我国专用焊接设备的技术与发展趋势

摘要：我国焊接界把实现焊接过程的机械化、自动化作为战略目标，已经在各行业的科技发展中付诸实施，在发展焊接生产自动化和过程控制智能化、研究和开发焊接生产线及柔性制造技术、发展应用计算机辅助设计与制造技术等方面，取得了长足的进步。本文对此作了简要的介绍。

关键词：专用焊接；转炉；技术；自动化

Abstract: China welding area of the welding process to realize mechanization, automation as the strategic target, has been in various sectors of the development of science and technology into practice, in the development of automation welding production and process control intelligent, research and development and welding production line and flexible manufacturing technology, the development of the application of computer aided design and manufacturing technology and so on, has made good progress. In this paper, this as a brief introduction of.

Keywords: special welding; The converter; Technology; automation

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

我国焊接设备行业形成于五十年代，目前，行业规模已发展到900家以上，产品种类包括交流弧焊机、直流弧焊机、自动、半自动弧焊机、电阻焊机、特种焊机及各类专用成套焊接设备、辅机具等45个系列、150余个品种、1000多个规格。

1.我国焊接技术的发展现状

近年来，国内各大钢厂均在积极进行技术改造，扩大生产规模，引进新设备，以适应钢铁形势的发展，120吨转炉就是其中之一。为此，机械制造业也加快步伐，推行先进的焊接新工艺，以适应转炉容量、参数和炉型的变化，满足转炉新材料的制造要求。与此同时，二氧化碳焊接设备也得到飞速的应用与发展。我公司应用二氧化碳焊接，已成功为莱钢永锋、陕西龙钢等单位制作了多套120吨转炉。下面着重介绍转炉关键部件的焊接技术与二氧化碳焊接工艺发展现状。

1.1转炉关键部件焊接工艺现状

120吨转炉的关键部件主要有炉体、托圈、炉底、水冷炉口等组成，水冷炉口一般为铸件，炉底一般为冲压件。由于炉体、托圈尺寸较大，受运输条件的限制，炉体、托圈一般分体制作，为焊接件。

1.1.1转炉炉体的焊接

炉壳立焊缝采用AUT0一EGW―CNC气电立焊机焊接。焊接时从下向上进行，焊前对焊缝预热，预热温度为100~150℃。根据不同的板厚选择工艺参数进行焊接，焊接工艺参数见表1。

表1 气电立焊工艺参数

环形焊缝和角焊缝采用松下KRII350 C02气体保护焊，多层多道焊。焊前对焊缝预热，预热温度为100～150℃；并且先焊大坡口，然后在焊缝背面用碳弧气刨清根，用砂轮机打磨后再焊小坡口。

1.1.2转炉托圈焊接

120t 转炉是氧气顶吹转炉，托圈是三支点承重，内水冷箱体结构，全部为焊缝联接，托圈内径为Φ6870mm，断面箱形高2000mm，宽800mm，上下盖板厚100mm，腹板厚80mm，箱内筋板厚60mm，托圈箱体分剖分（一）（二）两半体制做，每段重40多吨（如图1），我们把托圈剖分（一）（二）的焊接变形的预防及控制做为重点攻关项目来控制。

图1转炉托圈

在构件组装时，要求点焊长度100mm~150mm，以防撕裂，施焊时，随时监测焊点变化。由于托圈腹板自由度大于翼板，所以采用工字钢I56作支撑加固，将此支撑上、下两层固定在腹板上，两层之间拉筋加固，间距1500mm，此方法有效地控制了箱体向心收缩引起的焊接变形。

由于托圈剖分为半圆箱体形结构，刚度大，板材厚，焊接变形较复杂，如果不采取合理的焊接顺序，产生焊接变形将难以修复。为此，我们采用了如下的焊接顺序。先焊一遍箱体内立筋板，由中间向两边焊，对称分段，反向跳焊。（如图2）

图2 焊接顺序图

1.2二氧化碳焊接设备

CO2气体保护焊是一种高效、优质、低成本的焊接方法。国家早在“七五”期间就将此列入重点推广的技术项目之一。1977年天津焊接研究所在《CO2气体保护焊的应用》一书中指出，CO2焊与焊条电弧焊相比，可提高效率2～4倍，降低成本和节约电能50%以上。

1.2.1 CO2焊接具有较高的熔化速度和熔化系数

1.CO2焊熔敷速度是3～5kg/h，是焊条的1~2.5倍，CO2焊采用细焊丝（φ0.8～φ1.6），有较大的电流。电流密度大（CO2焊100―300A/mm2，焊条10～25 A /mm2）电弧热量集中，不需要为熔化药皮消耗能量，熔化系数比焊条大1～3倍，可提高工效1～2倍。

2.CO2焊采用小截面坡口形式，可使焊缝熔敷金属量减少，等于提高了焊接速度。

3.CO2焊无渣，无须清渣打磨，无需清坡口和换焊条，焊缝成形好，熔深大。CO2焊的辅助时间为焊条辅助时间的50%，由此提高工效0.3～0.8倍。

上述三项可得出CO2焊的工效与焊条电弧焊相比可提高工效倍数是2.02～3.88倍。

1.2.2 CO2焊接具有较低的成本

1.CO2焊可以大幅度节约焊材，由于CO2焊采用小截面坡口，焊缝截面积可减少35～50%，可节约35～50%的填充焊丝。

2.CO2可节约大量电能，CO2焊机与硅整流弧焊机相比可节约用电平均达37%，与交流弧焊机相比可节约用电60%以上。

3.CO2生产效率高，减少了清渣和清根的工序，节省诸多辅助时间和辅助人工。

以上表明CO2焊与焊条电弧焊相比使焊接总成本降低50%以上。

1.2.3 CO2焊接的质量问题

1.CO2焊缝中的氢含量降低，焊缝的抗裂性较好。CO2焊是一种低氢焊接方法，焊缝中扩散氢的含量远远低于碱性低氢型焊条，CO2焊对锈和水分不敏感，焊缝中产生气孔的倾向小于碱性低氢焊条，这也是CO2焊十分可贵的优点，是CO2焊的焊接接头质量可靠的主要原因。

2.采用专门牌号的焊丝增加焊缝金属的掺合金作用，改善焊缝的机械性能，众多压力容器制造单位经过大量的焊接工艺评定实验结果证明CO2焊缝具有良好的综合机械性能。

3.CO2焊的焊缝热影响小，焊接接头的变形小，提高了焊接接头承受有效载荷的能力，这是焊条电弧焊所不及的。

4.CO2焊缝成形好，表面缺陷少。一次探伤合格率高于焊条电弧焊，操作容易，焊工培训周期短。

2.焊接设备的发展趋势

2.1逆变式焊接电源所占比重将越来越大

逆变式焊接电源由于具有焊接性能好、动态反应速度快、动特性好、体积小、重量轻、效率高、焊接速度高、多功能、有利于实现焊接机械化、自动化和智能化的优点，已成为弧焊电源的发展方向。

2.2成套、专用焊接设备

成套专用焊接设备的开发、设计是一个国家技术水平的体现，因此无论从满足国民经济需要，还是我国电焊机事业的发展角度出发，我们都要加强这方面的工作。

我们还应注意到，用户会不断给专用成套设备提出更高的要求，我国的成套焊接设备制造企业不但要在提高技术、设计水平上做出努力，还要在企业质量管理、各种基础件、配套件的选用方面投入大功夫，争取在专用、成套焊接设备方面取得新的突破。

3.焊接自动化技术的展望

电子技术、计算机微电子技术和自动化技术的发展，推动了焊接自动化技术的发展。特别是数控技术、柔性制造技术和信息处理技术等单元技术的引入，促进了焊接自动化技术革命性的发展。

（1）焊接过程控制系统的智能化是焊接自动化的核心问题之一，也是我们未来开展研究的重要方向。我们应开展最佳控制方法方面的研究，包括线性和各种非线性控制。最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制，以及专家系统的研究。

（2）焊接柔性化技术也是我们着力研究的内容。在未来的研究中，我们将各种光、机、电技术与焊接技术有机结合，以实现焊接的精确化和柔性化。用微电子技术改造传统焊接工艺装备，是提高焊接自动化水平的根本途径。将数控技术配以各类焊接机械设备，以提高其柔性化水平，是我们当前的一个研究方向；另外，焊接机器人与专家系统的结合，实现自动路径规划、自动校正轨迹、自动控制熔深等功能，是我们近期研究的重点。

（3）焊接控制系统的集成是人与技术的集成和焊接技术与信息技术的集成。集成系统中信息流和物质流是其重要的组成部分，促进其有机地结合，可大大降低信息量和实时控制的要求。注意发挥人在控制和临机处理的响应和判断能力，建立人机一体的友好界面，使人和自动系统和谐统一，是集成系统的不可低估的因素。

（4）提高焊接电源的可靠性、质量稳定性和控制以及优良的动感性，也是我们着重研究的课题。开发研制具有调节电弧运动、送丝和焊枪姿态，能探测焊缝坡口、温度场、熔池状态、熔透情况，适时提供焊接规范参数的高性能焊机，并应积极开发焊接过程的计算机模拟技术。使焊接技术由“技艺”向“科学”演变是实现焊接自动化的一个重要方面。本世纪头十年，将是焊接行业飞速发展的有利时期。我们广大焊接工作者任重而道远，务必树立知难而上的决心。抓住机遇，为我国焊接自动化水平的提高而努力奋斗。

总结

在我国专用焊接设备与技术进步的过程中还需要加快对国外先进制造技术的引进步伐，把重点放在消化吸收与发展创新上，立足于发展适合我国国情的焊接自动化技术。相信在今后激烈的市场竞争中，我国焊接界通过重视先进制造技术的发展，并为之不懈努力，专用焊接设备的发展一定能再创辉煌。

参考文献

[1]李刘合，张彦华;激光-电弧复合热源焊接[J];焊接技术;2003年02期

[2]杨惠宁，潘瑞娟;金刚石圆锯片激光焊接的研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2002年02期

[3]马志华;大型转炉托圈焊接工艺分析[J];重工与起重技术;2009年03期

[4]肖笙;120t炼钢转炉托圈支承结构改造[J];四川冶金;2004年02期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。