高效焊割设备在换热器制造中的应用

李宪亮

1. 公司主要产品概况

我公司自1994年取得压力容器制造许可证以来，长期致力于新型、高效、耐腐蚀换热器设备的设计制造与开发，与中国石化建设公司、洛阳石化工程公司、北京化工大学等多家科研院校建立密切合作关系。通过引进和开发的新型、高效、耐腐蚀换热器主要有T型翅片管重沸器、折流杆换热器、双弓折流板换热器、波纹管换热器、渗铝管换热器、螺旋波纹管换热器、大型立式换热器及复合板换热器等。

近期公司与设计院合作开发新产品旋风分离器，取得了良好的社会效益。制造过程中涉及到的材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、低温钢、双相钢、镍钢和钛材等，这些材料在制造过程中对切割和焊接技术都有具体要求。

目前我公司针对以上产品及材料的切割设备有手工火焰切割、半自动火焰切割、等离子切割，以及铣边机、刨床、车床及水刀切割等硬件设施。焊接设备主要有电焊机、氩弧焊机、埋弧焊焊机和管头自动焊焊机等。

2. 高效焊接与切割方法的应用

公司主打产品以换热器为主，换热器规格一般为DN300~DN3 600mm。针对小直径换热器，以DN500mm以下为例，主要焊接方法还是以焊条电弧焊为主，具体过程是使用手工氩弧焊打底、单面焊双面成形，然后使用焊条电弧焊填充盖面。对于小直径筒体设备，也使用过埋弧焊盖面的方法，但主要由于直径小、焊接位置曲面小、焊缝成形差，因此使用效率不高。对于规格在DN500~DN900mm之间的设备，一般采用氩弧焊打底、焊条电弧焊+埋弧焊填充、埋弧焊盖面。而对于尺寸＞DN1 000mm的设备，坡口留有一定的钝边，直接使用埋弧焊填充盖面，背面碳弧气刨清根焊接。

换热器管头焊接，是本公司优势之一，主要焊接设备为氩弧焊焊机和管板自动焊焊机。随着半自动与自动化技术的快速发展，越来越多的用户对管头提出自动化焊接的要求，为此公司从2002年引进管板自动焊焊机设备，走在了管头焊接这一领域的前端。为以后该自动化焊接技术的发展打下了坚实的基础。

自动化是切割与焊接行业发展的未来趋势。一个小小的进步，都将是整个行业的进步。最近我公司与某设备生产厂合作，发明的管箱或外头盖环缝埋弧焊焊接滚轮架（见图1），就解决了管箱或外头盖环缝焊接的难题，大大提高了生产效率。

滚轮架在换热器制造过程中应用非常广泛，通过滚轮架的转动，实现设备环缝和角焊缝的焊接工作。一般的换热器主要是圆筒状结构，包括壳体、管箱及外头盖等结构。壳体环缝的焊接，由于壳体长度一般比较大，在一般的滚轮架上就能够实现焊接工作，而管箱和外头盖长度一般都比较短，通过一般的滚轮架很难实现其环缝的焊接。以前对于这两种部件的焊接方法主要是：管箱或外头盖通过法兰，用螺栓固定于壳体法兰上，这样的做法首先要求管箱或外头盖法兰与壳体法兰规格要类似，才能通过螺栓孔联接在一起，实际运用过程中比较消耗时间与人力，影响生产效率。

经过研究和设备制造厂合作开发的滚轮架，是专门用于管箱或外头盖或类似零部件的环缝焊接滚动装置。结构简单，通过手控盒操作，实现滚轮的距离调节和滚动，从而实现单独管箱或外头盖旋转，再配合埋弧焊机，实现管箱或外头盖等类似零部件的滚动焊接，不仅节约了人力和物力，而且提高了生产效率，降低了劳动强度。

3. 高效设备与材料的发展趋势

图1

切割与焊接技术的发展，在很大程度依靠设备的发展。但就压力容器行业来说，目前的自动化程度并不高。在2015年第二十届北京·埃森焊接与切割展览会上，有很多先进的设备，例如机器人焊接、机器人切割设备等，如图2所示。但总体给我的感觉，这些设备虽然先进，但对于压力容器行业，尤其在换热器制造过程中应用前景并不大。因为各种先进的切割与焊接设备主要还是针对批量生产的产品应用比较广泛，但在换热器行业，由于结构比较复杂、规格大小不一，故很难实现其自动化生产。例如小直径筒体的纵缝、环缝的焊接，如果使用小埋弧焊设备，首先对其切割、装配就提出了更高的要求、必须完全达到尺寸精度才能施焊。其次焊接完成后，因为内部要装入管束，所以焊缝必须与母材磨平。由于筒体直径小，所以人的身体难以进入，为此修磨比较困难。因此，目前压力容器焊接与切割技术的发展还是比较滞后的，很大程度上还是依靠人来完成主要工作。

图2

机器代替人的时代是趋势，对于压力容器行业来说还有很多需要改进的地方。比如现在的管板自动焊设备焊接管头时，还需要人工换焊接管头的位置，如果未来设备能够自动找准定位焊接，那将大大提高生产效率。再比如应用广泛的埋弧焊设备，在焊接过程需要焊工随时观察焊接情况、随时调节焊接位置，那么未来设备如果能够增加传感系统自动完成焊接，则可以大大减少人力投入。

为提高焊接效率，还要注重焊接材料的发展。目前针对压力容器焊材的标准为NB/T47018—2011，但在国内市场上焊材牌号比较混乱，同一种焊材，不同的标识方法，虽然国家有统一的型号，但制造厂家又有自己的表示方法。应用比较广泛的焊材主要是焊条和实芯焊丝。焊条有其优势，但效率低限制了其发展空间。相对而言，实芯焊丝的发展空间比较大，目前应用广泛的埋弧焊方法就是实芯焊丝配合相应的焊剂使用，一些机器人焊接所使用的也是实芯焊丝配合相应的气体保护。而CO2药芯焊丝由于其酸性特性，并且考虑其药粉可能的不均匀性，容易受潮的性质，在压力容器行业并不建议使用，在其他行业中的应用则比较广泛。