自动化焊接技术在水电设备结构件中的应用

自动化焊接技术在水电设备结构件中的应用

胡来武

安德里茨（中国）有限公司528000

摘要：自动化焊接可以通过自动化控制装置和自动化机械装置来取代人工焊接作业，其技术具备较强的稳定性。水电设备结构件制作当中，应用自动化焊接技术具有明显的优势，它不仅能够替代人工作业使劳动强度大大降低、劳动条件得到明显改善，还能实现焊接成本和人工成本的双重有效节约，使生产效率得到明显的提高。本文所探讨的内容涉及到自动化带极堆焊技术在转轮体、顶盖、底环上的应用，窄间隙埋弧焊的应用，模型试验机管路中热丝TIG自动焊的应用以及焊接机器人的应用等，通过对上述内容的研究，为自动化焊接技术的全面应用提供参考。

关键词：自动化；焊接技术；水电设备结构件；应用

在水轮发电机组当中，焊接结构件通常都是大型构件，这些大型构建的作业焊接熔敷量大，同时在焊缝质量方面要求也很高。半自动气体保护焊焊接方法是传统焊接常用的技术，这种技术对于焊接工作人员的技术水平依赖度较高；自动焊技术当中，焊接工作人员的手工操作完全被机械装装置和自动控制装置替代，完全摆脱了对于焊接工作人员技术水平的依赖，稳定性也更好。自动焊焊接技术的广泛应用，能够让人工及焊丝的成本大大降低，在降低劳动强度和保障焊接质量的同时改善了劳动条件，使得生产效率得到明显的提高。因此，自动焊技术的大力推广，能够提升水电设备构建焊接的生产效益，也更符合节能降耗的大环境背景的要求。

一、热丝TIG自动焊在模型试验机管路中的应用

用非熔化的钨电极熔化母材，同时采用焊丝作为填充材料，这就是热丝TIG焊。热丝TIG有效的将母材稀释率降到最低，同时对焊接熔池的热输入量进行有效调节，没有飞溅、没有弧光、电弧稳定性极高，这种技术特别适用精加工坡口和对于外观要求比较高的焊缝。以某工厂生产的模型试验机为例，试验机上的某些管路需要进行焊接，其管路破口均为精加工坡口，使用奥氏不锈钢为母材，这就完全适用于自动化焊接技术的应用。针对该试验机焊接的处理，可以将倾斜钨极的摆动功能加以利用，熔合窄间隙坡口两壁的母材则通过设计工装和引入热丝TIG自动焊接技术来实现，相应的焊接可以采用多道多层的熔敷方式，通过这些技术和方式的应用，能得到极为优质的焊缝质量。

二、底环、顶盖、转轮体上自动化带极堆焊技术的应用

作为一种标准的回转件，转轮体的外形具备上架的一致性，在进行带极堆焊时应当通过变位机或者滚轮架来将工件放置到适当的位置。转动转轮体能够实现自动化焊接，自动化带极堆焊中枪头可以处在不动的位置。根据转轮体、顶盖、底环水电设备结构件的实际尺寸和斜面状况，用范围在30-60mm之内的不同带宽焊带的焊丝来替代堆焊的普通焊丝，可以使焊接速度和质量得到大幅度提高。采用自动化带极堆焊技术对顶盖、底环等平面进行不锈钢对焊，能够加强防腐蚀、耐磨的效果。同时需要对表层进行补焊，以免焊缝外观出现的凹凸不平的现象。

对于焊缝外观进行修补，需要满足下列要求：首先是要及时打磨焊缝表面，避免过渡的余高产生，使焊缝表面与母材的过渡状态保持顺滑，以免母材受到损伤，也不会经历过一段时间之后再出现锈蚀点。其次是要求焊缝表面每一侧的宽度符合0.5～2.0mm的标准，并且没有如未熔合、气孔、夹渣、飞溅、裂纹、焊瘤等明显的缺陷，使得外观尺寸始终保持一致和均匀。

三、焊接机器人的应用

焊接机器人的适用范围往往是对于那些巨型水电机组的焊接工作。巨型水电机组因为其水轮机转轮重量巨大，通常能达到450t，而在转轮制造当中，焊接是其最为关键的工序。转轮的焊接工作量非常庞大，每次都需要10-12t的焊接材料来进行填充，才能完成一台完整的转轮焊接。在这么庞大的工作序列当中，若要及保证较高的焊接质量，又能将焊接作业的工作效率大幅度提升，自动化焊接技术是最为合适的。通常，直流埋弧焊，双丝（多丝）埋弧焊两个焊接电源会被配备到焊接机器人上面，利用埋弧焊电源接法来进行焊接，具备六个自由度的所有焊接机头，能填充坡口和过渡角焊缝的焊接得到很好的实现。不过也有需要注意的事项，巨型水电机组当中的水轮机转轮通常会受到焊接方法和结构限制等多方面因素的制约，想要完全实现全部的自动化焊接具有很高的难度，就算是能够采用大型焊接变位机，也需要通过手工半自动焊接方法来完成60%的焊接量，自动化焊接技术当中的焊接机器人只能够完成所有焊接工作量当中的约40%比例。

四、窄间隙埋弧焊的应用

焊接技术中有一种效率较高、较为成熟的窄间隙埋弧焊，在制造业领域应用相当广泛。在水电设备结构件焊接过程中，水轮机、大厚板拼焊、发电机大轴、轴锻件等焊接过程中，窄间隙埋弧焊就经常被得到运用。这使得焊接工作效率很高，也会明显改善经济效益。

为人所熟知的是水轮机大轴和发电机大轴是水利发电机组当中最为重要的部件，这些部件的成品在我国长期以来是通过依赖进口采购零部件来进行加工而呈的，不仅仅供货较为困难，而且成本也非常巨大。因此，采用轴锻件分段锻制和供货，自己通过应用窄间隙埋弧焊来焊接成整体，能够有效解决这个问题。

很多大型水电站机组的水轮机大轴和发电机大轴的焊接工作已经采取了这种方式来完成，基本上都能通过一次焊接就达到合格，焊接破口深度上限可以达到450mm。目前我国国内制造企业还分别开发出了钢板分段卷制和分段焊接水轮机大轴的工艺技术，纵向焊缝和环形焊缝的焊接工作通过窄间隙埋弧焊接方法的应用来完成，这样可以使得焊接制造水平得到大幅图的提高、产品的焊接制造周期得到大幅度地缩短，从而能够进一步的降低国内企业在大型铸锻件方面的依赖程度。

五、半自动气体保护焊的应用

大型水电机组的水电设备机构非常复杂，导致其焊接工序也非常复杂。

通用的自动化焊接方法的应用范围受到很大的限制，同时也有很长的焊接辅助时间。因此，水电设备结构件的主要焊接方法之一就是半自动气体保护焊接方法，尤其在转轮，水斗等产品上面应用广泛。这种方法拥有工作非常便利、焊接效率很高的主要特点，目前已经成为发展非常迅速的焊接技术。

六、自动埋弧焊小车的应用

采用双驱动送丝、动态响应快、扭矩大、寿命长、结构紧凑、惯性低、所有部件都能够利灵活方便的进行拆装，这些都是自动埋弧焊小车的明显的优点，这些优点能够全面满足客户的各种实际需要。自动埋弧焊小车能够适用多种位置焊接，而且调整方便、结构灵活、手动离合、四轮驱动、可靠性好、运行平稳，国内很多埋弧焊机生产厂都可以实现定制，自动埋弧焊小车可以实现不锈钢、碳钢、合金、铜等金属材料的焊接；其送丝轮采用合金钢材质，不仅生产效率高，而且使用寿命长，同时使用三拖板六自由度的组合式丝盘架，能够同时实现多种类型的焊接方式。

结语：综上所述，在水电设备结构件制作当中，自动化焊接技术发挥了非常重要的作用。自动化焊接技术应用范围非常广泛，而且其所获得的焊缝质量也很高，同时还可以将劳动效率进行很大程度的提升，因此其经济效益和社会效益的增长也较为明显。

参考文献：

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