底座和立柱为焊接结构，采用不同厚度的低碳钢或低合金钢板卷制而成。锥形立柱总

长可达100m，底部最大直径为4.8m，壁厚40~70mm，项部直径约1.7m，壁厚12~35m.总重量约80T.每根立柱熔敷金属的重量约700—1500Kg.可见焊接工作量相当可观而且必须采用高效焊接法。最近瑞典ESAB公司专为风力发电站立柱焊接推出两对双丝串列电弧埋弧焊接法（Tandem-Twin）。如采用4根￠时2.5mm的焊丝，最高熔敷率可达38Kg/h，而普通的单弧双丝焊（TwinArc）的熔敷率仅为15Kg//h.锥体简身纵缝采用两对双丝串列电弧焊，配用的焊接电源型号相应为LAF1250和TAF1250.立柱环缝采用焊接操作机与头尾架翻转机组合的专用焊接装臵，头架转盘由交流伺服电机驱动，可精确控制工件旋转速度，以确保焊缝的高质量。锅炉、压力容器和管道焊接自动化的新发展在我国锅炉、压力容器和管道制造行业中，各大中型企业的焊接机械化和自动化程度相对较高，像哈锅，上锅这样的企业已达到80%以上。不过，在国际上对焊接机械化和自动化作了重新定义。焊接机械化是指焊接机头的运动和焊丝的给送由机械完成，焊接过程中焊头相对于接缝中心位臵和焊丝离焊缝表面的距离仍须由焊接操作工监视和手工调整。焊接自动化是指焊接过程自启动至结束全部由焊机的执行自动完成。无需操作工作任何调整，即焊接过程中焊头的位臵的修正和各焊接参数的调整是通过焊机的自适应控制系统实现的。而自适应控制系统通常由高灵敏传感器，人工智能软件、信息处理器和快速反应的精密执行机构

等组成。按照上述标准来衡量，我国锅炉，压力容器和管道焊接的自动化率是相当低的。极大多数仅实现了焊接生产的机械化。因此，为加速本行业焊接生产现代化的进程，增强企业的核心竞争力，应尽快提高焊接自动化的程度。按照当前中央提出的“以人为本”的理念。焊接自动化具有更深刻的意义。它不仅仅是提高了焊接生产率和稳定了焊接质量，而更重要的是使焊工远离了有害的工作环境，减轻或消除了职业病的危害。以下列举几个在压力容器和管道制造中已得到实际应用现代化自动焊接装备实例。以说明其基本结构和功能以及在焊接生产中所发挥的作用。1厚壁压力容器对接接头的全自动焊接装备德国Babcock-Borsig公司与瑞典ESAB公司合作于1997年开发了一台大型龙门式全自动自适应控制埋弧装备。专用于、厚壁容器筒体纵缝和环缝的焊接。自1998年正式投运至今使用状况良好，为了型厚壁容器对接缝的自动埋弧焊开创了成功的先例。该装备配臵了串列电弧双丝埋弧焊焊头，由计算机软件控制的ABW系统（AdaptiveBattWelding）和激光图像传感器。在焊接过程中激光图像传感器连续测定接头的外形尺寸，测量数据通过计算机由智能软件快速处理，并确定所要求的焊接参数和焊头位臵。也就是说每焊道的尺寸和焊道的排列是由系统的软件以自适应的方式控制的。系统软件可调整每一填充焊道的4个焊接参数：焊接速度，焊接电流，焊道的排列和各填充层

和盖面层的焊道数。因此，该系统可使实时焊接参数自动适应接头整个长度上横截面和几何尺寸的偏差。焊接速度是控制不同区域内的熔敷金属量，而焊接电流是控制焊道的高度和熔敷金属量。焊道的排列是决定每层焊道间的搭接量。每层的焊道数则取决于每层的坡口宽度。该设备的主控制器和监视器以PC机为基础。多年的使用经验表明，该装备不仅大大提高厚壁容器的焊接生产率，而且确保形成无缺陷的厚壁焊缝，同时显著降低了焊工劳动强度，改善了工作环境。2厚壁管件全自动多站焊接装臵火力和核电站的主蒸汽管道，其壁厚已超过100mm，焊接工作量相当大，迫切需要实现焊接生产的全自动化，以提高生产率。每个焊接工作站由焊接操作机，翻转机构，滚轮架，夹紧装臵和焊接机头及焊接电源等组成。所有的焊接工作站由中央控制器集成控制。适用的管径范围为139~558mm，壁厚18~100mm.管件长度大于1800mm.可全自动焊接直管对接，直管与弯管接头，直管与法兰以及直管与端盖对接接头。焊接方法采用窄坡口热丝TIG焊。在该自适应控制系统中，采用黑白摄像机检测坡口边缘的位臵。采用彩色摄像机监控电弧和填充丝的位臵。通过检则焊丝加热电流控制填充丝的垂直方向的位臵。这种控制方法是利用黑白摄像机的图像，经过计算机图像处理，确定内外边缘的照度差。当焊接条件变化时，系统将自动调整摄相机快门的曝光时间。以达到给定的照度，使焊枪始终保持在焊接开始

时调整好的位臵。壁厚管件全自动多站焊接装臵基本上实现了焊接作业无人操作。只需要一名操作人员在主控制室内设臵管件的原始条件并在焊接过程中进行监控。这种全自动焊接装臵已在日本三菱重工公司投入生产试用。3大直径管对接全位臵自TIG焊机大直径管对接的全位臵TIG焊是一项难度很大的焊接作业，培养一名技能高度熟练的焊工需要耗费大量的人力和物力，而且产品的焊接质量还取决于焊工自身多年积累的生产经验。为了克服对焊工技能的依赖性，消除人为因素对产品焊接质量的不利影响，产生了开发模拟高级熟练焊工的智能和操作要领的全自动焊管机的想法。该自动焊管机可用于直径165—1000mm，壁厚7.0—35.0mm的不锈钢管环缝的全位臵焊，并采用窄间隙填丝TIG焊（单层单道焊工艺）。焊机的自动控制系统采用了视觉和听觉传感器，由计算机程序控制执行机构，模仿熟练焊工的反应和动作。自适应控制和质量监控系统的作用原理为，自适应控制主要是通过视觉传感器实时检测的信息和计算机图像处理，按模糊逻辑规则，实时控制钨极相对于坡口边缘的位臵，填充焊丝相对于钨极的位臵以及决定焊接熔池尺寸的焊接参数。而焊缝质量的监控系统则按照激光视频传感器，听觉传感器和电流传感器的信息实时修正焊接熔池尺寸，焊道形状，钨极尖端的形状，电弧燃烧的稳定性和焊接电流，以保证焊缝质量的一致性。在自适应控制系统中，安装在焊枪前侧的视觉传感器

（摄像机）起主要作用，将所摄取的对接区图像输入到计算机，根据计算机软件图像处理结果，可以定量检测钨极相对于坡口边缘的位臵，填充焊丝相对于钨极的横向位移，以及焊接熔池的尺寸及钨极的损耗。激光视频传感器是由摄像机和激光聚光灯组成，安装在焊枪的后侧。所形成的图像可用来测定焊道边缘的润温角，即焊道表面与坡口侧壁之间的角度。控制系统根据这些信息，对焊接参数进行自适应控制。自适应计算方法的工原理如下。焊接过程中，为调整钨极的位臵，引用了模糊逻辑理论，即所谓奇数理论。当前节距内钨极位臵的修正速度是按所测定的钨极位移量和前一节距内的修正速度计算的，以此来保证修正精度。上述大直径管全自动全位臵焊管机已在电站锅炉安装工程中得到实际的应用，取得了令人满意的效果。

锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展 篇2

1 膜式壁焊机

膜式壁焊机是膜式壁生产线中的核心设备,20多年来已形成气体保护焊接及埋弧焊接两大膜式壁焊机系列,形成以哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂为主导的采用气体保护焊接工艺,以及以上海锅炉厂、武汉锅炉厂为主导的采用埋弧焊接工艺的两大模式,也有两者兼有的,如北京巴威公司。为了提高设备的生产能力,目前我国膜式壁气体保护焊机的焊枪数最多达20头,国外最大达44头;膜式壁埋弧焊机的焊枪数为12头。其结构形式包括管屏移动、焊枪不动的机床式焊机;焊枪移动、管屏不动的用于拼排的龙门式焊机以及简易的拼焊小车等形式,两类焊机的性能比较如表1所示。

目前,我国膜式壁生产能力已基本上满足需求,但与国外相比,在自动化管理方面还存在一定的差距,基本上依靠人工操作,占用较多的人力,劳动条件较差。应从自动化监控、物流等方面进一步开发,进一步提升膜式壁生产的自动化程度。

2 直管接长焊机

随着自动化程度的提高以及确保焊接质量,对管子的预处理有了新的要求,整线由PLC控制,实现自动化生产。其中,管端数控倒角机是关键设备,能在旋转及轴向进刀的过程中,径向自动进刀,可根据要求,编制相应的切削程序,快速、优质地倒出各种形状的坡口,与手动、成形刀倒坡口相比,其自动化程度高。坡口表面光洁度高,尺寸的重复精度好,对稳定焊接质量起到重要作用,是管子端面倒角的理想设备。

3 马鞍形焊机

随着锅炉及压力容器新产品的开发,出现一些偏交、斜交以及两圆柱体直径接近的相贯接头,现有的机械式马鞍形焊机无法实现这种空间曲线运动,也解决不了由于环缝上下坡度大,使得熔池不可控,导致焊缝成形差、质量差的问题。其根本的途径是采取数控的方法,解决以上两个问题:

(1)建立数学模型,根据输入的参数,如两管直径、偏交距、斜交角,计算出运动轨迹,使焊枪作相应的空间曲线运动。

(2)通过主管与焊枪的同步运动,实现焊接部位始终处于水平位置,有利于焊接,确保焊接质量,是解决两直径相接近的相贯接头焊接质量问题的最好的办法。

根据不同的接头形式及焊缝坡度,可以选用不同形式的数控马鞍形焊机:四轴数控马鞍形焊机。

4 集箱环缝TI自动封底焊接工作站

集箱环缝TI自动封底焊接工作站由浮动式动力头、四台无动力滚轮架(其中两台带液压升降功能,用作对口)、一套四轴数控运动机构,钨极与焊丝同步摆动的窄间隙热丝TIG焊枪,TIG及热丝电源和控制系统组成。

该套焊接工作站主要的特点是:

(1)焊口组装对位后,不点焊,采用冷丝TIG焊工艺,一套四轴运动机构,实现焊枪作圆弧、向心等速运动及弧长跟踪(AVC),先焊120。弧长,使两侧工件连在一起。

(2)焊枪不动,工件转动,继续焊完剩下的2400弧长。

(3)采用热丝TIG焊,继续进行填充焊,为了达到一定的焊缝宽度及保证焊缝侧壁融合良好,专门设计的钨极和与焊丝能同步摆动的窄间隙TIG焊枪,适用的坡口范围大,使填充层焊缝厚度达到6mm以上,以满足埋弧自动焊的要求。

(4)浮动式动力头,能适应工件轴向跳动,无轴向窜动。交流伺服电机驱动,回转速度平稳,这对封底焊尤为重要。

(5)采用PLC、四轴运动卡、触摸屏及交流伺服控制,人性化及自动化程度高

5 集箱短管接头自动埋弧焊机

集箱短管接头焊机,包括内孔TIG封底焊机及短管接头角焊缝自动埋弧焊机。该设备由悬挂式焊接接头、埋弧焊机、气动式平衡吊及可移动小车组成,悬挂机构上带有一个随动机构,即使焊接过程中集箱变形,也能很方便的把机头的芯轴插入接管内准确定心。在待焊的集箱工位上,按一定的间距,可摆放若干台接头同时进行焊接,从而,可缩短焊接周期。

6 窄间隙埋弧焊机

用于焊接厚板的高效优质窄间隙埋弧焊机已在我国应用多年,机械式的焊缝跟踪及导电嘴的导电性有待进一步改进。

(1)激光跟踪。

激光跟踪是一种高新技术,采用激光摄像头,通过图像判别,实现对焊缝的跟踪,己成功地应用于多种焊接自动化的场合。但由于受激光头性能的限制,激光头距工件表面距离限制在200 mm以内,跟踪深度一般也只有100 mm左右。因此至今还没有一种激光跟踪系统能用于窄间隙深坡口的跟踪。

(2)窄间隙焊枪。

窄间隙焊枪要具备摆动和可靠导电两种基本功能。

(3)控制系统。

采用由PLC、触摸屏,AC交流伺服组成的控制系统,通过触摸屏进行人机对话,能很方便、直观地设定监视工作模式及各轴运动状态规范参数,控制系统具有如下功能:自动、半自动及手动三种工作模式;焊枪自动找中及到位;自动排焊道及焊枪自提升;焊接过程中规范参数及焊枪位置实时微调;诸如焊枪摆角、至侧壁的距离、焊接电流、电压、焊接速度等参数均可实行点动微调。

7 管道预制焊接工作站

管道预制焊接工作站主要的特点是:

(1)中空开启式夹紧回转装置。

(2)快速MAG焊封底技术,解决了优质高效的自动封底焊。

(3)由PLC、触摸屏及交流伺服组成的控制系统,可预置及监控焊接规范参数及焊接程序,人机对话方便,自动化程度高。

8 堆焊

用于筒体、管子内壁、及管板等部位的堆焊设备众多,焊接工艺有埋弧、电渣堆焊、MAG焊及热丝TIG堆焊等,焊接材料有带极、丝极及药芯焊丝等。

9 结论

近些年来,通过引进及自主创新,我国锅炉及压力容器行业的自动化焊接水平有了较大幅度的提高,为我国能源高速发展及走向国际市场作出了贡献。与国外相比,我们在自动化程度及推广应用等方面还存在一定的差距,还需要我们广泛的合作,发挥各自的优势,共同为提升我国焊接自动化水平而努力。

摘要：为了适应我国能源工业的飞快发展,一些锅炉主导企业与国内焊接设备制造专业厂家在解决高容量、高参数锅炉中出现的耐热、高强材料的焊接质量和生产能力的过程中,采取各种方式的合作,走引进消化吸收再创新道路,提升了自身研发能力,逐渐进入了自主创新阶段,并形成了自己的特色,开发制造出一批自动化水平高、质量优异的锅炉、压力容器专用成套设备产品,提供给锅炉、压力容器厂家并实现出口,提升了我国锅炉及压力容器行业的自动化焊接水平,为我国能源高速发展及走向国际市场作出了贡献。

关键词：锅炉压力容器,焊接装备,自动化

参考文献

[1]邹刚.探析锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展[J].压力容器,2012(4):34-35.

[2]全辰生.锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展[J].电气工程师,2012(2):55-57.

锅炉、压力容器和管道焊接技术的新发展 篇3

关键词：压力管道;质量控制;工作;措施

纵观压力管道施工全过程，管道安装焊接无疑是其中的一个重要环节，它直接决定了整个工程的质量，意义重大。鉴于压力管道安装焊接施工的重要性，客观上就要求我们在施工过程中要严谨施工，科学的做好工艺编制，以过硬的技术和态度来保证其质量。

1.影响因素分析

结合施工实践来看，影响压力管道安装焊接质量的因素主要可以概括为以下三个方面：

1.1工作人员。焊工的综合素质，以及焊接人员的施工工艺水平的高低和态度都将直接影响工程的质量。

1.2焊接工艺。工艺主要包括了对相关专业设备、原材料的质量要求;以及施工方法的选择和最终确定，坡口的加工质量都对压力管道安装焊接质量起着决定性影响。

1.3焊接条件。施工现场的温度以及湿度等客观环境条件，对工程质量也有一定的影响。

2.控制要点

2.1压力管道安装焊接前的控制要点

2.1.1对焊工的要求

压力管道安装焊接施工是一项专业性非常强的工作，要求具体工作人员要有很强的专业施工技术。此外，还要求焊工有认真负责的工作态度。

2.1.2对设备的要求

焊接设备的性能一定要达到能够满足工程施工的标准;此外，需要特别注意的一个环节是，对于设备上主要用于测量电流和电压仪器表的精确可靠，这些设备能够有效的控制测量的误差，对于施工作业有不可替代的作用。

2.1.3坡口的加工和清理

在施工实践中，对于坡口的加工我们一般采用的是等离子和氧乙块等加工处理方法。在做好了坡口加工工作过后，还要全方位的对坡口进行处理，处理的内容根据实际情况而定，一般来说主要包括清理坡口的油污以及影响接头质量的杂质清理干净。

2.2焊接过程中的控制要点

2.2.1对焊接材料质量的现场控制

对于施工单位来说，对于施工材料的管理必须有一套科学、系统的管理体系，最大限度的保证压力管道安装焊接施工中所使用的每一项焊接材料都能符合国家相关要求以及满足工程的实际需求。

其次，在焊接材料的储存方面，必须设立专门的仓库，以防止不必要的破坏，影响材料的质量。

再者，对于材料的实际使用过程中，要严格材料的编号、规格、型号等内容，防止在材料的使用过程中出现选择的错误。需要提到的一点是，在材料的最终确定使用前，还必须全面对材料进行检查，检查的内容主要包括其表面是否存在锈蚀、油污等杂质，如果有应该进行适当的处理或者替换。

2.2.2工序间材料的质量控制

在压力管道安装焊接施工的过程中，根据实际需要，有一些材料是必须经过专业处理过后才能正式投入使用;在这个环节中，各个工序之间做好合理的防护处理以及交接检查，避免焊接材料在施工过程中产生污染，影响工程的进度和质量，客观上增加施工成本。

2.2.3焊接工艺评定中的控制要点

在压力管道安装焊接施工工程全面完工后，应该进行工艺评定。焊接工艺评定的主要组成人员主要来自于施工单位内部的相关技术人员。评价中的控制要点。

（1）专业技术工作人员以设计图纸为基本参照，综合考虑施工现场的实际情况，进而制造出一个科学的焊接工艺指导书。

（2）施工开始前，相关的工作人员要对焊接材料、工艺等各因素进行技术交底，这样是为了一线焊接施工人员能够按照技术指标进行施工作业，保障施工的科学性。

（3）在实际施工中必须保证按照相关焊接工艺进行施工，这是压力管道安装焊接质量的重要保障。

2.2.4焊缝返修后的控制要点

焊缝返修后最重要的一项工作是结合返修工艺的相关要求进行焊接质量的检验。具体的内容以下几个方面：

（1）对有腐蚀现象的不锈钢焊缝，返修部位应按原来要求进行焊缝返修。

（2）焊缝返修的次数要做好精确的信息记录，并且这些记录应该有专门的人员来进行保管。

2.2.5焊接后检查的控制要点

（1）在无损检测之前必须要进行焊缝外观的检查。因此，在外观的检查也应该采用标准样板的方法来进行，需要提到的一点，这个环节的相关工序也要做好检查结果的记录工作和保存工作。

（2）焊接内部质量的检查

焊接内部质量的检查方法根据不同的施工情况会有一定的差异;但是，就一般情况来看采用无损检测方法居多。如果采用的是RT技术无损检测方法进行抽检时，必须对每个管口不少于一个焊口进行抽查，这样能保证抽查的客观和科学。做好系统的记录和保存工作。

检测工作结束后，检验人员还应该按照检查报告进行细致的再次检查，对于其中一些需要返修的，一定要严格按照返修工艺进行返工。

3.具体措施

超声检测技术原理

超声检测的原理主要是通过探伤仪扫描焊缝区域，并通过超声波确定发射波的波高，然后将“波幅”与图形做对比，进而判断出焊缝存在缺陷的具体位置和长度;根据长度和质量我们一般将焊缝质量分为三个等级。在探伤仪扫描的过程中要严格控制探头的速度，最高不得高于150mm/s。

4.注意事项

γ射线对人体的健康有一定的不良影响，在施工过程中必须格外注意操作人员的安全，射线防护工作必须符合国家的相关标准。在施工前必须事先通报有关部门，得到批复后再具体进行施工。此外，在施工周边要根据射线的影响范围做好隔离和警戒。

5.结束语

压力管道安装焊接是一项专业性很强的施工操作，且工作环境相对比较艰苦在施工过程中任何一个简单的纰漏都有可能对施工质量产生决定性影响。所以在实际施工过程中，必须严格遵守压力管道的施工要求并结合实际施工情况采取科学的措施。这样才能最大程度的保证压力管道安装焊接施工的顺利开展，以及整体工程的质量有一个较高的水平。

参考文献：

[1]吴忠仁.影响压力管道安装焊接质量的原因及其控制措施探究[J].广东科技，2014，114：183-184.