压力容器焊接自动化技术的现状与发展

路朋超

摘 要：压力容器焊接自动化技术涉及到了诸多领域，想要进一步的提高需要多门学科的密切合作综合利用。压力容器的制造材料在不断更新，焊接技术的自动化也需要随之进步，要充分的利用计算机技术、电子技术、自动控制技术以及信息技术实现焊接过程的高度自动化。对现有的焊接设备智能改造，提高技术人员素质，引进研发先进焊接技术，让压力容器焊接自动化技术迈入更高的层次。

关键词：压力容器；焊接自动化；前景展望

引言：

随着科学技术的日益发展，压力容器的焊接越来越趋向于自动化。我国的压力容器焊接自动化技术经过多年发展，取得了一定成就，并仍在不断进步。本文对当前我国的压力容器焊接自动化技术做出了概述，并对未来的发展提出了一些规划和展望，希望可以对此方面的研究提供一些参考。

一、压力容器以及焊接自动化技术的简介

（一）压力容器

压力容器一般泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承受压力载荷（内力、外力）的密闭容器，主要有圆柱形，也有球形或其他形状。随着化工和石油化工等工业的发展，压力容器的工作温度范围越来越宽，容量不断增大，有些还要求耐介质腐蚀。为了保证压力容器在使用过程中的安全性，根据压力容器的不同分类做出了等级划分，对于危险程度较大的压力容器提出了特殊要求。

压力容器在制造过程中要经历很多工序，其中焊接是非常重要的工序之一。对于不同的焊接工艺有不同的焊接方法，要根据材质、牌号、化学成分等具体情况来确定，之后再根据焊接方法制定相应的工艺参数。由于压力容器造成事故后危害十分严重，所以要有严格的安装检验要求，在制造、修理、安装和改造时，需要加强焊接管理，提高焊接质量并按规范要求进行热处理和探伤，同时加强材料管理，避免采用有缺陷的材料或用错钢材、焊接材料。

（二）焊接自动化技术

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接技术的自动化程度已经成为了衡量现代国家科学技术和工业发展水平的重要标志之一。焊接自动化是采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按照规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。应用于现代的自动化技术主要是依靠计算机控制技术来实现的。焊接自动化技术是焊接结构生产技术未来发展的一个重要方向。现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统。焊接自动化系统主要分为电弧焊自动化系统、电阻点焊自动化系统、微型计算机控制的焊接自动化系统和焊接机器人。

二、压力容器焊接自动化技术的现状

压力容器焊接自动化技术主要受到硬件因素和软件因素两方面的影响。硬件因素是指压力容器自动焊接的相关设备；软件因素除了技术人员的素质外还包括将计算机技术、电子技术、自动控制技术以及信息技术等和压力容器焊接领域有机结合而形成的焊接技术、人工智能技术及专家系统等。

（一）当前压力容器焊接自动化的设备

（1）现代焊接机器人

现代焊接机器人具有效率高、质量稳定等优点，在压力容器焊接领域受到高度重视。焊接机器人采用离线CAD仿真编程，用计算机进行控制，大多是柔性自动化工作站或焊接生产线。随着科技的进步，焊接机器人在我国逐步的广泛应用，成为了未来焊接设备的发展方向。

（2）逆变焊机

逆变焊机是目前国内外公认的最先进的焊机，是一种具有优良的焊接性能和电气性能的新技术和新工艺机具，可对压力容器的多位置使用不同的焊接方法进行焊接。逆变焊机在国外的应用程度较高，美国、日本已达到接近三分之一的程度。我国经过对逆变焊机的研究，目前已形成了三代产品，逆变频率最高在20～30kHz之间。由于逆变焊机的独特优势，发展前景十分良好。

（3）全位置自动焊机

我国曾经从瑞典等国家引进过全位置自动焊机，在国内一些锅炉厂进行使用。经过近年来的研究发展，我国自行研制出了多头埋弧自动焊机和多头MAG自动专用焊机，国内的许多锅炉厂已经使用上了国产的专用成套焊接设备。

（二）当前压力容器焊接自动化的技术

（1）焊接方法

对不同材质和不同厚度的压力容器进行焊接需要用到不同的焊接方法，常用的方法主要有气体保护焊、埋弧焊、堆焊和窄间隙焊：

气体保护焊电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小，操作方便，有利于焊接过程的机械化和自动化；埋弧焊有焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法；堆焊技术有效的发挥了对焊层的作用，是一种优质、高效、低稀释率的堆焊技术；窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其巨大的技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。

（2）焊接控制

焊接自动控制技术在国际范围内发展迅速，成为了现代焊接自动化的主要标志之一。已出现的一些现代高精度的自动控制系统，如最优控制系统、自适应控制系统及自学习控制系统等，在工业生产中得到了一定程度的应用。其中焊缝跟踪是焊接自动化控制系统的一个重要组成部分，对实现压力容器生产过程的焊接自动化意义深远。

三、压力容器焊接自动化技术的未来发展

我国压力容器焊自动化接技术正在逐步的广泛使用，总体技术水平相比于国际最高水平仍有一定的差距，在此方面的研究还有待深化。对压力容器焊接自动化技术未来的发展依然分为硬件和软件两方面来进行分析。

（一）软件

将人工智能技术引入到焊接设备形成了焊接设备的智能控制系统，这一领域具有代表性的焊接过程是模糊控制系统、神径网络控制系统和焊接专家系统。未来的具有智能性的模糊控制和神经网络等手段可以渗透到焊缝跟踪控制中，以增强非线性系统控制的准确性。焊接工程中专家系统的建立成为了智能化焊接设备的研究基础。以焊接机器人为核心的柔性智能焊接自动化技术在将来也会得到广泛应用，焊接专家系统的普及已是国内外公认的发展方向。

（二）硬件

大多数焊接过程都需要一种特定静态和动态性能的电源。未来的新型电源应具备高频化、智能化和网络化的特点，供能稳定，绿色环保。研制可用于自动化焊接过程新型电源是目前焊接设备的未来发展方向之一。

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。由于激光焊接设备价格昂贵，在压力容器方面应用很少。但激光焊接自动化程度高，功率大，应用范围广以及无污染的等优点仍然不可忽略，有待于进一步研究。

此外，对传统的焊接工艺设备进行智能改造，提高机械化和自动化水平，要加大焊接材料的研究力度，也亟需引进先进的科学技术，尽快与国际一流水平接轨。

总结：

压力容器在石油化工、能源工业、科研和军工领域等各个方面都有着重要的作用。压力容器的内部或者外部要承受来自气体或者液體的压力，需要较高的密封性来保证其使用安全，这样就对压力容器的焊接技术提出了高水平的需求。压力容器焊接自动化技术不仅可以提高焊接质量、减少事故发生，还可以提高人员利用率、改善劳动条件，在压力容器焊接工作中的应用有着十分重要的意义。

参考文献：

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[2]伍小龙，徐卫东.厚壁容器的双丝窄间隙埋弧焊[J].压力容器，2013，20（3）：27-31.