管板自动焊论文.doc

管板自动焊管头烧穿原因分析及解决方法 单位：生产（设计工艺）部 姓名： 汪 翠 红 管板自动焊管头烧穿原因分析及解决方法摘要：随着世界化工行业的不断发展、新型式换热设备的不断更新，如何生产出高质量、外观好的换热器成为摆在各家制造单位面前的一个首要难题。本文探讨了换热管与管板自动焊技术的应用，介绍了我厂管板自动焊中出现的问题,然后重点分析了出现这些问题的原因,并制定出了解决问题的思路和方法,从而很大程度上改进了焊接质量和外观。关键词：管板自动焊；焊缝美观；管头烧穿；定位器改造1 前言 在化工行业中换热器的应用十分广泛，其类型与结构较多，其中管壳式换热器是最常用的一种。我厂每年生产很多台换热器，一台换热器少则几百个管头,多则几千个管头。换热管与管板的接头焊接工作量相当大，管板接头是换热器制造质量控制的重要环节。据有关资料统计，换热器发生泄漏50%的原因都是由于管子管板焊接接头的焊接质量不过关而引起的。换热器管板与换热管焊接接头不仅数量多，致使操作者劳动强度大，而且质量要求高、操作难度大，常规的手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊对人员操作技术要求高，焊接变形大，焊缝外观质量差，易产生气孔，且水压试验一次合格率低，焊接质量得不到有效保障等缺陷已不适应大规模生产制造业发展的需求，随着现代石油化工行业的大力发展，炼厂对压力容器质量要求越来越高，特别是对管头焊接更是提出了严格的质量要求，明确管头焊接使用自动焊，因为管子管板自动焊能够大幅度提高管子与管板接头的焊接质量和工作效率。按这种趋势发展，管子管板自动焊接必然成为换热器管头焊接的主流焊接方法，为此我公司决定全面推广管板自动焊接技术。本文首先通过对我厂管子管板自动焊现状的了解，找出该造成焊接质量及外观差的问题，并分析可能产生该问题的原因；接下来分别从焊接工艺及坡口型式、管头伸出长度、自动焊机性能、焊接环境以及焊接人员等几个方面分析原因并制定解决方案。2 管板自动焊管头烧穿问题及原因分析最近我公司承接的是中国石化安庆分公司炼油催化裂解装置的两台1800的管束制造任务，单台管束的管头数量就有7952根，管板管孔内径为19.25mm，我们按照下图所示制备管板坡口。设备的各项设计参数如表（1）所示。表（1）针对管束的材质规格和设备运行的工艺性能要求等我们制定的管子管板自动焊的焊接工艺如表（2）所示母材焊接方法焊接位置填充金属焊接设备送丝速度钢号规格牌号规格10/16Mn192/121GTAW AUTO水平固定JM-560.8直流150180预熔电流预熔时间基值电流基值时间脉冲电流脉冲时间焊接电压机头旋转速度6580A12s3040A0.10.2s120140A0.10.25s1020V110160表（2）我们在焊接试样上按照上述工艺进行施焊，在焊接过程中我们发现有很多管头有烧穿现象，整个焊缝的外观也比较差，如下面图片显示：针对上述情况，我们查阅了大量的有关资料后分析影响管头烧穿的原因可能有以下几点：1、 焊接工艺、管板管孔焊接端坡口型式制定是否合理；2、 管头伸出长度不一致；3、 自动焊机的运行状态是否正常,自动焊机机头与管板的位置是否固定；4、 焊接环境是否符合要求；5、 焊接人员对焊接工艺相关要求熟悉的熟悉程度。3 工艺试验和措施3.1 焊接工艺和坡口型式首先这两台管束的管板和换热管材质规格分别为：121，16Mn级锻件和192，10无缝钢管，对于这两种规格的管子管板焊接我们有着成熟的焊接工艺评定；并且为了验证是否是管板管孔坡口型式对焊接质量造成了一定的影响，我们按下图所示分别制作了试样一（V型坡口）和试样二（U型坡口），然后分别按照各自适用的焊接工艺进行焊接试验，结果显示不同的管子管板焊接接头坡口型式并不是造成管头烧穿的原因，只要控制好不同的坡口型式能够和对应的焊接工艺配合使用。3.2 管头伸出长度在焊接时我们发现管头的伸出长度不一致：图纸上要求伸出长度为30.5mm，但是实际上有的管头伸出长度达到4.5mm，管头伸出长度不一致会直接影响焊枪的行走轨迹，从而影响焊接质量。我们分析造成管头伸出长度不一致有两个方面的原因：一是换热管在锯管时由于没有夹紧而出现的下料偏差；二是换热管在穿管回管时人工操作的不精确性造成的管头伸出长度不一致。分析了上述原因后，首先我们对锯管机进行改造，先前的锯管机只是在被切割管子前端和后端有夹紧装置，这样在锯管时就会出现因为管子中间部分没有夹紧而发生下料偏差现象，为了增加夹紧效果，这次我们不仅在中间合适位置加设夹紧装置，同时对管前端的夹紧装置进行改造，使锯管时不会出现跳管现象；针对回管时人工操作不精确我们制作了如图一所示工装，回管时将24的短接管靠在换热管的伸出部位，然后再锤击回管，从而确保了人工回管时管头伸出长度的一致性。3.3 自动焊机性能及操作过程中的稳定性接下来我们从自动焊机这一块寻找可能导致管头烧穿的原因：我们采用的是昆山华恒焊接股份有限公司生产的TP060管板自动焊TIG焊接机头和408程控焊接电源，并配备有出厂合格证书等质量证明资料文件。华恒焊接股份有限公司是国家火炬计划重点高新技术企业，拥有江苏省焊接自动化工程技术研究中心、江苏省焊接自动化高技术研究重点实验室。近年来，承担了多项工业机器人、焊接自动化装备领域国家级、省级科研项目，参加、起草和制定了相关国家标准，该公司的资质和实力是有目共睹的。另外在对设备的维护保养方面平时我们都是严格按照设备维护保养规定对焊机进行维护保养并记录，故设备这一块没有问题。焊接过程中换热管过渡熔化，造成焊缝成形不美观的另外一个原因是钨极与定位棒之间的夹角的不规则变化，当角增大后在焊接过程中钨极电弧直接对换热管壁进行加热，造成换热管部分过渡熔化塌陷并且不均匀的加热导致焊缝根部未熔合。我们在仔细观察焊机机头部分时发现原设备上配备的定位器的形状是圆筒形（如图二所示），由于焊接时定位器的一拔一插会发生金属磨损，这种形状的定位器在发生一定量的磨损后会出现和换热管内壁无法紧密配合的情况，进而焊接时使焊枪与换热管角度发生变化，无法满足工艺要求，从而会在一定程度上影响焊接质量。针对这种情况，我们又制作了圆锥形的定位器（如图三所示），圆锥形的定位器可以保证虽然有一定磨损的情况下，仍然可以和换热管紧密配合，从而保证定位器与换热管内壁的紧密配合，确保了焊接质量。最后在焊接过程中，一定要控制好自动焊焊接机头与管板的相对位置固定，也就是要保证管板与焊丝端部同心，一旦出现偏心，就有可能将薄壁管焊穿，这是坚决不能允许的，在未焊接前将钨极对准坡口根部，焊接过程中工人发现角度发生变化后及时调节，在定位棒不能有效的定位情况下及时更换。3.4 焊接环境我们这次管束的制造任务是在车间里面进行的，焊接时施焊环境的风速和相对湿度、焊件的温度等条件均符合标准规定。3.5 施焊人员最后我们分析一下由于施焊人员因素造成的管头烧穿原因。虽然施焊人员都是持证上岗，具备相应焊接资质，但是由于我们以前管头焊接都是采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊，真正具备管子管板自动焊的实际操作技能并不娴熟，加上工期催得紧，他们在操作过程中对焊接工艺的执行力不够。针对这一点，我们解决的方案是由生产技术部组织了一次详细的技术交底会，并要求车间领导和相关作业人员参加，会上把焊接工艺中的各种参数加以说明，并对重点项目进行详细的解释和严格的要求，从而使操作人员领会焊接工艺要求及控制难点，并能够从思想上树立遵守工艺要求的重要性。4 产品施焊经过采取上述一系列的改进措施，后期焊接的接头不仅管头烧穿现象有了很大的改善，而且焊缝的整个外观质量也有了很大的提高（见下面图片），并随着施焊人员的熟练程度的增加，焊接的速度也有了进一步的提升。5 结束语综合以上分析我们得出影响我厂管板自动焊管头烧穿的主要原因是：管头伸出长度不一致、管板自动焊机机头操作过程中的稳定性和焊接人员对焊接工艺相关要求的熟悉程度。采取对应措施后我们将管板自动焊技术运用得更加熟练，使管板自动焊