焊接自動化技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

王輝

（中國石化勝利油田分公司地面工程維修中心，山東 東營 257100）

從焊接自動化技術實際應用情況來看，我國缺乏自主開發(fā)能力，導致焊接自動化水平落后于發(fā)達國家。焊接自動化技術在石油工程維修中具有廣泛應用，尤其在大型儲罐建設中發(fā)揮重要作用。將焊接自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀及主要趨勢作為出發(fā)點，以儲罐建設中焊接自動化技術應用為例，對焊接自動化技術進行分析。

1 焊接自動化技術現(xiàn)狀分析

改革開放以來，我國焊接生產(chǎn)技術發(fā)展迅速，在各項生產(chǎn)建設中發(fā)揮無可替代的作用。但是，對于焊接工程而言，整體焊接技術仍存在較大問題，且自動化生產(chǎn)技術有待提高。自動化焊接不僅要求技術能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，同時也要保證相應配套設施能夠根據(jù)指令開展自主作業(yè)，這樣便可不斷提高產(chǎn)量，且能夠有效降低勞動成本。焊接自動化技術的發(fā)展程度，已經(jīng)是衡量我國工業(yè)現(xiàn)代化的重要指標。自動化技術的實現(xiàn)與廣泛應用，不僅有賴于計算機技術的不斷成熟，同時也與智能化焊接設備的應用存在密切關系。對于石油工程大型設備焊接工作，及時將多種自動化技術應用其中，如微機自動化控制技術、智能焊機等，可基本上實現(xiàn)無人操作，為焊接技術的數(shù)字化和智能化發(fā)展奠定基礎。

2 焊接自動化技術發(fā)展趨勢分析

2.1 數(shù)字化

焊接自動化技術已經(jīng)有單機焊接逐漸向數(shù)字化焊接模式轉變，可實現(xiàn)點、線、面全方位發(fā)展。焊接技術含量比較高，在自動控制的基礎上，還要融合多個學科，如設計、制造、工藝等方面。目前，我國工業(yè)自動化趨勢明顯，數(shù)字化集成廣泛應用在實踐工作中。

2.2 高效化

焊接自動化技術不僅著眼于質(zhì)量，同時也要求保證高效率，并且實現(xiàn)焊接的可靠性。為此，應保證系統(tǒng)控制的效率，實現(xiàn)設備及裝置的精準控制，從而保證其能夠長期運行，具備可靠性及穩(wěn)定性。

2.3 模塊化

焊接自動化技術應用過程中，其發(fā)展趨勢也逐漸向模塊化方向轉變。為保證結構集成水平，實現(xiàn)功能良好控制，一般均根據(jù)用戶實際需要，對系統(tǒng)功能進行判斷，從而利用模塊化設計思路，使批量生產(chǎn)達到標準，進而縮短供貨周期，有效減少成本支出。

2.4 網(wǎng)絡化

現(xiàn)代信息技術及網(wǎng)絡技術不斷被應用到焊接工作中，智能接口普遍，給遠程通訊系統(tǒng)的建設和應用提供便利條件。通過網(wǎng)絡技術，可對生產(chǎn)過程開展高效監(jiān)督，實現(xiàn)一體化自動控制。網(wǎng)絡技術不僅在生產(chǎn)管理中發(fā)揮重要作用，同時也可實現(xiàn)遠程監(jiān)控，從而及時發(fā)現(xiàn)焊接漏洞。

2.5 人性化

焊接自動化技術廣泛應用在生產(chǎn)實踐中，利用數(shù)字化、智能化功能，構建人機操作界面，從而實現(xiàn)人機交互，使操作更加便利。這樣一來，焊接技術在自動化的基礎上，也凸顯出其人性化的一面，使技術更加成熟。

3 焊接自動化技術在石油工程儲罐建設中應用

為進一步說明焊接自動化技術的實際應用情況，以石油工程建設為例，探討焊接技術在儲罐建設的突出作用及應用效益。

3.1 儲罐健身項目概況

某石油企業(yè)大型儲罐建設項目詳細指標如下：5臺儲罐，其中3臺1萬立方級原油儲罐，2臺5千立方級原油儲罐。儲罐底板焊接工藝采用埋弧自動焊接技術，儲罐壁則采用二氧化碳自動焊接技術，詳細技術參數(shù)見表1。

焊接材料主要包括焊絲（2.5mm）、藥芯焊絲（1.2mm）及埋弧自動焊劑等。觀察壁板坡口主要形式，分為X型與V型，跟其他類型儲罐相比，基本上無明顯差異。

表1 3臺1萬立方內(nèi)浮頂原油儲罐主要技術參數(shù)

3.2 儲罐底板焊接工藝及質(zhì)量控制

一般情況下，在大型儲罐建設項目開展過程中，采用焊接自動化技術的主要實施方法為埋弧自動焊接。在對儲罐底板與對接接頭進行連結時，主要有2種工藝：其一，埋弧自動平焊。其二，碎絲填充埋弧平焊。在進行焊接之前，第二種焊接方式要求將碎焊焊絲放在坡口內(nèi)部，并保證其厚度合理，這樣做的主要目的在于充分提高操作速度，進而提升實際工作效率。

通常，為避免埋弧焊接將儲罐底板打透，需先開展手工焊接，做好封底工作。在此基礎上，對坡口及其兩側一定范圍內(nèi)進行清理，避免污染物影響焊接質(zhì)量。充分干燥后，結合實際需要進行定位焊接。為充分保證焊接質(zhì)量，焊工應該對每段定位焊接縫的長度進行合理控制。底板焊接結束后，對儲罐局部變形情況進行檢查，結果顯示：凹凸變形量最大值為30mm，滿足相關設計要求。真空試驗結果證實，滲透檢測結果合格。

3.3 儲罐壁板焊接工藝及質(zhì)量控制

現(xiàn)階段，儲罐施工過程中，一般對立焊位置進行如下處理：若材質(zhì)為不銹鋼儲罐，則焊條電弧焊，而電氣立焊技術基本上不應用在不銹鋼儲罐上，這是因為電氣立焊操作技術能夠保證一次成型，不僅能夠顯著提高工作效率，還能有效降低焊接成本，保證焊接工藝質(zhì)量。在實際工作中發(fā)現(xiàn)，人工焊接不僅對焊工自身機能要求高，同時也無法保證焊接質(zhì)量，導致焊接作業(yè)不夠穩(wěn)定。

為此，立焊作業(yè)時，采用二氧化碳氣體保護焊技術，焊接方向自下而上，且為自動焊接操作，操作時，由于儲罐壁板反面需要加水冷銅進行襯墊，因此選用滑動水冷銅快。為充分保證焊接質(zhì)量，應利用自動焊接的優(yōu)勢及特征，并考慮到材質(zhì)的特殊性，因此對焊接參數(shù)進行合理劃分。例如，利用分層焊接方式，對焊接過程中所產(chǎn)生的熱輸入進行有效控制，不僅提高作業(yè)效率，同時也保證壁板自身焊接質(zhì)量。

相鄰兩圈壁板焊接時，應首先進行縱向焊接，然后開展橫向焊接。應保證每個對口之間的間隙合理，一般控制在3～4mm之間比較合適。內(nèi)測則采用空心銅板進行鋪設，利用U型工具對空心銅板進行有效固定，然后向內(nèi)部注入冷卻水，這樣不僅能夠發(fā)揮變形預防作用，同時也能促使焊縫反面成型。鋪設自動焊接軌道，保證大型焊接設備正常作業(yè)。

3.4 其他位置焊接工藝及質(zhì)量控制

根據(jù)實際經(jīng)驗指出，采用倒裝方法施工和正裝方法施工，在使用埋弧自動橫焊技術時，具體操作方法存在一定差異。由于環(huán)縫無法與焊接專用軌道保持平行，因此焊接操作很容易發(fā)生跑偏。與此同時，采用埋弧自動橫焊技術，往往會出現(xiàn)不受控制情況，與焊工自身操作及環(huán)縫特殊性關系密切。焊接操作時，由于焊劑不能有效回收，形成良性循環(huán)，也會在很大程度上出現(xiàn)大量焊劑被浪費的現(xiàn)象，從而對相應操作產(chǎn)生明顯影響。

對于儲罐罐底焊接作業(yè)而言，若罐底產(chǎn)生大角裂縫，則利用埋弧自動焊劑技術。為此，應沿著縫隙周圍布置多臺焊機，以同方向焊接方式為主，根據(jù)行車走罐底邊緣情況，設置支撐輪。只有這樣，才能保證焊接小車緊緊貼于罐壁，從而準確定位，實現(xiàn)精準焊接。

3.5 焊接質(zhì)量與效率分析

根據(jù)權威檢驗結果證實，5個儲罐本體焊接拍片綜述達到600張，當中6張需要返修，一次焊接操作合格率達到99%。另外，通過詳細檢查發(fā)現(xiàn)，儲罐各部位焊接完成后，相應尺寸符合施工規(guī)范及設計要求。以3臺1萬立方級儲罐為例，對每圈環(huán)縫進行焊接處理，如果找人工焊接，需要安排至少12名焊工同時操作。而采用自動焊接技術后，在同等施工環(huán)境及條件下，自動化焊接技術效率提高4倍。通過研究發(fā)現(xiàn)，采用焊接自動化技術過程中，只要能夠保證參數(shù)準確且工藝措施正確，就可有效控制焊接缺陷。而埋弧自動焊接技術操作時，焊劑會對其產(chǎn)生保護作用，二氧化碳也能夠使電弧燃燒趨于穩(wěn)定，因此焊接操作過程基本不會出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。如此一來，儲罐焊縫成型后，能夠保證美觀度，且焊接勻稱。

4 結語

現(xiàn)階段，我國焊接自動化技術水平逐年提高，在很多領域生產(chǎn)建設中發(fā)揮重要作用。而對于石油管道焊接及儲罐建設而言，由于其建設周期長，且對焊接技術要求比較高，因此應對其加以關注。努力找出焊接自動化技術在實際應用中存在的問題，從而及時進行解決。在石油建設項目不斷增加的情況下，焊接自動化技術將不斷創(chuàng)新，從而適應實際需要。與此同時，隨著我國逐漸成為制造業(yè)大國，焊接自動化技術也將被廣泛應用在各個行業(yè)中，應用領域也將隨之擴寬，這些因素亦會促進焊接自動化技術水平不斷提高。