摘要： 介紹了 ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動管板焊接系統的特點、組成和工作原理以及管殼式換熱器的結構， 通過工藝評定優選出的焊接工藝參數應用于生產實踐， 取得了良好的效果， 焊縫合格率達 １００％。
　　關鍵詞： 全位置自動管板焊系統； 換熱器； 焊接質量； 工藝參數
　　中圖分類號： ＴＱ０５１．５          文獻標識碼： Ａ
　　管殼式換熱器是一種廣泛使用的工藝設備，在煉油、化工行業中是主要的工藝設備之一，其完好與否對化工生產的影響很大，一旦泄漏，對化工產品的質量、工廠安全、環境和設備等將造成很大的損失。換熱器中管板與換熱管之間的角接接頭焊縫質量是整臺設備制造質量的關鍵，以往都采用傳統的手工電弧焊或手工氬弧焊工藝焊接，由于勞動條件差，對焊工技術水平要求高，焊縫外觀質量不美觀，焊接速度慢，效率低，焊接量大，工人勞動強度大，合格率低，設備的制造質量和工期都無法得到保證。近年來，隨著化工生產規模的不斷擴大，有大量的換熱器需要制作，為了保證優質、高效、按期完成設備制作任務，在充分調研的基礎上，購買了一臺 ＡＵＴＯＭＡＴＩＧ３０６ 全位置自動管板焊接系統。本文將對該焊接系統的組成、原理及在換熱器制作中的具體應用作一簡單介紹。
　　１ 焊接系統的組成及工作原理
　　１．１ 焊接系統的組成
　　該焊接系統由ＥＷＡ３０６程控電源、ＰＴ８０管板全自動ＴＩＧ焊接機頭、冷卻水箱（與程控電源一體化） 、平衡器及支架５部分組成。程控電源上裝有焊接參數設定、焊接參數選擇顯示控制面版，可實現對焊接電流、速度、送絲和保護氣體的自動控制。焊接機頭由電機驅動裝置、旋轉裝置、定位裝置、氣體保護裝置、一體化送絲裝置和弧長控制裝置等組成。另外還有線控器、氬氣瓶、減壓閥及氣管等輔助設施（見圖 １） 。
                   
                     圖１ＥＷＡ３０６程控電源＋ＰＴ８０焊接機頭
    １．２ 工作原理
    １．２．１ 電源部分
    該系統焊接電源為可編程全自動化數字逆變ＴＩＧ電源，引進德國ＥＷＭ公司原裝高性能逆變電源模塊，可根據需要輸出５Ａ～３００Ａ的直流或脈沖電流。系統內配置有高性能的Ｍｕｌｔｉ－ＣＰＵ系統，響應速度快，控制精度高，性能穩定，焊接成形及重現性好。數字化、圖形化的編程界面，使用方便，操作簡單，適應全位置焊接的優化設計，主要焊接參數可以根據位置劃分區間，每個程序可劃分１０個區間，可儲存焊接工藝參數１００個，并可隨時調出使用。同時具有完整的故障檢測和處理機制，多點自動檢測，最大程度保護人身和設備安全以及焊縫質量。
    １．２．２ 機頭部分
     動力驅動部分由一臺直流伺服電機減速器帶動一對齒輪使焊矩旋轉，焊接電源根據焊矩焊接時的不同位置設定該電機各參數。
     一體式送絲機由一臺電機驅動一對傘齒輪帶動主動送絲輪運轉，除主動送絲輪外，還有３個校直輪，這些送絲輪皆可由緊定螺釘調節松緊，焊絲從送絲機進口通過校直輪進入一對主動輪，再由送絲軟管總成由送絲機出口將焊絲送入槍體轉軸中心的送絲軟管。
     全自動弧長控制裝置，是靠一個步進電機驅動絲桿帶動螺母套直線運動， 帶動焊矩軸向移動，整個焊接過程中是通過電弧電壓的反饋，由焊接電源控制該步進電機運轉，使弧長穩定在一定高度上。除通過焊接電源自動調節弧長外，在焊槍背部通過專用手輪也可進行手工調節。焊接時，根據工件管徑選擇合適的芯桿定位器（是一彈性套，當它插入管徑內，可達到焊頭徑向定位的目的）裝入芯桿，調節定位板上的３根螺桿及偏心支腳支承于管板平面，使焊頭正確定位。如果選擇加絲焊，則在送絲盒中裝入絲盤， 用專用工具將送絲軟管總成插入芯軸的快插接頭，軟管另一端接送絲機，安裝好與焊絲直徑相適應的送絲輪，調整緊定螺釘，使輪與螺絲之間距離適當，將焊絲穿好。安裝好引弧圈，用平衡器將焊頭吊起，將芯桿定位器插入管子，將偏心支腳頂住管板，使整機定位待焊，調整好弧長，將焊矩轉到起始位置，將伸出送絲嘴的焊絲修剪至伸出送絲嘴５ｍｍ左右，設置好焊接電源各參數后，即可開始焊接。
    ２ 全位置自動管板焊的特點
    全位置管板焊的焊接過程包括平焊、上坡焊、下坡焊、仰焊等過程，熔池受力情況各點不一，見圖２。
                    
     由圖２可見，重力在各點對焊縫成形影響不一樣：平焊位置，重力易造成熔池往管口內流淌；仰焊位置，重力易使熔池偏離焊縫，造成焊縫成形不均勻。
     為了減小熔池受重力因素的影響，全位置管板焊宜采用脈沖焊方式即峰值形成熔池，基值維持電弧不熄滅，同時對熔池進行冷卻。焊縫由很致密的焊點疊加而成，從而形成熔合良好、外觀成形均勻的焊縫。
    ３ 管殼式換熱器的結構和連接方式
     目前，管殼式換熱器在制造中管子與管板之間的連接有脹接、脹接加焊接和焊接等形式。如果采用焊接，則有端面焊接和內孔焊接兩種結構類型。由于內孔焊的接頭形式制造工藝復雜，管板加工、裝配、焊接和維修都較困難，成本較高，故僅在高溫高壓、強腐蝕性介質及核反應堆等特殊工作條件下的換熱器中采用。而端面焊接由于焊接方便、外觀檢查與維修容易等優點，因此應用比較廣泛。全位置管板焊時，其結構基本采用管平頭（自熔焊時，管口伸出０～１ ｍｍ） 、管伸出（加絲焊時，管口伸出３ｍｍ～５ ｍｍ）方式，連接方式根據產品設計要求有以下兩種形式：一是脹接加密封自熔焊；二是加絲強度焊（根據設計要求可焊１或２層） 。
    ４ 生產應用
    在正式設備上施焊前，根據 ＧＢ１５１—１９９９《管殼式換熱器》的有關規     定，對該系統進行了常用材料、規格的換熱管與管板接頭的焊接工藝評定試驗。結果表明， 采用全位置自動管板焊系統焊接的接頭質量、性能完全符合有關標準和規定的要求。
    ４．１ 焊接工藝參數
    六塔再沸器是回收生產線的關鍵設備，物料腐蝕性較強，溫度變化幅度較大，對管板與換熱管焊接接頭要求較高，因此決定對該設備采用全位置自動管板氬弧焊施焊。
     設備技術參數如下：Ⅱ類壓力容器，管板材料為３１６Ｌ不銹鋼，厚度
為４０ｍｍ，換熱管材料為 ００Ｃｒ１７Ｎｉ１４Ｍｏ２，規格為ｄ３８ｍｍ×２．５ ｍｍ，管頭數量為３３５２ 個。
    ４．２ 焊接生產中裝配和清理要求
    ４．２．１ 裝配要求
    （１） 換熱管伸出長度應嚴格控制在要求尺寸內，自熔為１．５ｍｍ×０．５ｍｍ，填絲焊為 ４ ｍｍ×０．５ ｍｍ。
    （２） 用手工氬弧焊點焊換熱管與管板一端，勿用手工電焊條點焊，另
一端用管板端面機去除多余管口。
    （３） 脹管要均勻一致， 避免有貼脹不緊的情況。
    ４．２．２ 清理要求
    （１） 穿管前應嚴格清理管孔及管口 ２５ ｍｍ 內油污及水分。
    （２） 脹完管后，要用丙酮溶液嚴格清理，確保焊接區域無油污，以免
焊接時產生氣孔。
    ４．３ 焊接結果
     在做好焊前準備工作，裝配、清理達到要求的前提下，按照上述的焊接工藝參數對再沸器進行施焊，圓滿完成了焊接任務，檢驗結果如下： 
    （１） 焊接接頭表面成形均勻、美觀光滑，焊縫寬度和高度也比較統一，相差不大，帶有均勻的魚鱗紋，經酸洗鈍化后焊縫呈銀白色。
    （２） 經著色檢查無氣孔、裂紋等缺陷。
    （３） 殼程經水壓試驗檢查合格率達 １００％。
    （４） 該設備在使用兩年后，仍無泄漏，效果很好。
    ５ 結語
   該焊接系統采用計算機控制，焊接過程穩定、可靠，操作方便，不僅保證了焊接質量，而且大大降低了焊工的勞動強度，提高了工作效率，有效保證了換熱器施工的進度。