二保焊及自動(dòng)化焊接技術(shù)論文

設(shè)計(jì)題目：二保焊及自動(dòng)化焊接技術(shù)學(xué)生姓名：劉洪鵬專業(yè)：焊接技術(shù)及自動(dòng)化班級：09（3）焊接摘要在我國壓力容器制造行業(yè)中，各大中型企業(yè)的焊接自動(dòng)化程度相對較高，像哈鍋，上鍋這樣的企業(yè)已達(dá)到80%以上。不過，在國際上對焊接自動(dòng)化作了重新定義。焊接自動(dòng)化是指焊接過程自啟動(dòng)至結(jié)束全部由焊機(jī)的執(zhí)行自動(dòng)完成。無需操作工作任何調(diào)整，即焊接過程中焊頭的位置的修正和各焊接參數(shù)的調(diào)整是通過焊機(jī)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。按照上述標(biāo)準(zhǔn)來衡量，我國壓力容器焊接的自動(dòng)化率是相當(dāng)?shù)偷?。極大多數(shù)僅實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)的機(jī)械化。因此，為加速本行業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)代化的進(jìn)程，增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力，應(yīng)盡快提高焊接自動(dòng)化的程度。按照中央提出的“以人為本”的理念。焊接自動(dòng)化具有更深刻的意義。它不僅僅是提高了焊接生產(chǎn)率和穩(wěn)定了焊接質(zhì)量，而更重要的是使焊工遠(yuǎn)離了有害的工作環(huán)境，減輕或消除了職業(yè)病的危害。關(guān)鍵詞：壓力容器；自動(dòng)化焊接技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；展望目錄第1章引言1TOC\o"1-5"\h\z第2章C02氣體保護(hù)焊焊接工藝設(shè)計(jì)及在工程機(jī)械中的應(yīng)用 12.1技術(shù)分析12.1.1焊接接頭情況及焊縫技術(shù)要求22.1.2焊接試驗(yàn) 22.1.3焊接試驗(yàn)結(jié)果分析32.1.1焊前準(zhǔn)備 42.3焊接操作工藝4對接焊縫操作工藝42.3.2角焊縫操作工藝52.4焊接工藝中需注意的問題5第3章全位置自動(dòng)化焊接技術(shù)的兩大因素63.1硬件因素63.1.1自動(dòng)焊接設(shè)備63.1.2自動(dòng)化焊接方法83.2軟件因素103.2.1焊接控制技術(shù)103.2.2人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)11第4章展望124.1硬件方面134.2軟件方面13結(jié)論15第1章引言焊接過程已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要的金屬加工工藝，直接制約著其它各個(gè)行業(yè)的發(fā)展。丹麥學(xué)者Jens系統(tǒng)總結(jié)了焊接過程的影響因素，認(rèn)為焊接領(lǐng)域影響著自動(dòng)化技術(shù)、材料科學(xué)、環(huán)境、無損檢測、機(jī)械與腐蝕、斷裂力學(xué)等多門學(xué)科。而焊接自動(dòng)化作為焊接領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，反過來也制約著焊接這一過程。對于壓力容器而言，焊接自動(dòng)化技術(shù)可以概括為硬件因素和軟件因素。硬件因素主要指壓力容器自動(dòng)焊接設(shè)備和方法；軟件因素主要指計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及信息技術(shù)等進(jìn)入壓力容器焊接領(lǐng)域而形成的焊接控制技術(shù)、人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)等。第2章C02氣體保護(hù)焊焊接工藝設(shè)計(jì)及在工程機(jī)械中的應(yīng)用2.1技術(shù)分析【摘要】通過對CO2氣保焊、富氬氣保焊、焊條電弧焊3種焊接方法進(jìn)行焊接接頭試驗(yàn)和對比分析,以及在工程機(jī)械中的應(yīng)用,證明了CO2氣保焊具有成本低,效率高,焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。介紹了CO2氣保焊焊接操作技術(shù)及需注意的一些問題，對CO2氣保焊焊接工藝設(shè)計(jì)及其應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞CO2氣保焊焊接工藝工程機(jī)械某制造廠為一大型工程機(jī)械公司生產(chǎn)一百多米高的塔式起重機(jī)等工程機(jī)械部件，這些部件均為焊接件，焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求較高，技術(shù)難度較大。原采用焊條電弧焊，焊接變形大且難以控制，生產(chǎn)率低。通過對CO2氣保焊、富氬氣保焊及焊條電弧焊進(jìn)行對比工藝試驗(yàn)及評定，決定除對個(gè)別有外觀要求的焊縫采用富氬氣體保護(hù)焊外，其余均采用CO2氣保焊。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這樣既保證了焊接質(zhì)量，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。2.1.1焊接接頭情況及焊縫技術(shù)要求1） 焊接接頭形式有對接接頭、角接接頭、T形接頭及搭接接頭，其中絕大部分是T形接頭。2） 焊縫形式有對接焊縫及角焊縫，大部分為角焊縫，由于板厚不同，焊腳分別為6mm,8mm,10mm,12mm,15mm不等。3） 母材主要為碳素結(jié)構(gòu)鋼板Q2352A,規(guī)格有6mm,8mm,10mm,12mm,20mm,25mm等幾種。4） 焊縫外觀要求焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等缺陷。焊縫形狀尺寸符合圖樣要求,焊縫與母材平滑過渡。部分焊縫要求超聲波探傷合格。2.1.2焊接試驗(yàn)參照J(rèn)B4708-2000《壓力容器焊接工藝評定》，進(jìn)行CO2氣保焊、富氬氣保焊、焊條電弧焊對接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)，T形接頭角焊縫試驗(yàn)及CO2氣保焊、富氬氣保焊飛濺成形工藝性能,進(jìn)行對比分析。對接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)1） 試驗(yàn)材料Q235-A,300mmX125mmX10mm,2塊；焊條電弧焊開60V形坡口，CO2氣保焊、富氬氣保焊開45V形坡口，單面焊雙面成形。2） 焊接方法及焊接材料焊條電弧焊，E4303,?3.2mm,?4mm;CO2氣保焊、富氬氣保焊焊絲ER50-6,5?L2;富氬氣：80%Ar+20%CO2。3） 檢驗(yàn)內(nèi)容外觀檢查，RT檢驗(yàn)，力學(xué)性能試驗(yàn)（拉力試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)）。T形接頭角焊縫試驗(yàn)1） 材料Q235-A,300mmX125mmX10mm,2塊,不開坡口,單道焊。2） 焊接方法及焊接材料焊條電弧焊，焊條E4303,?3.2mm;CO2氣保焊、富氬氣保焊，焊絲ER50-6,?L2mm;富氬氣：80%Ar+20%C02。3）檢驗(yàn)內(nèi)容外觀檢查,切取5個(gè)截面進(jìn)行金相宏觀檢查。要求斷面無裂紋,無未焊透,無未熔合缺陷。2.3T形接頭角焊縫成形、飛濺試驗(yàn)試驗(yàn)條件同2.2,通過對比試驗(yàn)對C02氣保焊、富氬氣保焊進(jìn)行外觀成形及飛濺大小進(jìn)行評定。2.1.3焊接試驗(yàn)結(jié)果分析1） 從對接接頭焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)可知,3種焊接方法的焊接接頭外觀檢查符合要求，RT檢驗(yàn)均高于？級合格，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度以富氬氣保焊最高，CO2氣保焊次之，焊條電弧焊最低,這是因?yàn)楦粴鍤獗：秆趸暂^少,合金元素?zé)龘p較少所致,但它們均高于母材規(guī)定的最小值。按規(guī)定的彎曲角，每個(gè)試件面彎、背彎各2個(gè)，彎曲試驗(yàn)合格。這說明3種焊接方法及焊接工藝的焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)合格。但富氬氣保焊、CO2氣保焊坡口角度較少，鈍邊較大，比焊條電弧焊生產(chǎn)率高，節(jié)省材料，成本低，焊接變形少。這是因?yàn)闅怏w保護(hù)焊焊絲較細(xì)，電流密度大，熔深大，電弧穿透力強(qiáng)，易焊透所致。2） 從T形接頭角焊縫試驗(yàn)可知，3種焊接方法的熔深大小分別為：富氬氣保焊熔深略大于CO2氣保焊，大于焊條電弧焊，每個(gè)試件的5個(gè)斷面根部均未出現(xiàn)裂紋、未熔合、未焊透缺陷，宏觀金相檢驗(yàn)合格。3） 從T形接頭角焊縫飛濺、成形試驗(yàn)可知，富氬氣保焊的飛濺較小，最大飛濺顆粒直徑大小為?1.5mm^?2mm，CO2氣保焊飛濺稍大，最大飛濺顆粒直徑為?3mm??4mm;富氬氣保焊焊縫表面較CO2焊波紋細(xì)密，成形美觀。綜上所述：3種焊接方法及焊接工藝均能滿足力學(xué)性能要求及宏觀金相要求。但CO2氣保焊、富氬氣保焊，焊絲較細(xì)，電流密度大，熱量集中，電弧穿透力強(qiáng)，熔深大，可以減少坡口角度，增加鈍邊厚度，節(jié)省材料，提高勞動(dòng)生率，降低焊接應(yīng)力與變形。富氬氣保焊較CO2氣保焊成形美觀，飛濺小，但成本較高。所以除了對極小數(shù)外觀要求較高的焊縫采用富氬氣保焊外，其余均采用CO2氣保焊。2.2技術(shù)要求2.1.1焊前準(zhǔn)備1） 清除待焊部位及兩側(cè)10?20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡等污物，并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑，在噴嘴上涂一層噴嘴防堵劑。2） 將CO2氣瓶倒置1?2h，使水分下沉，每隔0.5h放水1次，放2?3次。3） 根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)編制焊接工藝。焊絲ER5026，?1.0mm,?L2mm，焊機(jī)KRII350。4） 采用左焊法。2.3焊接操作工藝對接焊縫操作工藝1） 由于CO2氣保焊熔深大，在板厚小于12mm時(shí)均可用工形坡口（不開坡口）雙面單道焊接。對于開坡口的對接接頭，若坡口較窄，可多層單道焊;若坡口較寬，可采用多層多道焊。2） 焊接過程中，焊槍橫向擺動(dòng)時(shí)，要保證兩側(cè)坡口有一定熔深，使焊道平整，有一定下凹，避免中間凸起，這樣會(huì)使焊縫兩側(cè)與坡口面之間形成夾角，產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷。3） 要控制每層焊道厚度，使蓋面焊道的前一層焊道低于母材1.5?2.5mm，并一定不能熔化坡口兩側(cè)棱邊，這樣蓋面時(shí)可看清坡口，為蓋面創(chuàng)造良好條件。4） 蓋面焊焊接時(shí)，焊前應(yīng)將前一層凸起不平的地方磨平，焊槍擺動(dòng)的幅度比填充層要大一些，擺動(dòng)時(shí)幅度應(yīng)一致，速度要均勻，要特別注意坡口兩側(cè)熔化情況，保證熔池邊緣超過坡口兩側(cè)棱邊，并不大于2mm，以避免咬邊。5）若每層用多道焊時(shí),焊絲應(yīng)指向焊道與坡口、焊道與焊道的角平分線位置,并且焊道彼此重疊不小于焊道寬度的1?3。2.3.2角焊縫操作工藝1）角焊縫焊接時(shí),易產(chǎn)生咬邊、未焊透、焊縫下垂等缺陷,所以應(yīng)控制焊絲的角度。等厚板焊接時(shí)，焊絲與水平板的夾角為40°?50。。不等厚板時(shí)，焊絲的傾角應(yīng)使電弧偏向厚板,板厚越厚,焊絲與其夾角越大。2） 對于焊腳為6?8mm的角焊縫，采用單層單道焊，焊槍指向（焊絲）距根部1?2mm處。對于焊腳為6mm的焊縫，采用直線移動(dòng)法焊接，對于焊腳為8mm的焊縫，焊槍應(yīng)作橫向擺動(dòng)，可采用斜圓圈形運(yùn)絲法焊接。3） 對于焊腳為10?12mm的角焊縫，由于焊腳較大，應(yīng)采用多層焊，焊2層。焊接時(shí)第1層操作與單層焊相同，焊槍與垂直板夾角減少并指向距根部2?3mm處，這時(shí)，電流比平常時(shí)稍大，目的是為了獲得不等焊腳的焊道;焊接第2層時(shí)，電流比第1層稍少，焊槍應(yīng)指向第1層焊道的凹陷處，直至達(dá)到所需的焊腳。4） 對于焊腳為15mm的角焊縫應(yīng)采用多層多道焊，即焊接3層。需要注意的是：操作時(shí)，每道的焊腳大小應(yīng)控制在6?7mm左右，否則，焊腳過大，易使熔敷金屬下垂，在水平板上產(chǎn)生焊瘤，在立板上產(chǎn)生咬邊。焊槍角度及指向應(yīng)保證最后得到等腳和光滑均勻的焊縫。2.4焊接工藝中需注意的問題在生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)有不少人，不僅是焊工、檢驗(yàn)員，甚至還有焊接技術(shù)員混淆了焊腳與焊腳尺寸及焊縫厚度3者之間的關(guān)系。焊工把焊腳誤認(rèn)為焊腳尺寸，檢驗(yàn)員把焊縫厚度當(dāng)焊腳來測量檢驗(yàn)，使得實(shí)際焊腳超過設(shè)計(jì)要求的尺寸，在質(zhì)量記錄中又把其當(dāng)成焊腳尺寸加以記錄。還有的技術(shù)人員在焊接工藝文件中要求焊腳尺寸為多少等，這些都是錯(cuò)誤的。實(shí)際上，焊腳是指角焊縫的橫截面中，從一個(gè)直角面上的焊趾到另一個(gè)直角面表面的最小距離，焊腳尺寸為在角焊縫橫截面中畫出的最大等腰直角三角形中直角邊的長度，而焊縫厚度則是在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫背面的距離。因此，工藝文件上、焊縫符號中要求的角焊縫外形尺寸是焊腳而不是焊腳尺寸，更不是焊縫厚度。第3章全位置自動(dòng)化焊接技術(shù)的兩大因素3.1硬件因素3.1.1自動(dòng)焊接設(shè)備在壓力容器組裝時(shí)，需要對容器的不同部位進(jìn)行焊接，因焊縫類型較多，在焊接生產(chǎn)過程中往往涉及到多種自動(dòng)焊接設(shè)備，如電渣焊機(jī)、氣體保護(hù)焊機(jī)（CO2焊機(jī)和氬弧焊機(jī)等）、埋弧焊機(jī)、等離子焊機(jī)等。如何使得焊接設(shè)備具有自動(dòng)化、智能化功效，以提高壓力容器焊接自動(dòng)化程度，是國內(nèi)外焊接學(xué)者研究的重要內(nèi)容。我國壓力容器焊接自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展較晚，起始于20世紀(jì)五、六十年代，到目前為止，取得了很大的成就。整個(gè)行業(yè)采用的各種自動(dòng)焊機(jī)越來越多地替代了手工焊機(jī)。2002年，國產(chǎn)自動(dòng)和半自動(dòng)焊機(jī)已占焊機(jī)總量的20.55%[1],其中，MIG/MAG焊機(jī)較上年增長63.12%,TIG焊機(jī)較上年增長19.24%，埋弧焊機(jī)較上年增長135.36%。傳統(tǒng)的電弧焊機(jī)在國內(nèi)已經(jīng)成批生產(chǎn)晶閘管式弧焊整流器，但與國外相比，缺少熱啟動(dòng)、數(shù)顯等功能；對于MIG/MAG焊機(jī)，國內(nèi)已經(jīng)擁有各種氣體保護(hù)電弧焊機(jī)，在已經(jīng)發(fā)展的逆變式MIG焊機(jī)上增加了波形控制技術(shù)，并且采用計(jì)算機(jī)控制，能夠適應(yīng)壓力容器全位置焊接的要求；數(shù)字控制的埋弧自動(dòng)焊機(jī)的研究[2]，其焊接電源的輸出特性、送絲速度和焊接速度均采用數(shù)字控制算法調(diào)節(jié)，引弧、焊接、收弧采用過程控制軟件控制。但目前國內(nèi)埋弧焊機(jī)的最大額定容量只限于2000A以下，處于發(fā)展階段。逆變焊機(jī)作為一種新技術(shù)和新工藝，被國內(nèi)外公認(rèn)為最先進(jìn)的焊機(jī)，具有優(yōu)良的焊接性能和電氣性能，適用于各種不同的弧焊方法和壓力容器多位置焊接［3］。20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)晶閘管逆變焊機(jī)，主要應(yīng)用于手工電弧焊和TIG焊工藝。新一代逆變焊機(jī)采用功率晶體管、MOSFET、IGBT等為開關(guān)器件，同時(shí)運(yùn)用高頻PWM開關(guān)技術(shù)和微電子技術(shù)。逆變焊機(jī)在國外已經(jīng)得到很大的應(yīng)用，美國、日本逆變焊接的應(yīng)用程度已達(dá)到30％。我國的逆變焊機(jī)研究始于20世紀(jì)80年代，目前已經(jīng)形成三代產(chǎn)品，第一代是以晶閘管為主開關(guān)器件的弧焊逆變器，其逆變頻率為2000?5000Hz；第二代是以GTR和MOSFET為主殲關(guān)器件的弧焊逆變器，其逆變頻率為20?50kHz；第三代為IGBT弧焊逆變器，逆變頻率為20?30kHz。逆變焊機(jī)由于具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，在國內(nèi)壓力容器行業(yè)的應(yīng)用前景是十分樂觀的。如東方鍋爐廠、蘭州石油化工機(jī)械廠等先后引進(jìn)國外的TIG、CO2及MMAW逆變焊機(jī)，已用于鍋爐、壓力容器的全位置焊接。我國在“七五”期間，各鍋爐廠從瑞典等國引進(jìn)全位置自動(dòng)焊機(jī)，如上海、武漢等鍋爐廠從德國引進(jìn)KOMESMA800、1600等型號膜式水冷壁專用成套焊機(jī)。20世紀(jì)90年代初，國內(nèi)已研制出多頭埋弧自動(dòng)焊機(jī)和多頭MAG自動(dòng)專用焊機(jī)，目前國內(nèi)已有卜多家鍋爐廠使用國產(chǎn)模式水冷壁專用焊機(jī)［4］。2002年國內(nèi)專用成套焊接設(shè)備較上年同期增長了67.63％?，F(xiàn)代焊接機(jī)器人大多為柔性自動(dòng)化工作站或焊接生產(chǎn)線，由焊接機(jī)器人、焊接電源、焊接工藝裝備、上下料機(jī)械手等不同組合，以及離線CAD仿真編程構(gòu)成，用微機(jī)對其系統(tǒng)進(jìn)行控制。據(jù)有關(guān)報(bào)道，2002年全球機(jī)器人生產(chǎn)總價(jià)值超過80億美元，預(yù)計(jì)每年將以14.7％的速度上升。而弧焊機(jī)器人作為典型的程序控制柔性焊接系統(tǒng)，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在壓力容器焊接領(lǐng)域受到高度重視［5］。柔性焊接機(jī)器人工作站隨著其價(jià)格的不斷降低將在我國逐步推廣應(yīng)用，代表了成套焊接設(shè)備的微機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。綜上所述，埋弧自動(dòng)焊機(jī)、氣體保護(hù)焊機(jī)和逆變焊機(jī)對于壓力容器行業(yè)來說具有較好的應(yīng)用前景，專用成套自動(dòng)焊接設(shè)備正逐漸應(yīng)用于各鍋爐、壓力容器制造業(yè)。除此之外，一些工藝設(shè)備的改進(jìn)，諸如液壓封頭簡體對裝設(shè)備、萬向焊接轉(zhuǎn)臺、電渣焊拼板的液壓卡架裝置和小直徑筒體縱縫環(huán)縫自動(dòng)焊裝置等，在很大程度上也提高了壓力容器焊接自動(dòng)化程度。3.1.2自動(dòng)化焊接方法對于壓力容器的組裝焊接，目前投入生產(chǎn)使用的材料主要包括碳素鋼、低合金鋼和高合金鋼等。常用的方法主要有手工電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和埋弧焊等，以適用于不同材質(zhì)和厚度的壓力容器焊接。弧焊作為一種傳統(tǒng)的焊接工藝，在焊接速度和焊接熱量輸入等自身因素上改善程度有限，提高弧焊自動(dòng)化水平的關(guān)鍵在于弧焊設(shè)備的機(jī)械自動(dòng)化水平。目前，手工電弧焊雖然還少量地應(yīng)用于壓力容器的焊接，但由于其自動(dòng)化程度較低，生產(chǎn)效率不高以及焊接質(zhì)量欠佳等原因而逐漸減少。氣體保護(hù)焊具有電弧熱量集中，熔池小，結(jié)晶快以及焊接過程無熔渣等優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)全位置和薄板焊接，能夠方便實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化和自動(dòng)化。CO2是一種高效率焊接方法，根據(jù)焊絲不同分為實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲CO2氣保焊，目前在國外發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為普遍。國內(nèi)于20世紀(jì)80年代開始得到應(yīng)用和推廣?；贑O2氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形技術(shù)的研究［6］，對CO2氣保焊在壓力容器的推廣具有積極意義；藥芯焊絲和CO2氣保焊的研究和應(yīng)用［7］，實(shí)現(xiàn)了球罐制造過程中的低成本、高效率自動(dòng)焊。我國石油天然氣第七建設(shè)公司從美國引進(jìn)了球罐藥芯焊絲全位置自動(dòng)焊接技術(shù)［8］，焊接熔敷效率高，速度快，改善了焊接條件。TIG焊接技術(shù)主要用于焊縫密封性能和力學(xué)性能要求高的壓力容器，由于脈沖TIG焊具有較寬的電流調(diào)節(jié)范圍，通過脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié)，可精確控制電弧能量及其分布，從而對熔深體積和形狀進(jìn)行精確的控制，能較好地實(shí)現(xiàn)壓力容器的全位置焊接。堆焊技術(shù)主要用于厚壁壓力容器的焊接，包括加冷焊絲雙絲自動(dòng)電弧堆焊、雙絲間接電弧自動(dòng)堆焊、單絲或雙絲橫向等速擺動(dòng)氣體保護(hù)自動(dòng)堆焊、帶極埋弧自動(dòng)堆焊以及雙熱絲等離子堆焊等。帶極埋弧堆焊(SAW)由于母材熔深較淺且比較均勻，對工件表面質(zhì)量要求較低，被國際譽(yù)為壓力容器內(nèi)壁堆焊的主要方法。隨著科技的進(jìn)步，最近又出現(xiàn)了一種高速帶極堆焊法(HSW),與帶極埋弧堆焊(SAW)和帶極電渣堆焊(ESW)相比較，其堆焊層邊界晶粒細(xì)小，雜質(zhì)含量低，是一種經(jīng)濟(jì)性較好的堆焊方法［9］。窄間隙焊接技術(shù)是為解決厚板焊接，提高焊接接頭性能，節(jié)省焊接材料所研究出來的焊接方法。其焊絲細(xì)小，熔池小，可進(jìn)行全位置焊接，易于實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化。該技術(shù)采用脫渣性良好的焊劑，并且采用焊絲校正機(jī)構(gòu)，目前國外已經(jīng)發(fā)展了一些脫渣性良好的堿性燒結(jié)焊劑，如86435/DIN8857、KB120等；日本在進(jìn)行窄間隙焊接時(shí)，采用由彎絲板構(gòu)成的電弧機(jī)械擺動(dòng)裝置，使電弧產(chǎn)生波形；神戶制鋼所研制出了“扭弧”法，采用兩根互成麻花狀的焊絲，無需特殊的焊絲擺動(dòng)裝置。國內(nèi)對此也有研究，伍小龍［10］等人對于厚壁容器的焊接采用雙絲窄間隙埋弧焊，該設(shè)備具有焊前預(yù)置參數(shù)、自動(dòng)穩(wěn)定焊接電壓、焊接電流和焊接速度的功能，采用閉環(huán)控制，并且設(shè)有高度和橫向自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)焊接。激光被譽(yù)為20世紀(jì)中可以與半導(dǎo)體相媲美的發(fā)現(xiàn)，激光焊接是利用經(jīng)聚焦的高功率密度的激光束為熱源的特種方法，具有極高的能量密度，由于其HAZ區(qū)極小，能焊接幾乎所有的金屬，可以進(jìn)行全位置焊接。目前，該方法主要應(yīng)用于汽車、航空以及電子、精密儀器等高科技領(lǐng)域。隨著高功率激光器的出現(xiàn)，激光自動(dòng)焊接技術(shù)正向厚壁焊接發(fā)展。但由于其價(jià)格昂貴，并且設(shè)備笨重，在壓力容器行業(yè)的應(yīng)用前景還不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)［11］，2001年國內(nèi)共生產(chǎn)各類焊材約130余萬噸，除出口以外，實(shí)際消耗約125萬噸。其中焊條約100萬噸，占焊材總量中約77％；埋弧焊材約12萬噸，占9.2％；氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲約14萬噸，占10.8％；藥芯焊絲約1.6萬噸，僅占焊材總量中的1.2％。而日本在近20年中焊條產(chǎn)量逐年下降，主要發(fā)展自動(dòng)化、半自動(dòng)化焊材。如1999年焊條產(chǎn)量僅占焊材總量約19％，埋弧焊材占12％，氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲占38％；藥芯焊絲占31％。其自動(dòng)焊材高于我國現(xiàn)有水平。軟件因素焊接控制技術(shù)現(xiàn)代焊接自動(dòng)化的主要標(biāo)志是焊接過程控制系統(tǒng)的智能化、焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性化以及焊接生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化。近年來焊接自動(dòng)控制技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，同時(shí)也受到高度的重視，已成為焊接技術(shù)的一個(gè)獨(dú)立分支。由于可編程序控制器、微處理機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用，使壓力容器制造過程中焊接自動(dòng)化技術(shù)得到了很大發(fā)展?，F(xiàn)代高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如最優(yōu)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)及自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等，已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。在全位置TIG焊管機(jī)規(guī)范參數(shù)控制過程中，改變了傳統(tǒng)的TIG管焊機(jī)焊接電流參數(shù)分段控制模式，采用單片機(jī)技術(shù)，通過拋物線擬合算法形成平滑的焊接電流規(guī)范參數(shù)曲線，實(shí)現(xiàn)全位置TIG管焊機(jī)焊接電流的平滑調(diào)節(jié)，精確控制電弧能量及其分布。通過試驗(yàn)證明了該控制技術(shù)對于壓力容器全位置焊接的可行性。焊縫跟蹤是焊接自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對實(shí)現(xiàn)壓力容器生產(chǎn)過程的焊接自動(dòng)化意義深遠(yuǎn)。目前，應(yīng)用于焊縫跟蹤系統(tǒng)主要包括接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式跟蹤系統(tǒng)分為探頭式和靠模式跟蹤系統(tǒng)。探頭式接觸傳感器以導(dǎo)桿或?qū)л喸诤妇媲疤綔y焊縫位置，結(jié)構(gòu)簡單，操作直接，抗干擾能力強(qiáng)。但焊接厚板壓力容器時(shí)，點(diǎn)固焊點(diǎn)會(huì)使傳感器發(fā)生阻塞現(xiàn)象，筒體存在的橢圓度會(huì)引起傳感器發(fā)生軸向移動(dòng)?？磕Ｊ礁櫹到y(tǒng)能較好解決這個(gè)問題，它利用同步運(yùn)動(dòng)原理，通過橫向跟蹤、縱向跟蹤和微調(diào)系統(tǒng)保持導(dǎo)電嘴和焊縫之間距離不變，能夠應(yīng)用于圓筒狀壓力容器的焊接，實(shí)現(xiàn)環(huán)縫焊接自動(dòng)化。但有時(shí)會(huì)因坡口及焊縫的加工裝配不均勻而影響傳感器的測量精度。非接觸式跟蹤系統(tǒng)分為超聲波式、聲發(fā)射式、光電式、電弧傳感和視覺傳感式跟蹤系統(tǒng)。非接觸式跟蹤系統(tǒng)與其它學(xué)科聯(lián)系緊密，目前國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了不同內(nèi)容和程度的研究。直接電弧式跟蹤系統(tǒng)是從焊接電弧自身直接提取焊縫位置偏差信號，實(shí)時(shí)性好，不需要在焊槍上附加任何裝置，焊槍運(yùn)動(dòng)的靈活性和可達(dá)性最好，尤其符合焊接過程低成本自動(dòng)化的要求。目前國外發(fā)達(dá)國家主要采用的方法是通過測量焊接電流，、電弧電壓和送絲速度。來計(jì)算工件與焊絲之間的距離H,并應(yīng)用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。但由于電弧式跟蹤只能獲得焊接區(qū)的局部信息，不能獲得焊炬高度匹配度、焊根間隙和焊縫形式等重要信息，因而限制了其使用范圍。文獻(xiàn)［12］提出了一種新型焊縫跟蹤系統(tǒng)，通過在Mz-1000埋弧焊機(jī)上進(jìn)行對焊縫坡口檢測的焊縫跟蹤試驗(yàn),可以滿足壓力容器制造的需要。該系統(tǒng)采用非接觸式超聲波跟蹤傳感器，傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，在低成本焊接自動(dòng)化具有較好的應(yīng)用前景。據(jù)日本焊接技術(shù)學(xué)會(huì)的調(diào)查結(jié)果顯示，領(lǐng)導(dǎo)未來焊縫跟蹤的傳感器主要是光學(xué)傳感器，其中以視覺傳感器最引人注目。基于CCD視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)可以用于埋弧焊、等離子弧焊等多種焊接方法和設(shè)備中。但鑒于焊接過程的應(yīng)用環(huán)境惡劣，傳感器要受到弧光、高溫、煙塵、飛濺、振動(dòng)和電磁場的干擾，使傳感器的精度、抗干擾性能和靈敏度受到不同程度影響。雖然迄今為止已研究出多種自動(dòng)跟蹤方法，但大多還處在實(shí)驗(yàn)室階段。目前，國內(nèi)外還有對電子束焊自動(dòng)熔透及焊縫跟蹤、CO2氣體保護(hù)焊焊縫跟蹤、激光超聲感應(yīng)自動(dòng)跟蹤等進(jìn)行研究［13］。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和新型傳感方式的研究，焊縫跟蹤技術(shù)將會(huì)在壓力容器行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，從而進(jìn)一步提高壓力容器焊接過程的自動(dòng)化和智能化程度。3.2.2人工智能技術(shù)及專家系統(tǒng)人工智能技術(shù)引入焊接設(shè)備形成了焊接設(shè)備的智能控制系統(tǒng)，這一領(lǐng)域具有代表性的焊接過程是模糊控制系統(tǒng)、神徑網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和焊接專家系統(tǒng)。在高性能波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智能化的焊接設(shè)備，是今后焊接設(shè)備的發(fā)展方向。如Ill-SOOkim和Joon-SikSon等人將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入GMA焊接方法來預(yù)測焊接區(qū)寬度，拓寬了GMA焊接的應(yīng)用領(lǐng)域。未來的焊縫跟蹤技術(shù)將具有智能性的模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等手段滲透到焊縫跟蹤控制中，以增強(qiáng)非線性系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性。焊接工程中專家系統(tǒng)的建立成為智能化焊接設(shè)備的研究基礎(chǔ)，以焊接機(jī)器人為核心的柔性智能焊接自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，焊接專家系統(tǒng)的普及已是國內(nèi)外公認(rèn)的發(fā)展方向。焊接領(lǐng)域中專家系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)80年代中期,最早報(bào)道的是美國科羅多礦業(yè)學(xué)院(CSM)與美國焊接研究所(AWL)聯(lián)合開發(fā)的焊接材料選擇系統(tǒng)Weldselector。目前，英國、日本和德國等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼開展了這方面的工作，主要集中在工藝制定、缺陷分析、材料選擇和設(shè)備選擇等方面。其中有關(guān)工藝選擇及工藝制定軟件約占70％。在焊接過程實(shí)時(shí)控制方面，美國AdaptiveTechnologies公司開發(fā)的Camtech100和Adaptitech1000可完成零件定位、焊接操作和質(zhì)量檢查等功能，系統(tǒng)能根據(jù)來自傳感器的光、溫度、電弧等信息，自動(dòng)調(diào)整焊接路徑、線能量、送絲速度和擺動(dòng)參數(shù)等，并可優(yōu)化多道焊參數(shù)。日本NKK公司開發(fā)的“焊接參數(shù)控制專家系統(tǒng)”可給出最優(yōu)焊接參數(shù)，進(jìn)而控制焊接設(shè)備，以保證恒定的熔深及焊接高度。目前國際上已形成多種商品化產(chǎn)品，且有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。經(jīng)過近幾年的努力，我國的焊接軟件研究與應(yīng)用已取得可喜的成果。清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)等在這領(lǐng)域進(jìn)行過一系列研究，并相繼開發(fā)了不同類型的應(yīng)用軟件，其中清華大學(xué)開發(fā)的“通用型弧焊工藝專家系統(tǒng)QHWES”因其較強(qiáng)的適應(yīng)性和再開發(fā)能力而獨(dú)具特色。呂波人開發(fā)的壓力容器焊接專家系統(tǒng)，在錦西化工機(jī)械廠和金州重型機(jī)械廠取得良好的效果。第4章展望目前，全位置焊接自動(dòng)化技術(shù)在國際上已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用。我國壓力容器焊接技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：手工電弧焊階段、自動(dòng)焊應(yīng)用階段、焊接低合金高強(qiáng)度鋼制容器階段以及壓力容器大型化和焊接新技術(shù)發(fā)展階段。在壓力容器的制造過程中，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，其焊接自動(dòng)化水平得到了發(fā)展。但與國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，總體技術(shù)水平仍存在一定差距。為了最大限度地實(shí)現(xiàn)壓力容器生產(chǎn)過程的自動(dòng)化焊接，提高壓力容器的制造水平，對其焊接