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置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置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。
一、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,为大型厚壁容器对接缝的自动埋弧焊开创了成功的先例。该装备配置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置。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。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,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,确保形成无缺陷的厚壁焊缝,显著降低了焊工劳动强度,改善了工作环境。
二、厚壁管件全自动多站焊接装置
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,夹紧装置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置。采用彩色摄像机监控电弧和填充丝的位置。通过检则焊丝加热电流控制填充丝的垂直方向的位置。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。壁厚管件全自动多站焊接装置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置管件的原始条件并在焊接过程中进行监控,这种全自动焊接装置已在日本三菱重工公司投入生产试用。
三、大直径管对接全位置自TIG焊机
大直径管对接的全位置TIG焊是一项难度很大的焊接作业,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置焊,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。
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置,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,为调整钨极的位置,引用了模糊逻辑理论,即所谓奇数理论。当前节距内钨极位置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置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。
四、结论
1.我国电站锅炉、压力容器和管道已进入高参数和超高参数的发展阶段,必须选用各种新型的耐热钢,耐蚀钢,抗氢钢和高强度钢。期望我国钢铁工业和焊材制造行业能在短期内满足锅炉、压力容器和管道制造行业发展的需要。
2.在我国锅炉、压力容器和管道制造企业中,已推广使用了多种技术先进的高效焊接法,引进了为数不少的现代化焊接设备,焊接生产的工艺水平已达到较高的水平。为适应锅炉压力容器和管道需求量的不断高速增长,应当进一步开发,推广生产效率更高的先进焊接方法和工艺。
3.在高灵敏传感技术,计算机控制技术和精密机械高度发展的今天,焊接过程的全面自动化已从实验室进入工业生产领域,锅炉、压力容器和管道制造业有望率先实现焊接生产过程的全面自动化。
