锅炉制造行业膜式水冷壁自动焊接专用设备 北京华巍中兴电气有限

锅炉制造行业膜式水冷壁自动焊接专用设备
北京华巍中兴电气有限公司魏征副总经理
北京华巍中兴电气有限公司魏伦总工程师
（此文刊登在金属加工杂志2009年5月北京埃森焊接展会专刊上）
1.前言
随着我国发电设备的快速发展及市场巨大需求，对电站锅炉的制造工艺和焊接质量也提出了较高的要求。

膜式水冷壁管屏结构是电站工业锅炉的重要关键部件，以30万千瓦电站锅炉为例，其膜式水冷壁管屏面积为4000m2,累计焊缝27万米，焊接工作量相当大。

尤其是更有发展前途的环保型硫化床锅炉，其中膜式水冷壁结构更为重要，焊接质量要求更高。

钢管与扁钢焊接而成的成排膜式水冷壁以其气密性好、减少漏风、散热效果好、易于组合安装等优点而广泛应用于国内外电站锅炉的水冷壁结构形式中。

其焊接质量及焊接制造尺寸偏差必须符合行业标准JB/T5255-91的各项规定要求，焊接制造工艺的选择成为至关重要的环节。

锅炉制造行业模式水冷壁的焊接目前主要采用埋弧自动焊和MAG气体保护焊两种工艺方法。

埋弧自动焊以其熔深大，焊接质量好，无弧光辐射等优点得到广泛应用，但由于存在焊接无法正反面一次焊成型而导致的产品焊接变形大等缺点，目前已被MAG脉冲气体保护焊工艺所取代。

由于MAG脉冲气体保护焊工艺能实现膜式水冷壁产品正反面一次同时焊接成型，可使管屏变形小、焊缝成型饱满、焊接效率高等优点而得到越来越广泛的应用。

而电站锅炉的制造必须采用专用焊接设备才能实现自动化焊接生产，本文介绍的膜式水冷壁自动化焊接专用设备对于提高电站锅炉的制造能力是必须的。

2.焊接专用机主要技术参数
工件最大宽度：1600mm，2400mm，3200mm
工件最大长度：12m
焊枪极数：8，12，20
压辊抬高高度：150-220mm
焊枪横向调节范围：1000-1250mm
适焊管子规格：ф32-76mm
适焊扁钢规格：宽度15-100mm 厚度4-9mm 公差±0.1
3.焊接参数工艺及调节
3.1参数范围
上工位焊枪平均电流电压：200-250A，25-27V
下工位焊枪平均电流电压：180-230A，25-27V
焊接速度：500-1000mm/min
焊丝干伸长：15-20±2mm
气体流量：15-20L/min
混合气体比例：80-90%Ar+20-10%CO2
焊枪前倾角a：0-20度
焊枪横向倾角b：25-40度
3.2焊接电流、电压及焊速
为了大幅提高生产效率，应选用较大焊接电流、电压和焊速进行焊接，在选择不同的焊
接速度前提下，可优选焊接电流及电压规范，并可通过调节脉冲参数以获得最佳的电弧形态，可提高电弧挺度，减小飞溅或在极低飞溅情况下实现稳定的焊接过程。

通过优化调节焊接规范可明显改善焊缝熔深及焊缝表面成形，通过综合调节各把焊枪的姿态可使每条焊缝的热输入量均匀，可达到减少产品变形的目的。

3.3焊丝干伸长L的调节
在焊接电流不变的情况下，L过长易发生焊丝加热后变形使得电弧的对中性不好，容易出现焊道偏离焊缝中心的情况。

L过长还易产生电弧的挺度不好，将直接影响焊缝外观成形。

L过长还会出现焊枪喷嘴与工件距离的增大，使气体保护焊效果变差，将直接影响焊接质量。

L过小会缩短喷嘴与工件的距离，焊接飞溅容易堵塞喷嘴，频繁清理喷嘴会严重影响生产效率，另外使产品焊缝的接头增加，也是不可取的。

推荐焊丝干伸长取15-20mm较好。

3.4焊枪前倾角a
随着a角增加，焊接飞溅可降低，熔宽增加，焊缝余高降低，焊缝边缘融合性能大为改善，有利于消除咬边现象。

3.5焊枪横向倾角b
b角过大，同组焊枪会发生电弧干扰，飞溅增加，因此b角应偏小为宜。

3.6混合气体比例
随着氩气含量增加，熔滴过度频率增大，并在80%氩气含量附近达到较大值，而且气体比例对飞溅也有很大影响。

氩气含量增加，飞溅率下降。

推荐选择80-90%Ar+20-10%CO2为宜。

4.焊接电源选择
例如一台12极的膜式水冷壁焊接专用机，其中有6把焊枪位于工件上方平焊位置，还有6把焊枪位于工件下方仰焊位置，12台焊机同时进行焊接。

由于每把焊枪之间的距离很近，在大电流焊接情况下，每把焊枪之间的电磁干扰和电弧干扰较为严重。

特别是位于仰焊位置的6把焊枪，由于干扰会引起熔池金属向下滴落到焊枪喷嘴中，使得工件的负极和焊枪喷嘴中焊丝的正极造成短路，使生产过程无法进行下去。

这样一套多极（多把焊枪），高效全自动连接焊接生产线是否能长期稳定运行，关键的技术就是高品质IGBT逆变式脉冲MIG/MAG气体保护焊机。

而北京华巍中兴电气有限公司推出的NBM-500全数字和通用型IGBT 逆变式脉冲MIG/MAG气体保护焊机已成功用于锅炉膜式壁自动焊接专机中，已在国内许多工厂中使用，该焊机具有以下特点：
●采用全数字控制，从小到大电流都能获得持续稳定的焊接品质。

●采用操作方便的轻触式面板，符合用户的使用习惯。

●数字显示焊接电流/电压，焊前可预置电流/电压参数。

●采用国际上新的输出功率控制方法，使焊机具有超群的焊接稳定性，尤其适用于仰焊位
置。

●可选择单脉冲或双脉冲焊接，使焊缝成型更美观。

●焊机富有4种功能：脉冲MIG/MAG焊；MIG/MAG焊；CO2焊；直流手工焊。

●具有一元化/分别调节转换功能。

●卓越的瞬时起弧控制，使起弧平稳顺利。

●收弧填弧坑控制，当焊接终了时，可使焊缝收弧点饱满。

●适应机器人焊接和自动化焊接过程。

5.专机控制系统
整套焊接专机的自动化控制都是由可编程序控制器PLC来完成的。

控制系统具有检测判
断功能，在焊接之前，PLC在程序控制下，通过接口电路对气缸的气压是否正常、各个压辊是否准确压到位、8-20台焊机是否正常工作等进行检测，当每个系统的传感器信号都正常后，才可自动进行焊接过程。

焊接过程中出现各种异常情况，PLC系统可识别，自动关机，并给出报警。

锅炉膜式壁焊接生产过程既需要8-20台焊接电源分平焊、仰焊同时全自动焊接，也需要任何一把焊枪单独进行焊接修补工作，所以分为全自动焊接与单台或几台分别焊接操作过程。

当选择自动焊接模式时，控制系统需要识别8-20把焊枪在焊接开始时，当所有焊枪都顺利引弧按正常规范焊接后，才可以按规定控制程序继续焊接。

当引弧时或焊接过程中任何一把焊枪不能正常工作，达不到规定焊接规范时，控制系统将自动停机，防止焊出废品给工厂造成损失。

这一自动控制功能是由PLC作为主控核心，由焊机中的霍尔电流传感器分别实时测量每台焊机工作电流是否达到标准，然后由PLC在线检测每台焊机的工作状态，以实现按规定程序进行自动化焊接过程，在焊接生产过程中，当任何一台焊机出现故障，PLC主控中心都可自动关机，并在操作面版上给出故障指示，以提示操作人员可以快速排除故障。

专机控制面板上可在线调节每台焊接电源的焊接电流、电压参数并可实时显示焊接电流、电压参数。

控制面板上还具有每把焊枪的点动送丝功能，使自动焊机的手动调节功能也很方便。

焊接速度可以实现无级调节，是采用交流变频调速器控制专用电机，经过减速系统、链传动机构、齿轮箱、万向节，实现十几套压辊的同步驱动，以保证12m长，1.6-3.2m宽的多根钢管与扁钢同步匀速运动，以实现连成一排的管屏焊接生产过程。

6.机械系统
机械部分包括机架，管屏压辊系统，扁钢定位压辊系统，扁钢压块系统，门型压辊系统，上下焊枪调整系统，单侧压辊系统，气动控制系统及驱动系统等。

6.1 机架：立柱采用H型钢拼焊成箱式结构，专机上方为平台结构，主要放置8-20台焊接电源、送丝机、控制柜、高效空气净化器等。

机架与平台结构具有足够的刚度和稳定性。

6.2 压辊系统：分为单侧压辊装置和双侧压辊装置，通过气动控制系统对气缸的上升及下压进行控制，完成十几个压辊夹紧工件并定位动作。

工件的传送是通过电机经过齿轮减速系统驱动上下压辊完成工件送进功能。

此系统采用多点压紧，焊管由槽轮精确定位，调整槽轮间距的大小，可控制焊管节距，以实现不同宽度的扁钢产品。

6.3 焊枪调整系统：上下焊枪架调整采用机床专用直线轴承导轨，并带有防尘罩，以防灰尘及焊接飞溅。

上下焊枪的定位是由气缸驱动。

上下焊枪架中的每把焊枪都可作水平、垂直方向的姿态手动微调整，以保证每把焊枪的精确定位。

6.4 气路系统：采用了多种气动元件、气缸、控制阀、同步阀、单向阀等。

7. 膜式水冷壁焊接生产线的辅助设备
高效优质的焊接生产线组成还需配备一些辅助设备才可完成规模化生产过程，这些设备是由以下设备构成。

7.1 扁钢开卷精整机
7.2 扁钢定尺切断机
7.3 管子抛光除锈机
7.4 管子扁钢组焊机
7.5 管屏焊主机前后滚道
7.6 管屏成排弯曲机
本文介绍的锅炉膜式水冷壁自动焊接专用设备已成功应用于国内许多工厂，专机中使用的NBM-500型全数字和通用型IGBT逆变式脉冲MIG/MAG气体保护焊机焊接性能优良，焊接
成型美观，焊接飞溅可明显减少。

焊机的设计具有高可靠性、高稳定性、高焊接性能，可以实现每天两班十几小时的连续焊接生产，是自动化焊接生产的首选产品。