亢乾
通用电气水电设备（中国）有限公司 天津 300300
摘要：在现阶段我国水电设备制造中，逐渐应用了各种先进技术手段，其中应用较为广泛的技术就是自动焊技术，为了对自动焊技术应用质量予以进一步保证，我们有必要对发电设备的结构特点、材料焊接性等予以考虑，并结合自动焊技术的实际发展情况，针对水电设备制造领域中对自动焊技术的应用进行分析和研究，以此期望促进自动焊技术应用水平的不断提升，从而将更为先进的焊接技术手段应用到水电设备制造工作中，对以往焊接工作中存在的技术问题予以解决，并促进生产效率的提升。
关键词：自动焊技术；水电设备制造；埋弧自动焊工艺
引言
在水电高能制造业工作中，焊接技术的应用十分重要，随着时目前工业制造行业发展逐渐趋于自动化、智能化、数字化，在现阶段焊接结构制造工业发展中，实现机械化、自动化的焊接生产已经成为了必然的发展趋势，随着对焊接机构件质量提出的质量要求逐渐提高，自动焊技术能够予以有效满足，并显著提升生产作业的效率，同时降低劳动力投入水平。
1自动焊技术发展现状
在自动焊技术中，针对传统手工焊接作业方式，采用自动控制装置、机械装置等予以替代，自动焊技术主要分为明弧和埋弧两种。自动焊技术相比于传统焊接技术具有明显的优势，具有更高的生产效率，相比于手工电弧焊技术，采用埋弧自动焊技术可以实现5到10倍的生产效率，同时还具有更高的焊接质量稳定性、控制成本、降低劳动强度、改善劳动条件等优势。在应用自动焊技术过程中，必须依靠准确的机械动作和精确的自动控制，从而对焊接作业质量予以有效保证。
经过公司持续不断的研究，在对自动焊技术的应用过程中，应用水平逐渐提升，逐渐发展成为了高水平的创新型应用，在各种水电设备大型重要部件生产制造工作中实现了自动焊技术的应用，并且仍然在其他制造工作中进行推广和普及。
在现阶段水电设备制造企业发展过程中，自动焊技术主要应用于以下几个方面，分别是碳钢、低合金钢标准回转件的自动焊、非标准回转件的自动焊以及不规则焊接结构件的自动焊，另外自动焊技术也应用到了马氏体不锈钢构件的制作中。下面就对其中几种自动焊技术的应用进行简要的介绍。
2自动焊在标准回转件中的应用
标准回转件是指，由母线绕固定轴线作回转形成其轮廓，常见的标准回转件包括发电机主轴、水轮机主轴、交流机主轴等，这类零件具有一个明显的特征，具有呈现圆柱面的外部轮廓，具有相对较小的直径以及较低的中心，同时在刚性方面具有良好表现，在滚轮架上更容易完成回转，焊缝对接坡口加工而成并且采用标准圆形环缝的焊接缝。在应用自动焊技术焊接标准回转件过程中行，主要是对自动焊机、滚轮架加以利用，从而实现分段对接和焊接轴类零件，具有较高的可靠性和稳定的焊缝质量，只要分为两种形式，一种是埋弧自动焊技术 ，另一种是埋弧自动焊技术和TIG自动焊技术相结合的方式。
在埋弧焊技术中，热源主要选用电弧，并对焊丝、母材等进行融化来实现焊接，在焊接作业过程中，焊丝端部、工件、电弧等位置，会借助一层可熔化颗粒状焊剂进行覆盖，焊接过程中没有可见的电弧、飞溅等现象。针对焊接电弧稳定性、焊缝机械性、焊缝化学性质以及焊缝质量而言，焊剂具有着重要的影响。埋弧自动焊技术还具有生产效率高、弧光辐射较小、高自动化、焊缝成型好等优势，在发现设备制造领域中得到了广泛的推广和应用。在埋弧自动焊技术中，电弧、焊道都不明显，在焊接过程中为了对焊丝伸长量、焊丝和坡口侧壁的距离予以保证，避免焊缝质量受到工件装配失误和轴向漂移等问题的影响，对于焊缝质量而言，最为关键的要素就是对焊缝跟踪的精确性予以保证。在埋弧焊技术的应用过程中，通常回采用接触式跟踪系统，同时还会采用横向跟踪传感器、高度跟踪传感器等设备。
在热丝TIG自动焊技术中，是在向焊接熔池送入填充焊丝之前，针对填充焊丝，利用独立的电源电阻进行加热。通过这种方式可以实现焊丝熔化速度、熔敷率等方面的提升，并对焊接熔池的热输入量进行调整，对母材的稀释率予以控制，同时实现更高的电弧稳定性，从而实现良好的焊缝成形效果，并且避免了焊接过程产生飞溅现象。热丝TIG自动焊技术具有多项优势，比如焊接无飞溅、焊缝成形均匀、焊缝表面没有熔渣等等，利用这些优势可以对埋弧焊打底层熔合、脱渣性不佳等问题予以解决，同时对焊接根部质量予以有效保证。在现阶段对热丝TIG自动焊技术的应用过程中，通常会采用横焊窄间隙热丝TIG焊接系统，对倾斜钨极的摆动功能加以利用，从而保证能够充分熔合窄坡两壁的母材，在焊接过程中，通常会采用单道多层、双道多层等熔敷方式。
针对埋弧自动焊技术的应用，现阶段在一些内径较大轴类零件焊接作业中较为普遍，主要包括发电机主轴、水轮机主轴等零件的焊接工作中，自从我国三峡水机主轴焊接施工以来，目前在公司中已经在大直径轴类零件焊接制造方面完成了几十例焊接作业。
针对热丝TIG自动焊技术和埋弧自动焊技术相结合的焊接技术手段的应用，主要在那些内径较小的轴类零件焊接作业中较为普遍，针对以往焊接施工人员在内孔焊接、加固、探伤、清理等作业环节中存在的困难予以了有效解决。针对具有较小内径的主轴零件，采用窄间隙埋弧焊打底方式时，在打底层脱渣性、熔合等方面效果并不理想，难以对根部质量予以保证，因此必须针对根部进行清理，另外，通常情况下会使用焊剂对窄间隙埋弧焊进行保护，这也造成了在焊接位置处具备的适应能力相对较低，主要在平焊位置予以应用。如果想要针对弧面实施焊接作业，需要保证在焊接位置与平面相差不多的情况下。首先，避免焊剂出现滑落现象，从而保证在熔池中充分发挥焊剂的保护作用，避免形成夹渣以及密集性的气孔，从而对产品质量予以保证；其次，避免熔池出现流淌现象，从而避免焊接作业出现熔合不充分的现象。针对内径较小的主轴零件焊接作业，不太适合全部采用埋弧焊技术，需要在此基础上配合热丝TIG自动焊技术实施焊接作业。
3大型非标准回转件埋弧自动焊工艺的应用
所谓非标准回转件，就是指工件具有名义上的回转轴线，但是同样具有多段曲线构成非轴类零件的轮廓。应用埋弧自动焊技术制造非标准回转件，是指对埋弧焊机、变位机进行配套使用，从而针对该类工件非机加工对接坡口、堆焊、角焊等位置的焊接作业。图1为顶盖埋弧自动焊。
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图1 顶盖埋弧自动焊
3.1焊接工艺评定
针对顶盖焊缝焊接作业，在确定使用埋弧焊技术进行作业以后，针对焊接工艺按照ASME标准进行了评定试验。借助于工艺评定试验结果，确保对焊接工艺参数进行合理制定，从而对产品质量予以保证，在焊接工艺评定中，母材采用了40毫米厚的Q345C钢板，X型对接坡口、EM-12K作为焊接材料、采用S717焊剂，同时控制在560摄氏度上下误差不超过10摄氏度（保温8小时）的热处理状态。
在完成焊接热处理施工以后，按照相关标准实施机械性能试验和超声波探伤检验，得到检测结果合格。因此，采用埋弧焊技术实施焊接作业，所实现的接头性能可以对涉及要求予以满足。表1位焊接工艺评定试验数据。
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3.2埋弧自动焊工艺
3.2.1装夹工艺
为了对焊接质量予以保障并避免焊接位置产生突变，需要对顶盖、变位机的同心度予以保证。在160吨变位机工作台位置处于水平时，吊顶盖此时处于变位机工作台工装支墩上，借助于调整铸铁把合顶块，实现对顶盖和变位机之间同心度的严格控制。
在合理调整同心度以后，可以开始固定顶盖。针对工装支墩，借助于把合燕尾槽、把合螺栓等奖其固定在160吨变位机工作台上，并针对顶盖、支墩等位置实施焊接，并通过计算强度公式，对焊缝大小予以确定，对顶盖装夹的安全性予以保证。同时，为了避免焊接作业过程中发生变形现象，需要采用变形支撑予以保护，从而对顶盖的整体刚性予以有效提升。
3.2.2预热方式
通常情况下，大型非标准回转件具有较大的尺寸，随着变位机转动，回转件也会一起转动，因此，可以采用环形天然气加热软管对焊缝实施预热，并对加热软管进行固定。在确定预热管制作的主要参数时，首先，需要将工件径向尺寸作为依据，对弧形管径向予以确定；其次，将焊接线速度、预热温度等作为依据，对弧形管的数量、弧长等予以确定。具体加热方式如图2所示。
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图2 顶盖在变位机上的预热
3.2.3跟踪面的选取及预处理
在窄间隙埋弧焊技术应用中，在针对主轴对接坡口进行焊接时，通常会选择1°到4°的U形加工坡口，焊缝的横向变化并不明显，主要是实施深入跟踪操作。在大型非标准回转件埋弧自动焊技术应用中，针对V形、K形等形式加工坡口的焊接作业中，在焊接过程中的自动跟踪工作中，必须同时采用横向和高度方向跟踪，而由于坡口并不属于加工面，具有不规则形的焊接坡口，因此也对焊缝的跟踪控制工作带来了较高的难度。
针对V形、K形非加工坡口的焊接作业，在实施横向、高度方向的自动跟踪过程中，我们需要对窄间隙埋弧焊微机控制自动跟踪系统进行分析和试验，我们发现针对非标准回转件，在应用埋弧焊技术过程中是具有一定可操作性的。在该系统中，设备采用了PLC可编程控制器，并且实现了完全自动化的焊接过程，可以同时实现对加工坡口的横向、高度方向的自动跟踪功能，在横向跟踪过程中，可以控制误差低于0.5毫米的精度，在高度方向跟踪过程中，可以控制在误差低于0.5毫米的精度，同时其具有较为理想的调节速度，可以保证不对焊缝成形造成影响的条件下降低偏差。另外，改系统还具有焊道自动分配功能，在面对坡口形状不同的情况时，可以保证实施连续性的焊接作业。
结语
随着我国工业逐渐走向智能化、数字化发展方向，在水电高能设备制造业中，焊接作为重要工作环节之一，焊接生产过程中，现阶段必然的发展趋势就是朝着机械化、自动化的方向发展，这样才能够对不断提升焊接机构件质量稳定性要求予以有效保证。因此，相关企业和技术人员需要对水电设备制造中自动焊技术的应用予以重视。
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