上海 200000
摘要：结合集热管结构特点，通过研究自动免填丝焊接技术，寻求一种适用于集热管焊接的一套焊接系统设备，使其成功应运在槽式熔盐光热发电厂集热管的焊接上，提高焊接效率和焊接质量，节约成本。
关键词：集热管；封闭枪头；免填丝；焊接
引言
深圳金钒能源阿克塞槽式熔盐光热电站（1# 机组）项目位于甘肃省阿克塞县县城红柳湾镇以南约 100 公里处，215 国道以东 5 公里起的戈壁荒滩上。采用槽式、熔盐储热光热发电技术 , 总共包含 152 个回路，总装机容量为 50MW。
集热管构造
集热管构造如图 1 所示，由不锈钢吸收管、带抗反射涂层的玻璃套管、热膨胀补偿器等组成。单根集热管长度为 4060mm，不锈钢材质为 TP321H，两端外露部分长 15mm，集热管之间组对后外露部分只有 30mm, 焊接空间狭小，电弧容易灼伤补偿器。槽式光热发电集热管由各个集热单管及管件连接而成的闭合回路。
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图 2：集热管连接示意图
手工焊试焊
焊接方法：TIG 焊，焊机选用带高频引弧的ZX7-400 型逆变焊机， 不锈钢管开坡口，焊丝选用 ER347，背面充氩保护焊接。通过试焊， 我们发现了一系列问题：
对口之前需要打磨坡口，工作量较大；
对口找正时间长，难度大，平均一道焊口找正需要 1 小时，焊接一道焊口需要 20 分钟；
焊接时需要 1 名焊工和 4 名安装工配合；
管道壁薄，焊接空间小，对焊工技术要求较高；
焊接时存在电弧擦伤膨胀补偿器现象；
焊材用量较大；
需要做好挡风措施，频繁移动挡风棚；
为了解决手工焊施焊时存在的上述一系列问题，我们尝试采用自动焊设备完成高温集热管的焊接施工。
自动焊设备选择
开放式机头填丝自动焊
高温集热管开放式机头填丝自动焊系统起初选择与上海保利苏迪合作，包括PS406-2 集成电源、MUIV195 焊接机头、机头行走支撑架、两条集热管焊接工装线组成。
开放式机头填丝自动焊所选用的焊丝直径为 0.8mm 或 1.0mm；对口前需要开坡口，打磨清理坡口；采用无间隙对口；采用内膨胀对口 器对口固定；为保护集热管玻璃套管以及留足施焊空间设置机头固定装置；焊接过程中背面充氩气保护。
通过在测试平台一个集热管闭合回路试焊。发现采用该种自动焊设备，相比手工焊有一定的优势：
1）无间隙对口较节约焊丝，不会发生根部内凹，根部咬边，焊瘤 等手工焊常见缺陷；
2）焊口一次性完成无间断产生缺陷的可能性减小；
3）排除了手工焊人的不确定因素，焊缝成型较好；
4）自动焊轨迹固定，不会损伤膨胀补偿器；
5）自动焊焊接速度快。
采用 PS406-2 集成电源、MUIV195 焊接机头，解决了手工钨极氩弧焊焊接过程中存在的一些问题，但同时也存在如下一些问题：
1)该套自动焊接设备适用集热管组合焊接，安装焊接时不适用；
2)开放式焊接机头不封闭，焊接过程中依然要做好防风措施；
3)需要开坡口，工作量较大；
4)为确保对口质量，增加内膨胀对口器比 较繁琐；
5)机头固定装置安放存在困难，虽能解决但是增加工作量；
6)焊接是填丝焊接，4 万多焊口焊材需用量较大；
采用开放式机头填丝自动焊设备仍然存在一些问题，使现场焊接 施工受到了制约，为了更好的施工，彻底消除目前存在的实际问题， 需要继续改进焊接工艺及设备。
4.2.1 封闭式机头免填丝自动焊
槽式熔盐高温集热管管道规格统一为φ70×3，材质为TP321H， 结合集热管的结构特点，只需一种规格的机头和夹具即可进行施工。管 道壁厚仅为 3mm，施焊时只要选择合适的焊接设备及焊接参数可以不开坡口一次成型，同时能保证焊接质量。针对高温集热管焊接，我们先后 与上海保利苏迪和华恒合作，选择适用焊接高温集热管的封闭式机头免 填丝焊接系统设备，该套设备包括集成电源和 TC 系列焊接机头。
该套设备的集成电源带操作界面，每一个序列号可按管道圆周方 向分段设定焊接参数，如此一来，可在不同焊接位置采用不同的焊接 参数，保证了焊口的焊接质量。管道不用开坡口，只要保证管口平齐 即可，打磨清理后不留间隙对口，用特制的夹具加持固定，焊接过程 中由于管道受热膨胀，保证了熔合后足够的焊缝金属。
TC 系列焊头为密封式结构设计，尤其适用于薄壁不锈钢（δ ＝ 1 ～ 3mm）及钛、锆等金属的管 / 管对接焊。
主要功能：1）由于采用了密封式设计，保护效果更加充分，这对于易高温氧
化金属显得极为重要； 2）不填丝焊，采用水冷形式，连续工作能力强，便于现场安装。
3）TC 系列焊头可与管焊逆变电源配套使用。技术参数
1）焊枪旋转速度：0.61 ～ 12.28rpm
2）焊接保护气体：氩气
3）冷却方式：水冷
4）可焊接管子直径：φ12.7mm ～ φ76.1mm
5）重量：5Kg
6）外行尺寸：390mm×135mm×40mm
直接采用 TC 系列焊头焊接高温集热管，存在的不足之处为，机头宽度为 40mm，而集热管两两对接时，膨胀器之间的宽度仅为 30mm，导致 TC 系列机头无法直接在不锈钢管道上固定，同时，固定装置即做固定也为焊接时的接地极。为了解决这一问题，我们重新用 铜制做了夹具替换了机头自带的夹具，使夹具的外径大于膨胀器的直 径，同时也重新定做了规格较大的机头，从而很好的解决了这一问题。 采用封闭焊接机头免填丝设备焊接集热管，有效的解决了手工焊和开放式机头自动焊带来的一系列问题。同时具有以下优点1）不开坡口减小了工作量；
2）对口工作简单化，只要管口平齐，不留间隙即可保证对口质量， 减少了对口时间；
3）免填丝焊接节约了大量焊材，节约了成本；
4）焊接速度快，平均焊接一道焊口的时间大约为 3min；
5）融合金属与管材金属完全统一，提高了焊接质量；
6）焊接参数一次设定即可连续作业，提高了效率；
7）焊机自带记录打印，方便焊接管理；
结束语
集热管免填丝封闭式机头自动焊的应用，将会实现以下目标：提 高焊口质量，节约人工材料，降低成本；提高生产效率；实现焊接数 据保存。
参考文献
卫育峰等 . 高温集热管自动钨极氩弧焊系统 . 现代工业经济和信息化,2017(09):35-39.
孙东梅等 . 全自动气体保护焊在管道环焊缝焊接中的应用 . 焊接技术,2000,(12):14-16.
论文作者:魏军洋
论文发表刊物:《福光技术》2019年32期
论文发表时间:2020/3/14
标签：机头论文; 热管论文; 对口论文; 设备论文; 高温论文; 开放式论文; 夹具论文; 《福光技术》2019年32期论文;