括超級馬氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼，鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼和超級鐵素體—奧氏體不銹鋼。這些新型不銹鋼的共同特點(diǎn)是超低碳、超低雜質(zhì)含量、合金元素的匹配更趨優(yōu)化，不僅顯著提高了其在各種腐蝕介質(zhì)下的耐蝕性，而且大大改善了焊接性和熱加工性能。在一定的厚度范圍，超級馬氏體不銹鋼焊前可不必預(yù)熱，焊后亦無需作熱處理。這對于大型儲罐和跨國海底輸油輸氣管線的建設(shè)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
目前已在壓力容器和管道制造中得到實(shí)際應(yīng)用的馬氏體不銹鋼、鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼，這些不銹鋼合金系列與常規(guī)不銹鋼之間存在較大的差異。
3 管道用鋼的新發(fā)展；管道用鋼的發(fā)展在很多方面與前述的鍋爐與壓力容器用鋼相似。實(shí)際上很多鋼種和鋼號都是相同的，其中只有輸氣管線用鋼可以認(rèn)為是獨(dú)立的分支。近10年來，輸送管線的工作應(yīng)力已從40bar提高到100bar，甚至更高。最近臺灣省建造了一座1600MW抽水蓄能電站，其壓水管道采用了X100型（屈服強(qiáng)度690Mpa）高強(qiáng)度鋼。
目前在世界范圍內(nèi)，輸送管線中采用的最高強(qiáng)度級別的鋼種為X80型，相當(dāng)于我國標(biāo)準(zhǔn)鋼號L555，其最低屈服強(qiáng)度為555Mpa。國外已計劃將X100型高強(qiáng)度鋼用于輸送管線。
鑒于管線的焊接都在野外作業(yè)，要求鋼材具有良好的焊接性，因此管線用鋼多采用低碳，低硫磷的微合金鋼，并經(jīng)熱力學(xué)處理。
鍋爐、壓力容器和管道焊接方法的新發(fā)展
鍋爐、壓力容器和管道均為全焊結(jié)構(gòu)，焊接工作量相當(dāng)大，質(zhì)量要求十分高。焊接工作者總是在不斷探索優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)的焊接方法，并取得了引人注目的進(jìn)步。以下重點(diǎn)介紹在國內(nèi)外鍋爐、壓力容器與管道制造業(yè)中已得到成功應(yīng)用的先進(jìn)高效焊接方法。
1 鍋爐膜式水冷壁管屏雙面脈沖MAG自動焊接生產(chǎn)線
為提高鍋爐熱效率，節(jié)省材料費(fèi)用，大型電站鍋爐式水冷壁管屏均采用光管＋扁鋼組焊而成。這種部件的外形尺寸與鍋爐的容量成正比。一臺600MW電站鍋爐膜式水冷壁管屏的拼接縫總長已超過萬米。因此必須采用高效的焊接方法。在上世紀(jì)90年代以前，國內(nèi)外鍋爐爐制造廠大多數(shù)采用多頭（6~8頭）埋弧自動焊。在多年的實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，這種埋弧焊方法存在一致命的缺點(diǎn)，即埋弧焊只能從單面焊接，管屏焊后不可避免會產(chǎn)生嚴(yán)重的撓曲變形。管屏長度愈長，變形愈大，必須經(jīng)費(fèi)工的校正工序。不僅提高了生產(chǎn)成本，而且延長了成產(chǎn)周期。因此必須尋求一種更合理的焊接方法。
上世紀(jì)80年代后期，日本三菱重工率先開發(fā)膜式水冷壁管屏雙面脈沖MAG自動焊新焊接方法及焊接設(shè)備，并成功地應(yīng)用于焊接生產(chǎn)。這種焊接方法在日本俗稱MPM法，其特點(diǎn)是多個MAG焊焊頭從管屏的正反兩面同時進(jìn)行焊接。焊接過程中，正反兩面焊縫的焊接變形相互抵消。管屏焊接后基本上無撓曲變形。這是一項重大的技術(shù)突破。經(jīng)濟(jì)效益顯著。數(shù)年后哈爾濱鍋爐廠最先從日本三菱公司引進(jìn)了這項先進(jìn)技術(shù)和裝備，并在鍋爐膜式壁管屏拼焊生產(chǎn)中得到成功的應(yīng)用。之后，逐步在我國各大鍋爐制造廠推廣應(yīng)用，至今已有十多條MPM焊接生產(chǎn)線正常投運(yùn)。管屏MPM焊接的主要技術(shù)關(guān)鍵是必須保證正反兩面的焊縫質(zhì)量，包括焊縫熔深，成形和外形尺寸基本相同。這就要求在仰焊位置的焊接采用特殊的焊接工藝—脈沖電弧MAG焊（富氬混合氣體）。焊接電源和送絲系統(tǒng)應(yīng)在管屏全長的焊接過程中產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖噴射過渡。因此必須配用高性能和高質(zhì)量的脈沖焊接電源和恒速送絲機(jī)。這些焊接設(shè)備的性能和質(zhì)量愈高，管屏反面焊縫的質(zhì)量愈穩(wěn)定，合格率愈高。實(shí)際上，哈鍋廠從日本三菱重工引進(jìn)的原裝機(jī)只配用了晶閘管控制的第二代脈沖MIG/MAG焊電源，送絲機(jī)也只是傳統(tǒng)的等速送絲機(jī)，管屏反面焊縫的合格率達(dá)不到100%，總有一定的返修量，為進(jìn)一步改進(jìn)膜式壁管屏MPM焊機(jī)的性能，最近國產(chǎn)的管屏MPM焊機(jī)配用了第三代微要控制逆變脈沖焊接電源和測速反饋的恒速送絲機(jī)，明顯提高了反面焊縫的合格率。
2 鍋爐受熱面管對接高效焊接法
鍋爐受熱面過熱器和再熱器部件管件接頭的數(shù)量和壁厚，隨著鍋爐容量的提高而成倍增加，600MW電站鍋爐熱器的最大壁厚已達(dá)13mm，接頭總數(shù)超過數(shù)千個。傳統(tǒng)的填充冷絲TIG焊的效率以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)展的要求，必須采用效率較高的且保接頭質(zhì)量的溶焊方法。為此，哈鍋和上鍋相繼從日本引進(jìn)了厚壁管細(xì)絲脈沖MIG自動焊管機(jī)，其效率比傳統(tǒng)的TIG焊提高3~5倍。后因經(jīng)常出現(xiàn)根部未焊透和弧坑下垂等缺陷而改用TIG焊封底MIG焊填充和蓋面工藝，改進(jìn)的焊接工藝雖然基本上解決了根部未焊透的問題，但降低了焊接效率，增加了設(shè)備的投資，同時也使操作程序復(fù)雜化。最近，上鍋，哈鍋又從國外引進(jìn)了熱絲TIG自動焊管機(jī)。熱絲TIG焊的原理是將填充絲在送入焊接熔池之前由獨(dú)立的恒壓交流電源供電。電阻加熱至650~800℃高溫，這就大大加速了焊絲的熔化速度，其熔敷率接近于相同直徑的MTG焊熔敷率。另外，TIG方法良好的封底特性確保了封底焊道的熔質(zhì)量，因此，熱絲TIG焊不失為小直徑壁厚管對接焊優(yōu)先選擇的一種焊接方法。然而不應(yīng)當(dāng)由此全面否定脈沖MIG焊在小直徑壁厚管對接中應(yīng)用的可行性。曾通過大量的試驗查明，在厚壁管MIG焊對接接頭中，根部末焊透90%以上位于超弧段，而弧坑下垂起因于連續(xù)多層焊時熔池金屬熱量積聚導(dǎo)致過熱。如將焊接電源電弧的功率作精確的控制，則完全可以消除上述缺陷的形成。但由于引進(jìn)的MIG焊自動焊管機(jī)原配的焊接電源為晶閘管脈沖電源，無法實(shí)現(xiàn)電弧功率的程序控制如改用當(dāng)代最先進(jìn)的全數(shù)字控制逆變脈沖焊接電源或波形控制脈沖焊接電源（計算機(jī)軟件控制?。?，則可容易地按焊接工藝要求，對焊接電弧的功率作精確的控制，確保接頭的焊接質(zhì)量。
我們建議對現(xiàn)有的管子對接自動焊MIG焊機(jī)組織二次開發(fā)，將原有的晶閘管焊接電源更換成全數(shù)字控制逆變脈沖焊接電源，并采用PLC和人機(jī)界面改造控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮MIG焊的高效優(yōu)勢。
3 厚壁容器縱環(huán)縫的窄間隙埋弧焊
厚壁容器對接縫的窄間隙埋弧焊是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的焊接方法。自1985年哈鍋從瑞典ESAB公司引進(jìn)第一臺窄間隙埋弧焊系統(tǒng)以來，窄間隙埋弧焊已在我國各大鍋爐、化工機(jī)械和重型機(jī)械等制造廠推廣使用，近20年的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗表明，窄間隙埋弧焊確實(shí)是厚壁容器對接焊的最佳選擇。
為進(jìn)一步提高窄間隙埋弧焊的效率，國內(nèi)外推出串列電弧雙絲窄隙埋弧焊工藝與設(shè)備，但至今未得到普遍推廣應(yīng)用。這不僅是因為增加了操作的難度，更主要的是交流電弧的焊道成形欠佳，不利于脫渣，容易引起焊縫夾渣。
最近，美國林肯（Lincoln）公司向中國市場推出交流波形參數(shù)（脈沖寬度、正半波電流值、脈沖頻率，脈沖波形斜率）可任意控制的AC/DC1000型埋弧焊電源。采用這種新一代的計算機(jī)控制埋弧焊電源，可使串列電弧雙絲埋弧焊的工藝參數(shù)達(dá)到最佳的組合。不但可以獲得窄間隙埋弧焊所要求的焊道形成，而且還可進(jìn)一步提高交流電弧焊絲的熔敷率?？梢灶A(yù)期，波形控制AC/DC埋弧焊電源的問世必將對串列電弧雙絲窄間隙埋弧焊的推廣應(yīng)用作出積級的貢獻(xiàn)。
4 大直徑厚壁管生產(chǎn)中的高效焊接法；隨著輸送管線工作參數(shù)不斷提升，大直徑厚壁管的需求量急劇增加，制造這類管材量經(jīng)濟(jì)的方法是將鋼板壓制成形，并以1條或2條縱縫組焊而成。由于厚壁管焊接工作量相當(dāng)大，為提高鋼管的產(chǎn)量，通常采用3絲，4絲或5絲串列電弧高速埋弧焊。5絲埋弧焊焊接16mm厚壁管外縱縫的最高焊接速度可達(dá)156m/h，焊接38mm厚壁管外縱縫的最高焊接速度可達(dá)100mm/h。
最近，我國某鋼鐵公司將投資數(shù)十億建設(shè)一條大直徑厚管生產(chǎn)線，其中內(nèi)外縱縫焊接機(jī)擬采用5絲串列電弧高速埋弧焊工藝。為確保達(dá)到最高焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最好配用高性能的PowerwaveAC/DC1000數(shù)字控制焊接電源。
5 風(fēng)力發(fā)電站生產(chǎn)中的高效焊接方法 ；眾所周知，我國當(dāng)前正面臨電力十分緊張的狀況，而且火力發(fā)電廠煙氣大量排放對大氣的污染也令人擔(dān)憂。因此發(fā)展綠色能源已成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。在世界范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生的清潔能源因運(yùn)而生，產(chǎn)并以相當(dāng)高的速度發(fā)展，年增長率約為20%。近來，我國也開始重視風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)，制定相應(yīng)的規(guī)劃，可望在今后5年內(nèi)將有較快的發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電站主要由基礎(chǔ)、底座、立柱、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和饋電系統(tǒng)等組成，其中底座和立柱為焊接結(jié)構(gòu)，采用不同厚度的低碳鋼或低合金鋼板卷制而成。錐形立柱總長可達(dá)100m，底部最大直徑為4.8m，壁厚40~70 m m，項部直徑約1.7 m，壁厚12~35 m。總重量約80T。每根立柱熔敷金屬的重量約700—1500Kg?？梢姾附庸ぷ髁肯喈?dāng)可觀而且必須采用高效焊接法。最近瑞典ESAB公司專為風(fēng)力發(fā)電站立柱焊接推出兩對雙絲串列電弧埋弧焊接法（Tandem-Twin）。如采用4根￠時2.5mm的焊絲，最高熔敷率可達(dá)38Kg/h，而普通的單弧雙絲焊（TwinArc）的熔敷率僅為15 Kg//h。錐體簡身縱縫采用兩對雙絲串列電弧焊，配用的焊接電源型號相應(yīng)為LAF1250和TAF1250。
立柱環(huán)縫采用焊接操作機(jī)與頭尾架翻轉(zhuǎn)機(jī)組合的專用焊接裝置，頭架轉(zhuǎn)盤由交流伺服電機(jī)驅(qū)動，可精確控制工件旋轉(zhuǎn)速度，以確保焊縫的高質(zhì)量。
鍋爐、壓力容器和管道焊接自動化的新發(fā)展
在我國鍋爐、壓力容器和管道制造行業(yè)中，各大中型企業(yè)的焊接機(jī)械化和自動化程度相對較高，像哈鍋，上鍋這樣的企業(yè)已達(dá)到80%以上。不過，在國際上對焊接機(jī)械化和自動化作了重新定義。焊接機(jī)械化是指焊接機(jī)頭的運(yùn)動和焊絲的給送由機(jī)械完成，焊接過程中焊頭相對于接縫中心位置和焊絲離焊縫表面的距離仍須由焊接操作工監(jiān)視和手工調(diào)整。焊接自動化是指焊接過程自啟動至結(jié)束全部由焊機(jī)的執(zhí)行自動完成。無需操作工作任何調(diào)整，即焊接過程中焊頭的位置的修正和各焊接參數(shù)的調(diào)整是通過焊機(jī)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。而自適應(yīng)控制系統(tǒng)通常由高靈敏傳感器，人工智能軟件、信息處理器和快速反應(yīng)的精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。按照上述標(biāo)準(zhǔn)來衡量，我國鍋爐，壓力容器和管道焊接的自動化率是相當(dāng)?shù)偷摹O大多數(shù)僅實(shí)現(xiàn)了焊接生產(chǎn)的機(jī)械化。因此，為加速本行業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)代化的進(jìn)程，增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力，應(yīng)盡快提高焊接自動化的程度。按照當(dāng)前中央提出的“以人為本”的理念。焊接自動化具有更深刻的意義。它不僅僅是提高了焊接生產(chǎn)率和穩(wěn)定了焊接質(zhì)量，而更重要的是使焊工遠(yuǎn)離了有害的工作環(huán)境，減輕或消除了職業(yè)病的危害。
以下列舉幾個在壓力容器和管道制造中已得到實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)代化自動焊接裝備實(shí)例。以說明其基本結(jié)構(gòu)和功能以及在焊接生產(chǎn)中所發(fā)揮的作用。
1 厚壁壓力容器對接接頭的全自動焊接裝備；德國Babcock-Borsig公司與瑞典ESAB公司合作于1997年開發(fā)了一臺大型龍門式全自動自適應(yīng)控制埋弧裝備。專用于、厚壁容器筒體縱縫和環(huán)縫的焊接。自1998年正式投運(yùn)至今使用狀況良好，為了型厚壁容器對接縫的自動埋弧焊開創(chuàng)了成功的先例。
該裝備配置了串列電弧雙絲埋弧焊焊頭，由計算機(jī)軟件控制的ABW系統(tǒng)（Adaptive Batt Welding）和激光圖像傳感器。
在焊接過程中激光圖像傳感器連續(xù)測定接頭的外形尺寸，測量數(shù)據(jù)通過計算機(jī)由智能軟件快速處理，并確定所要求的焊接參數(shù)和焊頭位置。也就是說每焊道的尺寸和焊道的排列是由系統(tǒng)的軟件以自適應(yīng)的方式控制的。
系統(tǒng)軟件可調(diào)整每一填充焊道的4個焊接參數(shù)：焊接速度，焊接電流，焊道的排列和各填充層和蓋面層的焊道數(shù)。因此，該系統(tǒng)可使實(shí)時焊接參數(shù)自動適應(yīng)接頭整個長度上橫截面和幾何尺寸的偏差。焊接速度是控制不同區(qū)域內(nèi)的熔敷金屬量，而焊接電流是控制焊道的高度和熔敷金屬量。焊道的排列是決定每層焊道間的搭接量。每層的焊道數(shù)則取決于每層的坡口寬度。
該設(shè)備的主控制器和監(jiān)視器以PC機(jī)為基礎(chǔ)。
多年的使用經(jīng)驗表明，該裝備不僅大大提高厚壁容器的焊接生產(chǎn)率，而且確保形成無缺陷的厚壁焊縫，同時顯著降低了焊工勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。
2 厚壁管件全自動多站焊接裝置；火力和核電站的主蒸汽管道，其壁厚已超過100mm，焊接工作量相當(dāng)大，迫切需要實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的全自動化，以提高生產(chǎn)率。每個焊接工作站由焊接操作機(jī)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，滾輪架，夾緊裝置和焊接機(jī)頭及焊接電源等組成。所有的焊接工作站由中央控制器集成控制。適用的管徑范圍為139~558 mm，壁厚18~100 mm。管件長度大于1800 mm?？扇詣雍附又惫軐?，直管與彎管接頭，直管與法蘭以及直管與端蓋對接接頭。焊接方法采用窄坡口熱絲TIG焊。
在該自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，采用黑白攝像機(jī)檢測坡口邊緣的位置。采用彩色攝像機(jī)監(jiān)控電弧和填充絲的位置。通過檢則焊絲加熱電流控制填充絲的垂直方向的位置。這種控制方法是利用黑白攝像機(jī)的圖像，經(jīng)過計算機(jī)圖像處理，確定內(nèi)外邊緣的照度差。當(dāng)焊接條件變化時，系統(tǒng)將自動調(diào)整攝相機(jī)快門的曝光時間。以達(dá)到給定的照度，使焊槍始終保持在焊接開始時調(diào)整好的位置。
壁厚管件全自動多站焊接裝置基本上實(shí)現(xiàn)了焊接作業(yè)無人操作。只需要一名操作人員在主控制室內(nèi)設(shè)置管件的原始條件并在焊接過程中進(jìn)行監(jiān)控。這種全自動焊接裝置已在日本三菱重工公司投入生產(chǎn)試用。
3 大直徑管對接全位置自TIG焊機(jī)；大直徑管對接的全位置TIG焊是一項難度很大的焊接作業(yè)，培養(yǎng)一名技能高度熟練的焊工需要耗費(fèi)大量的人力和物力，而且產(chǎn)品的焊接質(zhì)量還取決于焊工自身多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗。為了克服對焊工技能的依賴性，消除人為因素對產(chǎn)品焊接質(zhì)量的不利影響，產(chǎn)生了開發(fā)模擬高級熟練焊工的智能和操作要領(lǐng)的全自動焊管機(jī)的想法。
該自動焊管機(jī)可用于直徑165—1000mm，壁厚7.0—35.0 mm的不銹鋼管環(huán)縫的全位置焊，并采用窄間隙填絲TIG焊（單層單道焊工藝）。焊機(jī)的自動控制系統(tǒng)采用了視覺和聽覺傳感器，由計算機(jī)程序控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模仿熟練焊工的反應(yīng)和動作。
自適應(yīng)控制和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的作用原理為，自適應(yīng)控制主要是通過視覺傳感器實(shí)時檢測的信息和計算機(jī)圖像處理，按模糊邏輯規(guī)則，實(shí)時控制鎢極相對于坡口邊緣的位置，填充焊絲相對于鎢極的位置以及決定焊接熔池尺寸的焊接參數(shù)。而焊縫質(zhì)量的監(jiān)控系統(tǒng)則按照激光視頻傳感器，聽覺傳感器和電流傳感器的信息實(shí)時修正焊接熔池尺寸，焊道形狀，鎢極尖端的形狀，電弧燃燒的穩(wěn)定性和焊接電流，以保證焊縫質(zhì)量的一致性。
在自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，安裝在焊槍前側(cè)的視覺傳感器（攝像機(jī)）起主要作用，將所攝取的對接區(qū)圖像輸入到計算機(jī)，根據(jù)計算機(jī)軟件圖像處理結(jié)果，可以定量檢測鎢極相對于坡口邊緣的位置，填充焊絲相對于鎢極的橫向位移，以及焊接熔池的尺寸及鎢極的損耗。
激光視頻傳感器是由攝像機(jī)和激光聚光燈組成，安裝在焊槍的后側(cè)。所形成的圖像可用來測定焊道邊緣的潤溫角，即焊道表面與坡口側(cè)壁之間的角度?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)這些信息，對焊接參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)控制。
自適應(yīng)計算方法的工原理如下。焊接過程中，為調(diào)整鎢極的位置，引用了模糊邏輯理論，即所謂奇數(shù)理論。當(dāng)前節(jié)距內(nèi)鎢極位置的修正速度是按所測定的鎢極位移量和前一節(jié)距內(nèi)的修正速度計算的，以此來保證修正精度。
上述大直徑管全自動全位置焊管機(jī)已在電站鍋爐安裝工程中得到實(shí)際的應(yīng)用，取得了令人滿意的效果。
結(jié)論
1、我國電站鍋爐、壓力容器和管道已進(jìn)入高參數(shù)和超高參數(shù)的發(fā)展階段，必須選用各種新型的耐熱鋼，耐蝕鋼，抗氫鋼和高強(qiáng)度鋼。這些鋼種及其相配的焊接材料目前尚未國產(chǎn)化。期望我國鋼鐵工業(yè)和焊材制造行業(yè)能在短期內(nèi)滿足鍋爐、壓力容器和管道制造行業(yè)發(fā)展的需要。
2、在我國鍋爐、壓力容器和管道制造企業(yè)中，已推廣使用了多種技術(shù)先進(jìn)的高效焊接法，引進(jìn)了為數(shù)不少的現(xiàn)代化焊接設(shè)備，焊接生產(chǎn)的工藝水平已達(dá)到較高的水平。為適應(yīng)鍋爐壓力容器和管道需求量的不斷高速增長，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步開發(fā)，推廣生產(chǎn)效率更高的先進(jìn)焊接方法和工藝。
3、在高靈敏傳感技術(shù)，計算機(jī)控制技術(shù)和精密機(jī)械高度發(fā)展的今天，焊接過程的全面自動化已從實(shí)驗室進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，鍋爐、壓力容器和管道制造業(yè)有望率先實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)過程的全面自動化。
