大容量電站鍋爐鍋筒結構如（圖1）所示，其最大壁厚已超過200mm。高壓加氫反應器和核能容器的壁厚已接近300mm。不言而喻，焊接工作量相當大，必須采用各種高效焊接方法，按傳統的制造工藝，縱縫采用三絲電渣焊一直應用至今，是目前焊接效率最高的熔焊方法。對于600MW亞臨界超高壓鍋爐鍋筒，由于壁厚不等，不能采用電渣焊而改用埋弧焊。某些國外鍋爐制造廠大多采用多絲埋弧焊。在我國，如哈爾濱鍋爐廠則采用窄間隙埋弧焊，可以達到更高的焊接效率。
鍋筒環縫傳統的焊接方法是標準寬坡口單絲埋弧焊或雙絲埋弧焊，盡管埋弧焊已屬于高效焊接工藝方法，但因環縫數量較多，焊接周期較長，往往成為鍋筒或高壓容器焊接生產的瓶頸。為此，在上世紀80年代初開展了一系列的試驗研究，并開發成功厚壁接頭窄間隙埋弧焊新工藝，即在（圖2）所示的窄間隙內連續多層多道完成厚壁接頭的焊接。1984年，哈爾濱鍋爐廠率先從瑞典ESAB公司引進一套EHD 窄間隙埋弧焊系統，包括4×4立柱橫梁操作機、100T自動防竄滾輪架、自動跟蹤窄間隙埋弧焊機頭和LAF-1000 埋弧焊電源及自動控制系統，其外形示于（圖3）。窄間隙埋弧焊與傳統的寬坡口埋弧焊相比具有下列突出的優點：1）窄間隙埋弧焊的坡口截面積與常規寬坡口截面積相比，按接頭的寬度約可減少30%~60%。填充焊絲和焊劑的消耗量相應減少35%以上。當接頭壁厚大于50mm時，焊接效率可提高1.5~3倍。接頭壁厚愈大，效率提高的倍數愈多。2）焊縫截面和焊道層次的減少使接頭的焊接殘余應力明顯下降。同時也降低了厚壁焊縫中積累的氫含量，從而提高了低合金鋼焊縫金屬的抗冷裂能力。這樣，可簡化焊接工藝，適當降低預熱溫度和焊后熱處理溫度或縮短熱處理保溫時間，對于某些類型的低合金鋼厚壁焊縫，甚至可取消氫處理或中間熱處理。3）在不降低焊接總效率的前提下, 可實現低熱輸入焊接工藝，并通過對焊道成形和尺寸的控制，可充分利用焊道的重復熱作用，減少或消除部分焊縫和熱影響區的粗晶組織，從而明顯地提高焊接接頭各區的沖擊韌度和抗斷裂能力。4）在兩側壁幾乎平行的坡口內焊接時，母材對焊縫金屬的稀釋大為減少，并可基本保持恒值，這就提高了各道焊縫金屬成分的均一性，并可利用焊絲-焊劑間的冶金反應獲得高質量、高純度的焊縫金屬，由此可采用合金成分較低的焊絲完成力學性能合符要求的厚壁接頭，進一步提高了它的經濟性。多年的實際生產應用經驗表明，厚壁焊縫窄間隙埋弧焊接法不失為一種高效、優質、低耗的先進焊接工藝方法，并在各大鍋爐和壓力容器制造廠得到推廣應用。目前，在國內已得到穩定成功使用的窄間隙埋弧焊系統有20多套，并取得了可觀的經濟效益。為在厚壁鍋筒和壓力容器縱環縫成功地應用窄間隙埋弧焊，必須攻克以下技術難關。首先，必須研制出在窄縫內焊接時脫渣性良好的特種焊劑。經過大量的試驗確認，國產SJ101、SJ102燒結型焊劑，無論從冶金特性, 還是脫渣性均能滿足厚壁窄間隙埋弧焊的要求，這為全面推廣這種先進工藝方法創造了有利的條件。第二，為在窄間隙內焊制無缺陷的高質量焊縫, 在多道連續焊接過程中，焊絲至坡口側壁的間距和焊絲伸出長度必須嚴格保持一致。因此，焊接機頭必須配備高精度的二維跟蹤系統和焊嘴自動偏轉機構，如圖4所示。在筒體環縫焊接時，還應配備自動防偏移滾輪架，使工件在長時連續旋轉過程中不產生軸向位移，保證焊嘴始終處于坡口中心位置。第三，必須提高坡口加工和接縫組裝精度，保證接縫幾何尺寸的一致性。過大的間隙偏差可能使焊絲-側壁間距超出容許范圍而導致焊接缺陷的形成。符合上述要求的窄間隙埋弧焊機頭除了瑞典ESAB公司已定型生產外，國內哈爾濱焊接研究所也開發成功，并已投放市場多年，對推廣窄間隙埋弧焊起到了積極的推動作用。為進一步提高厚壁接頭窄間隙埋弧焊的效率，最近已研制成功雙絲串列電弧窄間隙埋弧焊裝置。圖5示出了ESAB公司近期開發的全自動雙絲窄間隙埋弧焊機頭外形。3 大直徑厚壁接管的焊接技術
在厚壁鍋筒和高壓容器的筒身和封頭上，基于介質工作流程的需要，通常需焊接大量直徑不同的接管，其中系大直徑厚壁接管（d≥450mm）的焊接工作量最大。為了保證接管焊縫的強度，要求采用圖6所示的全焊透接頭。這種接管焊縫不僅填充金屬量大, 而且焊縫軌跡呈馬鞍形，焊接操作難度較大，不易實現焊接過程的自動化, 最原始的焊接工藝方法是采用焊條電弧焊或藥芯焊絲電弧焊，焊接效率低, 且焊工的勞動條件差。因此，許多焊接工作者都在致力于探索切實可行的解決辦法?？偨Y以往幾十年的經驗，在實際生產中已得到成功應用的解決方案有以下幾種：3.1 大直徑接管機械靠模埋弧焊專機這種專機的結構如圖7所示，其特點是心軸撐緊于接管內孔，并與之同心，焊接機頭和懸臂固定在心軸套筒上，由電機驅動作360°旋轉。機械靠模使焊槍準確地沿坡口的馬鞍形曲線移動，集電環裝置可避免焊接電纜在焊機連續旋轉時產生纏繞。這種接管焊機的缺點是焊接過程中，焊機操作工仍需隨時監視焊槍的位置，并作適當的調整。3.2通用自動焊接中心解決方案如采用單節筒身上焊接接管的制造工藝方案，則可利用由立柱橫梁操作機與焊接變位機組合使用的自動焊接中心焊接大直徑接管，如圖8所示。在這種情況下，裝有二維跟蹤系統的焊接機頭可使焊槍跟蹤接縫的馬鞍形軌跡運動，變位機則使接管繞其中心軸線旋轉，并將預設的程序作適度的傾斜，以使焊接熔池始終處于平焊位置，容許采用較高的熱輸入焊接，達到較高的焊接效率。焊接大直徑馬鞍形接管時，焊槍的運動軌跡是復雜多變的，它要求操作機和變位機共6軸的協調動作（如圖9所示）。整個焊接過程由PLC程序控制。
3.3 自適應控制全自動接管焊接系統按鍋筒和壓力容器傳統的制造工藝流程。大直徑接管總是在筒體總裝后再組焊，因此上述解決方案有很大的局限性，而必須采用直接安裝在接管上的自動焊接系統。圖10示出意大利Amsaldo公司于上世紀80年代后期推出的自適應控制全自動接管焊接系統外貌。其由垂直移動軸（Y）、徑向運動軸（Z）、旋轉軸和探頭橫向移動軸（W）組成，也可與變位機和滾輪架組合使用，使焊接熔池始終處于平焊位置，如圖11所示。這種自動焊接系統的最大特點是，焊前只需預設接縫寬度，控制系統即自行編程，確定焊道數、焊接順序和焊接速度。焊接過程中，探頭實測接縫的寬度并與預設值比較，修正每層的焊道數和焊接參數，保證焊道的最佳成形和與坡口側壁的良好熔合。這種接管焊接系統適用于接管直徑范圍為φ355~1355mm，接縫馬鞍形斜率r/R≤1/2。Z軸和Y軸的定位精度為0.2mm。適用范圍較廣，可以滿足極大多數常用規格接管的焊接要求，并實現焊接過程的全自動化，從根本上解決了大直徑接管焊接自動化的難題。但必須指出，推廣應用這種自適應控制全自動接管焊接系統的必要前提是筒身上的接管開孔坡口應采用機械加工方法（如鏜孔）進行加工，以使接縫寬度和坡口面的尺寸偏差在機械化焊接容許的范圍之內。1987年，哈爾濱鍋爐廠曾向意大利Amsaldo公司訂購了兩套這類接管焊接系統，為該廠實現大直徑接管焊接自動化奠定了基礎。目前，國內已有多家焊接自動化設備專業生產公司可自行設計和制造大直徑馬鞍形接管自動焊專機，并在鍋爐壓力容器生產中得到了實際的應用，但某些機型的結構簡單，焊接過程中操作工仍需不斷監視和調整，有待進一步提高焊接自動化的程度。4 鍋爐集箱縱環縫的焊接技術鍋爐集箱是電站鍋爐重要的高溫高壓部件之一，其典型結構如圖12所示。對于200MW及以下的電站鍋爐，集箱筒體多半采用大直徑厚壁無縫鋼管。而對于300MW及以上的大容量電站鍋爐，由于集箱筒體直徑大幅度增加，直徑大于600mm集箱筒體則采用鋼板壓制成形并以1條或2條縱縫組焊而成。集箱筒體縱縫通常采用單絲、多絲或窄間隙埋弧焊等高效焊接方法, 焊接工藝及設備與鍋筒縱縫焊接基本相同。
集箱筒體間以及與封頭或端蓋之間的環縫，因數量較多焊接工作量相當大。由于集箱筒體的內徑大多在600 mm以下，且端蓋的深度較淺，從筒體內部焊接十分困難。按傳統的制造工藝規程，通常采用圖13A所示鎖口接頭, 可從外部先以焊條電弧焊打底2~3層，再采用埋弧焊填充蓋面。但這種接頭形式的致命弱點是在鎖口部位容易產生間隙腐蝕，且由于應力集中而導致集箱運行壽命的縮短。為確保電站鍋爐的運行安全，將集箱環縫對接坡口改成圖13B所示單面全焊透的形式，并以鎢極氬弧焊封底，形成單面焊雙面成形的焊道，再用焊條電弧焊加厚，最后用埋弧焊填充蓋面。這種焊接工藝雖然確保了接頭的質量，但焊接效率有所下降，勢必要尋求一種效率較高的焊接工藝方法。經過詳細的對比分析和大量的試驗研究可以認定，對于壁厚80mm以下集箱對接環縫，采用坡口寬度僅12mm 的窄間隙熔化極脈沖電弧氣體保護焊, 可以在提高焊接效率的同時，取得較高的經濟效益。這種焊接工藝方法的工作原理示于圖14。與窄間隙埋弧焊相比，可以節省更多的焊接材料，焊接效率提高1~2倍，接頭的力學性能進一步改善。1974~1978年，哈爾濱鍋爐廠曾成功地將窄間隙熔化極脈沖電弧氣體保護焊用于碳鋼和低合金耐熱鋼集箱環縫的焊接，取得了令人滿意的效果。5 鍋爐集箱密排接管的焊接技術集箱筒體上焊有密排接管是其固有的特點，一臺200MW電站鍋爐集箱上接管的總數接近1萬個，焊接任務量極其繁重。由于這些接管大多數是密排布置，接管的間距較小，焊接自動化的難度較大。長期以來，大多采用焊條電弧焊，但效率低下，且焊接質量不易保證。近期，許多鍋爐制造廠改用實芯焊絲或藥芯焊絲氣體保護半自動焊，效率可提高0.5~1倍，焊材節約20%~30%，但仍擺脫不了手工操作，因氣體保護焊焊槍重量大于焊條電弧焊焊鉗，焊工的勞動強度反而增加，因此，推廣這種半自動焊的阻力較大，且必須探索更先進和實用的解決辦法。從近期的發展趨勢來看，焊接機械手和焊接機器人是實現集箱密集接管焊接機械化和自動化的有效途徑。5.1集箱接管焊接機械手。圖15示出意大利Amsaldo公司研制成功的計算機控制的集箱接管焊接機械手系統全貌。焊接機械手的結構示于圖16，可以連續自動焊接局部焊透和全焊透管接頭形式，如圖17所示。該機械手由旋轉軸Φ、垂直運動軸Z和橫向移動軸X組成，均由伺服電機驅動。通過氣動脹緊機構將機械手在接管上定位和對中。焊接過程中，借助電弧參數的控制使焊槍自動跟蹤接縫。PC機可對焊接參數A/V、送絲速度、擺動幅度和兩側停留時間進行程序控制。計算機軟件可使焊槍完成d1/d2≤1/3的馬鞍形曲線運動，并可實現最多達15層焊道的連續焊接而無需操作工干預。機械手包括RST1和RST2 兩種型號，可焊的接管直徑相應為28 ~100mm和80~400mm。管接頭間距取決于接頭形式，全焊透為45mm，局部焊透為35mm。焊接方法為實芯焊絲脈沖電弧混合氣體保護焊。如改用自保護藥芯焊絲電弧焊，則管接頭間距可減小至25mm。圖18示出采用這種焊接機械手焊接的管接頭焊縫橫剖面，表明焊縫質量良好。5.2 集箱接管焊接機器人工作站。集箱密排接管采用焊接機器人自動焊接理應是最佳的解決方案，不少鍋爐制造廠，如“武鍋”、“上鍋”和“哈鍋”曾從國外引進了集箱接管焊接機器人，但使用效果不甚理想。這主要歸因于早期的焊接機器人功能達不到集箱密排接管焊接的技術要求。最主要的是必須掌握以下兩項關鍵技術，即焊槍在待焊接管起弧點的自動檢測和精確定位及焊槍在焊接過程中自動跟蹤接縫的軌跡；其次應當選定適于機器人焊接，并能確保焊縫質量的焊接工藝方法。圖19示出近期研制成功的集箱接管焊接機器人工作站全貌。其由倒置安裝的6軸機器人、懸臂橫梁、軌道行走平車、翻轉機、焊接電源和送絲機及中央控制器等組成，配備焊縫檢測定位和接縫軌跡跟蹤系統，確保焊槍在待焊接縫起始點準確定位，通過對電弧參數的控制自動跟蹤接縫的軌跡。中央控制器可按預編程序協調控制工作站的所有模塊。計算機軟件則對機器人工作站各運動軸的動作進行程序控制和管理，并使其具有人機對話和故障診斷功能。該機器人工作站在20000 mm行程內重復定位精度為0.2mm，機器人各軸的重復定位精度為0.1mm；適用的接管外徑為25~150mm，接管最大高度為1000mm，接管壁厚為3~15mm；最小軸向和周向管間距為50mm；焊接工藝方法為優化脈沖MIG/MAG焊；如改用自保護藥芯焊絲電弧焊可將管間距減小至35mm。按上述技術特性數據, 這種機器人工作站可以滿足大多數集箱接管焊接的技術要求。6 鍋爐受熱面部件的焊接技術鍋爐受熱面部件包括省煤器、過熱器和再熱器，其典型結構形式示于圖20。這些部件的制造工藝大致相同, 即先將直管采用各種焊接方法接長到規定的長度，然后在系統彎管機上彎成蛇形管，最后組裝成管屏，由于上述受熱面部件焊接和彎管的工作量極大，大多數鍋爐制造廠都采用如圖20 所示的蛇形管焊接生產線進行制造。對于某些特殊彎管部件，必須采用先彎后焊的制造工藝。在這種情況下，可以采用全位置手工氬弧焊和自動氬弧焊完成管件的對接。目前在直管接長中應用的焊接工藝方法主要有：摩擦焊、閃光電阻對焊、中頻感應加熱壓力焊、自動TIG 焊、等離子弧焊、自動MIG/MAG焊和熱絲TIG焊等。前三種壓力焊方法主要用于中、高壓電站鍋爐蛇形管部件的生產，對于超高壓和超臨界大型電站鍋爐，相應的制造規程要求對受熱面部件管子對接接頭作100%X射線檢測, 因此必須采用上列各種熔焊方法。焊管機的結構基本上采取管子旋轉機頭固定不動的形式，如圖21所示。鍋爐受熱面部件都是采用直徑φ60mm以下的小直徑管制成，管子的壁厚按工作壓力和鋼種，在2.5~13mm范圍內變動。管壁5mm以下的為薄壁管, 管壁6mm以上則為厚壁管。各種熔焊方法的適用范圍基本上可按管壁厚度加以劃分。6.1 自動TIG焊。TIG焊按填絲方式分自熔TIG焊和填絲TIG焊；按所用的焊接電流種類可分直流TIG焊和直流脈沖TIG焊，其共同特點是在低電流下電弧十分穩定，焊縫成形美觀，容易實現單面焊雙面成形封底焊道，特別適用于小直徑薄壁管的焊接。小直徑薄壁管對接焊的主要問題是熔池的熱量不易散失，冷卻速度慢, 容易造成過熱而導致出現焊瘤，甚至焊穿。因此必須采取相應的工藝措施, 加快冷卻速度，防止過熱。當管子壁厚大于3mm連續多層焊時，應按圖22 所示在管子的下半圓加設水冷銅塊。另一方面設計合理的坡口形式和尺寸, 盡量減少焊縫的層數和熔敷金屬量。在生產中實際使用的坡口形式和尺寸如圖23所示。對于壁厚小于3mm的小直徑管對接接頭，自動TIG焊時不必加水冷銅塊，但為保證焊縫成形良好，弧坑部位不致下塌，采用了直流低頻脈沖TIG 焊，焊接質量十分穩定。自動TIG焊的另一個重要優點是可以用于碳鋼、低合金鋼、鉻鉬耐熱鋼和高鉻鎳奧氏體耐熱鋼等任何鍋爐用鋼，焊縫合格率通常在98%以上。在我國各鍋爐制造廠的鍋爐受熱面部件生產中，自動TIG焊已成為普遍采用的焊接工藝方法。自動TIG焊的缺點是焊接效率較低，不適宜用于壁厚5mm以上的小直徑厚壁管。6.2 自動等離子弧焊。等離子弧焊與傳統的TIG焊相比，電弧溫度高且能量集中，等離子弧的穿透能力強，并具有鎖孔效應，即焊接熔池被等離子弧穿透形成小孔后，隨著焊槍的前移，小孔很快被熔池金屬填滿，而形成雙面成形的焊道。這歸因于等離子弧焊焊縫酒杯狀獨特的形狀，如圖24所示。利用等離子弧焊這一特點焊接小直徑管可以比TIG焊成倍提高焊接效率, 并可焊制出質量優良、成形美觀的焊縫，見圖25。小直徑管對接縫等離子弧焊時，因電弧能量比較集中，不像TIG焊那樣容易產生過熱，但在環縫接頭收口部位，如不采取適當工藝措施，仍可能產生熔池下陷，甚至形成焊瘤，因此在收弧階段應按預設的程序衰減離子氣流和焊接電源。哈爾濱鍋爐廠曾將這種先進的焊接工藝成功地用于φ42mm×5mm，12- Cr1MoV和φ42mm×3.5mm，12Cr1Mo-WVTiB低合金鋼管蛇形管部件的批量生產，取得了令人滿意的效果。上海鍋爐廠亦曾將等離子弧焊工藝用于彎管部件對接接頭的全位置焊, 為保證在立焊和仰焊位置焊縫的良好成形，采用了直流低頻脈沖焊接電源, 并對焊接工藝參數分段進行程序控制，焊接效率比全位置自動TIG焊高1~2倍。6.3 自動熱絲TIG焊。為克服TIG焊效率較低的弱點，早在上世紀80年代就開發成功熱絲TIG焊工藝方法，即將填充焊絲在進入焊接熔池之前，采用獨立的電源加熱到紅熱狀態（見圖26）, 大大加快了焊絲的熔化速度，其熔敷率相當于相同焊絲直徑在相同焊接電流下MIG焊的熔敷率。因此，這種焊接工藝方法既有TIG焊的特點，又具有MIG焊的高效率，十分適用于小直徑厚壁管的對接焊。1987年，“哈鍋”和“東鍋”從加拿大C.E公司引進了直管對接自動TIG 焊設備共3臺，并于次年投入膜式水冷壁直管接長焊接生產，在提高焊接效率的同時，焊接質量十分穩定。最近，“上鍋”和“哈鍋”又相繼從法國Polysouole公司引進技術更先進、自動化程度更高的直管接長自動熱絲TIG焊設備。圖27示出這種設備的外形。其由焊接機床本體、左右雙夾緊機構、旋轉驅動系統、焊接機頭、600PC型晶體管逆變焊接電源和計算機程控系統組成。焊接機頭裝有3套送絲機構，可快速切換所需焊絲種類，節省更換焊絲的輔助時間，見圖27。焊接機頭還裝有焊槍擺動機構和AVC自動控制器，適用于厚壁管對接接頭連續多層焊，焊接程序可利用筆記本電腦和專用的軟件進行編程，使用方便，焊工經短期培訓后即可掌握，圖28示出這種自動熱絲TIG焊管設備的全貌。該自動熱絲TIG焊設備適用的管徑范圍為32~76mm，管壁厚度3~13mm，直管接長總長86m。該設備在“上鍋”和“哈鍋”穩定用于直管接長焊接生產多年，積累了成熟的經驗，并證明熱絲TIG焊是厚壁管對接高效、優質的焊接方法，值得進一步推廣應用。同時也向國內專用焊接設備制造廠提出新產品開發方向。6.4 自動脈沖電弧MIG/MAG焊。電站鍋爐受熱面部件蛇形管的壁厚隨著鍋爐工作參數的提高而增大。在300MW 以上大容量亞臨界和超臨界電站鍋爐中，壁厚大于8mm的厚壁管占有相當大的比重，焊接工作量驟增，必須采用能適應小直徑管焊接工藝特點的高效焊接法。早在上世紀80年代初期，為加快大容量電站鍋爐國產化的速度，哈鍋和上鍋從美國C.E公司引進了600MW、300MW電站鍋爐設計和制造技術。該公司在鍋爐受熱面部件的小直徑厚壁管生產中主要采用了自動脈沖電弧MIG /MAG焊工藝方法。根據技術引進合同, 哈鍋和上鍋在厚壁管的生產中采用了這種先進高效的焊接方法，并從C.E 公司訂購了直管接長自動脈沖電弧MIG /MAG焊設備。經過必要的焊接工藝試驗后投入了試生產，但焊縫的合格率總是達不到工廠規定的最低合格率95%。焊接缺陷主要是根部焊道起弧點的未焊透。為查明這種未焊透形成的原因，對引弧過程的電流波形進行了檢測和分析，結果發現原引進的自動脈沖電弧MIG/MAG焊設備所配的PA -3型焊接電源在引弧過程中的電參數很不穩定。引弧瞬間焊接電流上升到額定值的時間長達0.163s，從電弧引燃到穩定燃燒，并形成射流過渡的時間長達4s。因此很容易由于電弧起始熱量不足而形成未焊透。試驗證明，PA -3型焊接電源的動態特性不能滿足小直徑厚壁管特殊的焊接要求。為解決這一技術難題，哈鍋于1987年與日本大阪變壓器公司聯合研制了直管接長MIG/MAG焊機專用的晶體管脈沖焊接電源，并將提高引弧瞬間焊接電流的上升速率作為主要考核指標。經過反復的試驗，最終將引弧電流上升速率縮短到了20ms，比原配PA-3晶閘管焊接電源快了8倍多。大量的直管對接焊試驗證明，采用改進型晶體管脈沖焊接電源可完全消除根部焊道起弧點的未焊透。批量試生產的焊縫質量檢驗結果表明，合格率達98%，符合焊接生產線對焊縫質量穩定性的要求。改進型晶體管脈沖焊接電源定名為TRA -350型，并作為大阪變壓器廠的定型產品推向市場。TRA-350型晶體管焊接電源還配置了填補弧坑的控制模塊。通過調節填補弧坑時的電弧電壓和焊接電流控制焊縫成形，穩定了小直徑管對接環縫收口的質量。除了上述焊接電源輸出特性以外, 接頭的坡口形式和尺寸、組裝質量對引弧的穩定性和起始點的質量都有一定的影響。曾試驗了圖29所示3種形式的坡口，其中第1種和第2種坡口形式, 引弧過程穩定，焊道成形良好，且容易達到全焊透；第3種坡口形式因不易保證組裝質量，根部焊道起始點焊接質量不穩定。最好將管端內孔加工修正，消除接縫錯邊。此外還應控制接縫組裝間隙不大于0.5mm。自動脈沖電弧MIG/MAG焊經過上述焊接電源和焊接工藝的改進后，已穩定地用于從碳鋼到鉻鎳奧氏體鋼各種小直徑厚壁管的接長對接，對按質、按期完成大容量電站鍋爐生產任務，作出了積極的貢獻，開創了MIG/MAG焊在高溫高壓部件上生產性應用的新局面。尤其是全數字控制MIG/MAG焊設備技術相當成熟的今天，MIG/MAG焊在該重要工程領域內必將發揮更大的作用。6.5固定管對接全位置焊。某些鍋爐受熱面部件，由于受結構形狀的限制必須采用先彎后焊的制造工藝。在燃氣-蒸汽聯合循環鍋爐中，為提高受熱面部件的熱效率，采用了鰭片管作為受熱元件。在這種情況下，必須先組裝鰭片管管系，再逐排組焊彎頭，如圖30所示。上述部件的管子對接焊時, 管件都不能自身轉動而必須采用全位置焊，在工程上統稱為固定管對接全位置焊。目前，在鍋爐受熱面部件生產中, 固定管對接接頭的全位置焊最常用的方法是手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊。由于小直徑管對接接頭的焊接操作難度較大，技術要求復雜，手工氬弧焊不僅效率低，質量也不是很穩定。培養一名勝任這項工作的焊工往往需要3年以上的培訓期，因此采用全位置自動氬弧焊，無論從技術上，還是從經濟上考慮，都是一種勢在必行的選擇。如“哈鍋”為完成第1臺600 MW大容量電站鍋爐的試制任務，曾從美國MAGNATECH公司引進了一臺400系管子對接全位置自動氬弧焊機, 主要用于質量要求高、操作難度大的過熱器鉻鎳奧氏體鋼管對接接頭的全位置焊，取得了令人滿意的效果。繼后又從瑞典ESAB公司訂購了A21 PRC 33-90型固定管全位置自動氬弧焊機, 焊接機頭的外形示于圖31，焊槍裝有橫擺機構和AVC控制器，焊接電源可精確分段程序，控制主要焊接工藝參數，可焊接的最大管壁厚度達13mm。在生產燃氣-蒸汽聯合循環鍋爐中, 哈鍋又從法國Polysoude公司一次訂購6 臺MU IV型管-管對接全位置自動氬弧焊機。這種開啟式焊管機頭結構緊湊、輕巧、操作方便，其外形示于圖32。配PS-254型晶體管逆變焊接電源，可最多分10段程序，控制各主要焊接工藝參數，典型的參數程控曲線如圖33所示。此外還可在面板屏幕上數顯實時顯示焊接電流，電弧電壓和焊炬的旋轉角度，并可儲存60個預置程序，按需調用。PS-254型焊接電源的外形和控制面板的布置示于圖34。上述這種全位置自動焊管機在“哈鍋”聯合循環鍋爐的生產中曾發揮了不可替代的作用，同時說明，對于焊接質量要求高、操作難度大的焊接工程更有必要實施焊接過程的全面自動化。7 膜式水冷壁管屏的焊接技術膜式水冷壁是大容量高效鍋爐不可缺少的重要部件，通常采用鰭片管或光管加扁鋼組焊而成，見圖35。隨著鍋爐容量的增大，膜式水冷壁管屏的外形尺寸不斷加大，最大長度可達24m。一臺600MW鍋爐膜式水冷壁管屏焊縫的總長達400km。因此，膜式水冷壁部件的焊接工作量占有相當大的比重，并要求采用高效焊接法。近年來，由于鰭片管價格持續上漲，且規格、品種滿足不了設計要求，使之光管加扁鋼組焊成為膜式水冷壁管屏必然的選擇，導致焊接工作量倍增。早期，在膜式水冷壁管屏的焊接生產中，應用最普遍的是多頭高速自動埋弧焊，最高焊接速度可達120m/h, 實際生產中焊接速度多選用70~90m/h。“哈鍋”從加拿大C.E公司引進的膜式水冷壁管屏6頭自動埋弧焊機，可同時焊接6條膜式水冷壁管屏拼接縫，具有較高的焊接效率。采用高速自動埋弧焊不僅要求裝備相應的自動化焊接設備，而且應使用性能滿足要求的高速焊劑。經過試驗驗證，國產SJ 501燒結焊劑可以滿足膜式水冷壁管屏高速埋弧焊的要求, 為膜式水冷壁大批量生產提供了物資保證。膜式水冷壁管屏自動埋弧焊的缺點是只能在平焊位置進行焊接，而膜式水冷壁管屏要求氣密性必須采用雙面焊。這樣單面焊后，需將焊件校正, 翻身后再焊第二面，從而大大延長了生產輔助時間，往往成為阻礙按期完成生產任務的瓶頸。為進一步提高效率，縮短生產周期，日本三菱率先開發成功膜式水冷壁管屏焊接新工藝——雙面脈沖電弧自動MAG焊和焊接裝備，可同時從正反兩面焊接管屏光管與扁鋼的拼接縫, 焊后焊件平直無需校正，生產效率明顯提高。其與埋弧焊相比，省略了焊劑消耗，節約了生產成本。為盡快在膜式水冷壁生產中應用這項高效新工藝，“哈鍋”和“東鍋”早在1988年便從日本三菱引進了膜式水冷壁雙面脈沖電弧自動MAG焊裝備, 并于次年投入生產使用，圖36示出這種焊接裝備的全貌。12極膜式水冷壁管屏自動MAG焊裝備結構和焊槍的布置分別示于圖37和圖38。目前，該管屏自動MAG焊裝備與相應的配套設備和輸送輥道等組合而形成圖39所示的膜式水冷壁管屏焊接生產線，不僅進一步提高了生產效率, 擴大了生產能力，而且保證了管屏焊接質量的穩定性。為規模生產鍋爐膜式水冷壁提供了先進的加工手段和工藝裝備。該膜式水冷壁管屏拼焊生產線適用的管子直徑范圍為φ25.4~76.2mm，管子壁厚3.5~9.0mm，管子最大長度25m, 扁鋼寬度12.4~110mm，扁鋼厚度5~9mm, 管屏最大寬度1500mm，可焊鋼材為碳鋼和低合金鋼。上述膜式水冷壁管屏自動MAG焊裝備的最大特點是2組焊槍分別在平焊和仰焊位置同時從管屏正反面進行焊接。為保證仰焊焊縫成形良好，必須采用脈沖電弧MAG焊工藝方法和富Ar （80% 以上）+CO2混合氣體，以使熔滴以脈沖噴射的方式過渡。即使在仰焊位置，焊接過程亦十分穩定。因此配套的焊接電源是日本大阪變壓器公司出產的晶體管脈沖MIG/MAG焊電源, 具有良好輸出特性，脈沖電流和基本電流可分別單獨調節。脈沖電流幅值、寬度和脈沖頻率按預設的焊絲牌號、直徑、焊絲伸出長度和送絲速度自動優化，確保焊接電弧處于無飛濺的最佳狀態。為全面推廣這種先進的新工藝，國內已有多家專用焊接設備生產企業能自行設計和制造膜式水冷壁管屏雙面脈沖電弧自動MAG焊裝備。迄今已有多條國產膜式水冷壁管屏拼焊生產線成功地投入生產使用。8 熱交換器管子/管板接頭焊接技術在電站鍋爐、汽輪機輔機、化工設備和核能裝置的管式熱交換器制造中，管子/管板接頭的焊接是一項重要的關鍵技術。這種接頭不僅數量多，而且質量要求高。許多大型熱交換器因長度和結構等因素，無法立式裝焊, 而必須臥式組裝，這樣管子/管板接頭需作全位置焊接，加大了操作難度。某些核能裝置的熱交換器，為確保接頭的致密性，要求管子/管板之間以全焊透的對接接頭形式連接（見圖40）。這就要求采用所謂內孔焊技術，焊接工藝更為復雜。在熱交換器的生產中，管子/管板接頭最常用的焊接方法是手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊。對于管徑大于30mm的管子/管板接頭亦可采用細絲MAG焊。對于質量要求高的管子/管板接頭基本上都采用焊槍自動旋轉的鎢極氬弧焊。這種焊接機頭的典型結構形式如圖41所示。目前，在世界上，瑞典ESAB公司、美國Arc Machines公司、德國Orlimatic公司和法國Polysoude公司已批量定型生產管子/管板接頭自動旋轉TIG焊機。我國各大鍋爐和化工容器制造廠曾分別從上述公司引進這類自動焊機20多臺套，并已成功地用于熱交換器生產。上海電站輔機廠從美國Foxweld公司引進了整套熱交換器制造工藝與設備，使該廠成為我國第1家采用坐標式自動管子/管板焊機床專業化生產熱交換器的企業。該機床具有機械對中定心、焊接過程程序控制、操作靈活方便等優點。最近，意大利Maus公司推出了MA -1800 Tuvbo型集脹管，端面加工和焊接為一體的數控加工中心（見圖42）。其焊頭自動定位，大大提高了管子/管板接頭加工和焊接自動化程度。管子/管板接頭與固定管-管對接相似，焊接過程中，焊接機頭需連續改變焊接位置，即實施全位置焊接，相配的焊接電源和控制系統應精確分段程序控制主要焊接工藝參數。對于管子/管板對接接頭，必須采用圖43所示特制的內孔焊槍。因此，管子/管板接頭自動焊機也是一種精密的焊接設備, 采用了當代最先進的機械設計和數字控制技術，以保證焊頭行走精度、焊接工藝參數的穩定性和整機運行的可靠性。9 結束語綜上所述，我國鍋爐、壓力容器焊接技術經過60年的發展歷程，目前總體上已經達到國際先進水平，某些關鍵焊接技術已居世界領先地位。我國五大電站鍋爐制造廠焊接自動化的程度已經接近或者達到80%。我國不僅攻克了1000MW大容量超臨界電站鍋爐技術難關，而且采用先進的雙絲窄間隙埋弧焊技術焊制成總重近650t 的加氫反應器，焊接質量完全符合相應國際標準的要求?？梢哉f，我國已具備制造特大型壓力容器的能力。但我們應該看到，上述鍋爐、壓力容器焊接技術的進步在很大程度上受益于技術引進，焊接自動化設備極大多數是從國外訂購的。為進一步增強我國鍋爐、壓力容器的制造能力，應十分注重知識創新和技術創新，積極開展先進焊接自動化設備的國產化工作。同時應清醒地認識到，我國鍋爐與壓力容器制造行業，與世界工業發達國家相比，無論在產能、生產效率、技術裝備的先進性還是產品的質量控制與管理，技術標準和信息化技術的應用方面都存在較大的差距，仍需堅持不懈的努力，全面推廣先進制造技術，加速企業的現代化，增強國際競爭力。