鍋爐集箱成排小管座自動焊焊接試驗及工藝改進

0 前 言

集箱是鍋爐結(jié)構(gòu)中重要的組成部件， 其中集箱小管座結(jié)構(gòu)設(shè)計具有連接管排規(guī)格數(shù)量多、 間隔空間狹小、 分布位置復(fù)雜和存在非標結(jié)構(gòu)設(shè)計等技術(shù)特點

， 集箱小管座焊接工作量約占整個集箱焊接生產(chǎn)制造量的30%以上， 集箱成排小管座焊接對集箱制造的質(zhì)量水平和使用壽命影響很大

。

集箱制造的焊接生產(chǎn)問題已引起鍋爐制造企業(yè)的廣泛重視， 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司、 東方鍋爐股份有限公司等先后引進國外集箱管接頭焊接機器人工作站

， 采用脈沖熔化極氣體保護焊， 有效控制電弧熱輸入， 實現(xiàn)焊縫自動跟蹤， 促進了焊接工藝自動化、 智能化的發(fā)展

。 但是仍有許多中小型專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)對集箱小管座采用焊條電弧焊工藝， 該工藝存在生產(chǎn)效率低、 焊縫質(zhì)量難以保障等問題， 成為制約集箱制造的瓶頸。 同時， 集箱小管座的焊接工藝受到焊接操作空間限制， 焊接可達性差， 成為實現(xiàn)自動化焊接技術(shù)改造的難題， 影響集箱小管座自動化焊接的發(fā)展進程

。

1 集箱成排小管座自動焊工藝及設(shè)備

典型集箱結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 為了提高集箱成排小管座焊接生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量， 優(yōu)先選擇熔化極氣體保護焊方法代替焊條電弧焊方法， 從而提高焊接熔敷速度， 實現(xiàn)連續(xù)的焊接過程， 同時焊接材料采用藥芯焊絲， 增加焊接熔池保護效果， 保證焊縫外觀成形

， 以滿足集箱本體直徑不小于190 mm， 管座直徑32～60 mm的碳鋼、 低合金鋼、 P91 等材料的集箱小管座焊接要求。

成套設(shè)備要使用動特性良好的焊接電源及穩(wěn)定的送絲系統(tǒng)， 同時根據(jù)焊接電流要求， 配置水冷焊槍及水冷循環(huán)系統(tǒng)。 因此配備具有熔深控制功能的智能數(shù)字化逆變電源， 型號OTC WellBee P500l， 帶編碼反饋高精度送絲機， 保證電弧穩(wěn)定。 專用焊接機頭采用集成設(shè)計， 由機架、 中心定位機構(gòu)、 夾緊機構(gòu)、 U 形回轉(zhuǎn)體、 傳動機構(gòu)、焊槍及焊槍調(diào)整裝置組成， 實現(xiàn)送絲、 送電、 送水、 送氣的焊接保障功能， 通過系統(tǒng)集成控制，實現(xiàn)連續(xù)自動焊接。 手持式焊接機頭主體材料采用輕質(zhì)耐高溫材料， 滿足工件預(yù)熱250 ℃條件的槍體剛性。 機頭外夾管壁式定位裝置實現(xiàn)工件定位、 組裝， 可根據(jù)管徑變化進行調(diào)節(jié)， 操作簡單， 適應(yīng)性強， 降低了焊接坡口加工及裝配精度要求。 可根據(jù)焊道位置、 坡口角度進行焊絲導(dǎo)入角度的手動調(diào)整， 調(diào)用預(yù)存的焊接程序， 實施焊接過程的圓周移動和實時旋轉(zhuǎn)等自動焊接操作，集箱成排小管座專用焊接機頭如圖2 所示。

2 工藝試驗及檢測結(jié)果

2.1 自動焊工藝試驗的規(guī)范參數(shù)選擇

為了確定集箱成排小管座自動焊工藝及主要規(guī)范參數(shù)， 進行了焊接工藝試驗和質(zhì)量檢測。 焊接工藝試件采用集箱本體及管座材料包括20G、12Cr1MoVG 兩種材料， 集箱本體直徑219 mm，管接頭規(guī)格為Φ51 mm×7 mm、 Φ42 mm×6 mm。集箱成排小管座的焊接坡口形式如圖3 所示，分為全焊透坡口及非全焊透坡口兩種類型， 全焊透坡口形式的焊接方法采用鎢極氬弧焊打底， 熔化極氣體保護焊進行自動焊接的填充焊、 蓋面焊， 而非全焊透坡口形式的焊接方法全部采用自動焊接。

2.2.2 焊接試件宏觀檢查及缺陷成因分析

試件的每道焊縫均分為四段， 試件自動焊工藝參數(shù)見表1， 各個焊接區(qū)間的焊接電流、 電弧電壓相同， 而焊接速度在不同的焊接區(qū)間內(nèi)發(fā)生漸變， 相貫線腹部區(qū)域數(shù)值較低， 肩部區(qū)域數(shù)值較高。 焊道搭接部位的焊接工藝參數(shù)見表2。

試驗執(zhí)行NB/T 47018.3—2017 《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第3 部分： 氣體保護電弧焊絲和填充絲》， 20G 試件對應(yīng)選用焊接材料為藥芯焊絲型號T493T5-1C1-A， 規(guī)格Φ1.2 mm， 12Cr1MoVG 試件對應(yīng)選用焊接材料為藥芯焊絲T55T5-1C1-G， 規(guī)格Φ1.2 mm， 兩種焊絲均屬于低氫型堿性渣系藥芯焊絲， 符合GB/T 10045—2018 《非合金鋼及細晶粒鋼藥芯焊絲》 技術(shù)條件

。 焊接保護氣體分別采用CO

和富氬混合氣體（80%Ar+20%CO

）。

2.2 焊接試件質(zhì)量檢查及缺陷分析

2.2.1 表面質(zhì)量檢查及缺陷分析

采用富氬混合氣體（80%Ar+20%CO

） 自動焊接的試件， 發(fā)現(xiàn)焊縫表面存在氣孔和麻點等焊接缺陷， 其宏觀形貌如圖4 所示。 分析認為， 焊接缺陷產(chǎn)生原因主要是焊接時氣體保護效果不好， 焊接時采用管道供氣模式， 而保護氣體的供氣狀態(tài) （壓力與流速） 受到整個車間生產(chǎn)用氣的影響， 在車間用氣的高峰期， 焊接工位最低供氣壓力只有0.17 MPa， 不能滿足自動焊接設(shè)備的高速焊接要求， 而且發(fā)現(xiàn)氣源接口因長期沒有使用， 管路內(nèi)部存在銹蝕物和水分， 影響焊接保護氣純凈度。 供氣壓力不足和氣體不夠潔凈導(dǎo)致焊縫表面產(chǎn)生氣孔、麻點缺陷

。 調(diào)整焊接保護氣體供給方式， 采用瓶裝CO

和瓶裝80%Ar+20%CO

混合氣直接供氣，再次進行試驗， 試件焊縫成形美觀， 尺寸一致， 目視及磁粉檢查均未發(fā)現(xiàn)缺陷。 由于CO

保護氣價格遠低于混合氣， 因此后續(xù)試驗及生產(chǎn)采用瓶裝CO

保護氣， 并重新架設(shè)CO

供氣管道， 保證供氣純凈度。

約束等離子體的磁場雖然不怕高溫，其在加熱過程中能量也在不斷損失。直至1970年，蘇聯(lián)在托卡馬克裝置上才發(fā)現(xiàn)了可以察覺的聚變能量輸出[4]，其能量增益因子為10-9。

結(jié)合焊接缺陷位置和焊接工藝參數(shù)進行分析，認為引弧部位夾渣是由于引弧時焊接電流增加速度過快， 引弧部位焊縫呈凸狀， 焊縫橫截面形狀不好， 導(dǎo)致夾渣。 管座坡口側(cè)夾渣及未熔合主要因為焊道布置不合理， 已焊焊道與管座坡口形成尖銳夾角， 導(dǎo)致后續(xù)焊道形成夾渣及未熔合缺陷

。

采用經(jīng)過優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)和焊道布置方式， 補充完成了20 個自動焊接小管座試件， 并全部進行剖切并進行宏觀形貌分析， 未見夾渣及未熔合等焊接缺陷， 剖面宏觀形貌如圖7 所示，檢測結(jié)果全部合格， 說明經(jīng)過優(yōu)化的焊接工藝可行， 可以應(yīng)用于集箱成排小管座的生產(chǎn)制造。

Study on novel comb-like polyether applied for formulation of liquid detergent 9 22

3 焊接工藝優(yōu)化

另外， 對焊道布置進行優(yōu)化， 焊道布置如圖6所示， 根據(jù)坡口角度和尺寸調(diào)整焊道排布及焊接工藝參數(shù)， 從而使每條焊道在保證熔合良好的前提下， 獲得理想的已焊焊道表面與坡口面的夾角尺寸， 保持合理的金屬表面過渡角， 盡量達到鈍角過渡， 形成較好的焊縫金屬截面過渡形態(tài)

。

根據(jù)發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷及其成因分析， 必須對焊接工藝參數(shù)進行優(yōu)化， 在焊接操作程序中增加引弧程序控制， 通過控制引弧電流和引弧移動距離， 將引弧電流逐漸增加到正式焊接電流， 進而影響焊接材料熔化和基體金屬熔化情況， 使得引弧部位焊縫金屬厚度逐漸增加， 使引弧部位焊縫沿長度呈斜坡過渡， 實現(xiàn)良好的焊道搭接效果，經(jīng)過優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)見表3。

根據(jù)NB/T 47014 角焊縫試驗金相檢查要求

，將試件進行剖切和宏觀金相檢查， 個別起弧部位的焊縫存在夾渣缺陷， 還有管座坡口側(cè)的局部夾渣、未熔合等焊接缺陷， 統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)主要缺陷為夾渣和未熔合。 焊件宏觀焊接缺陷形貌如圖5 所示。

4 生產(chǎn)應(yīng)用

在集箱成排小管座自動焊工藝試驗及工藝優(yōu)化基礎(chǔ)上進行批量試產(chǎn)， 為了提高焊接機頭的作業(yè)空間， 借助懸臂吊具末端固定焊接送絲機， 拓展了施焊區(qū)域， 實現(xiàn)了作業(yè)場地及產(chǎn)品構(gòu)件的全方位覆蓋， 焊接生產(chǎn)現(xiàn)場工位布置如圖8 所示。

對于建筑元素在生活陶藝中的運用，筆者一直十分感興趣。茶具《江南春》便是引入徽派建筑的元素進行的設(shè)計。作品以江南水鄉(xiāng)場景為意境，主體茶具為高低錯落的徽派建筑，重點突出了白墻上的黑色屋頂和門窗。鮮明的黑白灰與點線面組合，基于茶具的實用功能達到美觀且意境深遠。茶壺的壺身為白墻，蓋則為屋頂，門窗黑色泥片粘成，可為茶壺的裝飾，而壺嘴則與煙囪相結(jié)合。細提梁為紅銅鍛造，意指黃昏時分，夕陽余暉。茶葉罐和花插的手法亦同。茶杯與杯托則取其在鋼化玻璃茶盤上的倒影，貌似一座建筑。如此則虛實相生別有一番水鄉(xiāng)意境。這幾件建筑型茶具，再加上橋型的箸擱，船型的香插以及茶色玻璃的茶盤，共同組成一個安靜祥和清新的江南意境。

心在飄，人如在夢里游移，蕭瓊非常意外孱弱的身軀是那樣輕盈，仿佛夢中侵入的愛意使她脫胎換骨。她患得患失地四處飄泊希望能發(fā)現(xiàn)異樣，又在異樣中得到啟示，可蕭家靜謐得沒有一點聲響。書房門虛掩，她看到搖曳的燈火。忐忑而入，又看到了蕭老夫人臉上垂落悵然的淚水，她驚嚇得如乳燕飄到跟前跪倒抱住蕭老夫人的雙腿。

由于氣體保護焊焊接工藝性能與藥芯焊絲制造質(zhì)量密切相關(guān)， 為減小不同品牌焊接材料的性能差異

， 應(yīng)嚴格控制焊接材料質(zhì)量， 加強焊接材料供貨管理和質(zhì)量復(fù)驗， 并做好焊接過程中的熔渣清理工作， 確保引弧部位待焊金屬表面清潔。

集箱成排小管座自動焊工藝與焊條電弧焊工藝進行對比， 能夠有效的提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率， 焊條電弧焊和自動焊接的焊縫形貌如圖9 所示。 采用自動焊的焊縫成形美觀一致， 焊后基本不需要修磨， 一次交檢合格率提升至98%～99%，焊接效率較焊條電弧焊提高一倍。

同時， 相對于焊條電弧焊工藝， 采用熔化極氣體保護自動焊工藝實現(xiàn)快速焊接， 降低了對工件的熱輸入， 能夠有效減小焊接變形

。 經(jīng)測量，長度4～8 m 的集箱產(chǎn)品， 采用焊條電弧焊工藝焊接小管座后的集箱縱向撓曲變形量約10 mm，而采用熔化極氣保自動焊工藝焊接同類集箱產(chǎn)品， 其撓曲變形量隨管接頭數(shù)量和集箱長度的減小而大幅降低， 變形量為2～5 mm， 大大減少了焊后矯直的工作量。

第二，突出教學(xué)重點，確保幼兒一日活動的高效性。幼兒園一日活動的內(nèi)容非常豐富，細節(jié)較多，因此，幼兒園應(yīng)在每一學(xué)期設(shè)置不同的重點，扎實地展開幼兒的教學(xué)活動。在教學(xué)過程中要注重理論與實踐之間的結(jié)合，通過案例的示范、研究討論、實踐與反思等來提高教學(xué)活動的時效性。

高職畢業(yè)生的擇業(yè)心態(tài)與傳統(tǒng)的就業(yè)意識和新的就業(yè)觀念相互交錯、相互影響，表現(xiàn)出多元化的擇業(yè)取向，因而需要學(xué)校在就業(yè)咨詢、就業(yè)信息、求職技巧等方面給予有效的指導(dǎo)和幫助。同時拓寬就業(yè)指導(dǎo)工作內(nèi)容，增加學(xué)生個體特點的專門咨詢和有效指導(dǎo)，重視就業(yè)觀念價值取向的引導(dǎo)、職業(yè)判定和選擇能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)業(yè)教育、職業(yè)道德教育等方面內(nèi)容，使就業(yè)指導(dǎo)工作更加適應(yīng)畢業(yè)生的求職需要。

5 結(jié) 論

（1） 在集箱成排小管座自動焊工藝試驗基礎(chǔ)上， 采用藥芯焊絲氣體保護焊方法， 選擇優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)， 成功應(yīng)用于實際生產(chǎn)， 提升了焊接自動化水平。

（2） 采用集箱成排小管座自動焊焊接設(shè)備及工藝， 有效提升了焊縫質(zhì)量及焊接效率， 焊縫成形美觀， 一次交檢合格率達到98%～99%， 焊接效率較焊條電弧焊提高一倍， 可在部分鍋爐制造企業(yè)推廣應(yīng)用。

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