結(jié)合現(xiàn)今焊接自動化技術(shù)在壓力容器制作過程中的發(fā)展與應用情況,分析該技術(shù)的軟硬件因素,并且對將來該技術(shù)的發(fā)展作出分析和展望。
壓力容器是指廣泛應用于關(guān)系到國計民生的重要產(chǎn)業(yè)的特殊設備。近些年來,因為壓力容器質(zhì)量不好或焊接水平不高導致的容器爆炸事故造成了很大的損失。因此,提高壓力容器焊接自動化技術(shù)具有很重要的意義。
能夠承受內(nèi)外壓力的設備就是壓力容器,它具有多種結(jié)構(gòu)。壓力容器由不同的部件構(gòu)成,把這些部件通過焊接就形成了壓力容器。所以說,焊接過程是能夠影響容器質(zhì)量的核心過程。目前國內(nèi)外石油產(chǎn)業(yè)已經(jīng)廣泛地運用了自動焊接技術(shù),有埋弧自動焊接技術(shù)和氣電立焊技術(shù)等。自動焊接技術(shù)始于上世紀70年代,美歐等工業(yè)發(fā)達國家發(fā)明了MIG焊和藥芯焊絲自保護焊等方法。國內(nèi)發(fā)展較晚,并在一段時間內(nèi)只處于實驗研究階段,在近些年才得到廣泛的發(fā)展和運用。新的形勢下,效率更高、更加綠色的CO2氣體保護焊等方式也被提了出來。
焊接是一個很重要的技術(shù)過程,外國學者總結(jié)出很多影響焊接過程的因素,主要有軟硬件因素。硬件是指設備和自動焊接的方法,而軟件則是指人工、電子、自動化技術(shù)以及相關(guān)的管理控制系統(tǒng),以及在該領域形成的相關(guān)學科等。焊接與自動化技術(shù)相互影響、互相促進,推動焊接技術(shù)不斷向前發(fā)展。
1.硬件因素
1.1自動焊接設備
焊接過程中,不同部分的組裝需要不同的焊接方法,提高設備的自動識別程度和智能化是研究的重點內(nèi)容。我國的焊接自動化技術(shù)發(fā)展雖然較晚,但勢頭很猛,增長速度很快。
帶有波形控制的逆變式MIG焊機依托于MIG/MAG焊機技術(shù)發(fā)展而來。這作為目前技術(shù)最新進的焊機,憑借其良好的性能和多種適應環(huán)境的優(yōu)點被國內(nèi)外廣泛接受。在我國也已發(fā)展到了第三代產(chǎn)品。同時,在我國發(fā)展時期從國外引進的全位置自動焊劑和自助研制的多頭自動焊機等為我國的機械自動化和鍋爐廠等產(chǎn)業(yè)做出了巨大的貢獻。
目前,使用程序柔性焊接所制造的自動化機器人有著效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點,將是以后的一個發(fā)展熱點。綜上所述,逆變焊機、氣體保護焊、埋弧自動焊機等技術(shù)已經(jīng)逐步應用于機械制造產(chǎn)業(yè)。一些技術(shù)的發(fā)展和工藝設備的改進也會對自動化程度的提高有著十分重要的意義。
1.2自動化焊接方法
組裝焊接壓力容器,根據(jù)使用材料的不同會導致多種的焊接方法。手工電弧焊是歷史最悠久的一項傳統(tǒng)焊接工藝,然而由于技術(shù)水平的局限、難以實現(xiàn)自動化等,效率得不到提高,手工電弧焊的應用率逐漸減少。
氣體保護焊是考慮到空間利用、環(huán)境保護等因素提出一種新型焊接方法,它延續(xù)了電弧焊的優(yōu)點,除此以外還具有方便實現(xiàn)機械化和自動化的功能?;贑O2的氣體保護焊是目前應用面最廣的一種方式。除此以外,我們國家還引用了現(xiàn)金的TIG焊接技術(shù),主要適用于運輸球罐等對密封性風和抗壓能力要求高的設備中。
還有一種傳統(tǒng)方式是埋弧自動焊,然而國內(nèi)的埋弧電焊因電路簡單等缺點性能沒有太大的優(yōu)勢。除此以外,還有應用于厚壁壓力容器的堆焊技術(shù)和能解決厚板焊接的窄間隙焊接技術(shù),各有各的優(yōu)點。激光焊技術(shù)因激光的發(fā)現(xiàn)而興起,由于其高密度和普適應在厚壁焊接方面有一定的發(fā)展前景。不過目前由于設備體積大、成本高等原因還沒有得到廣泛應用。
我們國家的自動化焊接水平與焊接市場的發(fā)展雖然不及西方發(fā)達國家,但仍保持著較高速的增長態(tài)勢。
2.軟件因素
2.1焊接控制技術(shù)
由于智能化和自動化研究水平的加深,發(fā)展的計算機科學技術(shù)已逐漸應用到了焊接技術(shù)中。事實證明,帶有可編程程序控制和微處理機的壓力容器在數(shù)據(jù)監(jiān)控和參數(shù)調(diào)節(jié)等方面是可行的。控制智能化、生產(chǎn)柔韌化和集成化是衡量現(xiàn)代焊接自動化水平的重要出發(fā)點。
焊接自動化控制中最重要的一點是對焊接縫隙的實時追蹤,他對容器質(zhì)量具有很重要的意義。主要要接觸式和非接觸式兩種。接觸式分為利用探頭和利用模式追蹤兩種,前者結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn),操作簡單,抗干擾性很強。但是不能適用于一些復雜的環(huán)境中,使用模式追蹤就很好地解決了這個問題。非接觸式就是使用某些工具直接從探頭中提取相關(guān)的參數(shù)進行分析,這樣不需要結(jié)構(gòu)化的東西,比較方便和靈活,按照不同的使用介質(zhì)可分為光電式、聲波式等等。這些手段能夠有效地提高壓力容器焊接技術(shù)的自動化和智能化。
2.2人工智能技術(shù)
伴隨著技術(shù)的發(fā)展,把人工智能技術(shù)引入焊接過程成為一種趨勢。在焊接過程中采用模糊控制系統(tǒng)以實現(xiàn)自動化、使用神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)跟蹤以實現(xiàn)焊接精度的提高都是應用的典型例子,人工只能會給壓力容器焊接技術(shù)帶來質(zhì)的飛躍。
說到人工智能,不能不提的便是在焊接生產(chǎn)柔性化過程中發(fā)揮重要作用的焊接機器人專家系統(tǒng)。這項始于20世紀80年代,由美歐國家提出的系統(tǒng)在焊接技術(shù)智能化提高、商業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)線式發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用,已經(jīng)越來越被認可。中國通過近幾年的研究在這一領域也取得了可喜的成果,開發(fā)了QHWES系統(tǒng)等。
3.展望
我國的壓力容器焊接技術(shù)水平雖然經(jīng)歷高速迅猛的發(fā)展,但是由于起點晚,與先進國家在技術(shù)水平上還存在著差距。為了最大限度地完善壓力容器質(zhì)量水平,還需要在以下方面進行提高:
3.1硬件。我國目前設備老化,應用度不高,采用先進技術(shù)有效地改造老設備、提高效率和精度應成為短時間內(nèi)的發(fā)展重點。
3.2軟件。提高焊接勞動者的生產(chǎn)率和生產(chǎn)條件已成為迫在眉睫的事情。采用和發(fā)展人工智能、CCD視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)等手段能夠有效地刺激自動化與生產(chǎn)力的發(fā)展。結(jié)合多學科、多層次、寬領域的發(fā)展模式,可使我國的焊接水平達到一個新的水平。