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摘要：本文简要地叙述了轨道式焊接技术的发展概况，主要应用领域及其工艺特点。系统地论述现代轨道式自动焊接设备的基本构成、功能和技术特性。详细地介绍了管道接头轨道式自动焊接技术——全位置焊接机头和焊接过程的程控技术以及为确保接头质量而开发的实时数据采集系统。最后列举了各工业部门成功的应用实例。
关键词：轨道式焊接；管/管接头；管/管板接头；焊接过程的程控 自熔轨道焊接
1 前言
轨道式焊接技术是在特定工况条件下采用的一种先进焊接方法，由于在极大多数情况下，这种焊接过程是自动完成的，故亦称轨道式自动焊接技术。在我国《焊接术语》国家标准中（GB/T3375），尚未将这种焊接方法正式定名。在有关的国际英文文献中将其称为The Orbital Welding或The Orbital Automatic welding。在英文中，Orbital一词原是天体运动学术语，意即某一物体沿既定的轨道围绕另一物体作圆周运动。在焊接工程中，将工件固定不动，焊接机头以一定速度围绕工件的轴线连续完成环形焊缝的方法称之谓轨道式焊接技术。借用了该天体运动学术语。现已得到国内外焊接工程界的认同。
轨道式焊接技术主要用于各种管件接头的连接。无论在生产车间，还是安装现场，它已成为不可缺少的加工手段。其最重要的应用领域有：航空航天工程、火电和核电装备、石油化工装置、制药和生物工程、食品、乳品和饮料加工工业及半导体器件生产设备等。鉴于上列制造行业对管件接头焊接质量提出了十分严格的要求, 促使轨道式焊接技术，包括焊接设备和焊接工艺不断改进和发展。迄今已成为一种先进的精密焊接技术。图1示出两种现代轨道式自动焊管机外形。 （图片） 采用轨道式焊接技术最根本的原因在于，一方面大多数管件必须在弯制成形后进行焊接，在这种情况下，管件在焊接过程中不能绕其自身的轴线转动，而必须借助焊接机头旋转完成焊接过程。另一面大型装备管路的安装中，管件组装定位后，必须在原位进行焊接，此时，管子固定不动，只得通过机头的运动进行焊接，通过分析可知，当待连接管件水平固定时, 焊接机头和焊枪作360°旋转过程中, 其焊接位置将从平焊-立向下-仰焊-立向上不断地变化，即进行所谓的全位置焊，如图2所示。其焊接难度是可想而知的，加之工程上所采用的管件规格，管径和壁厚的变化范围十分宽广, 这就加大这种焊接技术的复杂性。因此，为确保接头的高质量，目前轨道式焊接设备已全面采用当代最先进的计算机控制技术，实现了焊接过程的全自动化。图3示出现代轨道自动焊管机全貌。（图片） 2发展概况
在世界焊接工程界，轨道式焊接技术于上世纪60年代初首次成功应用于航空航天飞行器液压管路的焊接。直到80年代初这种焊接技术在各工业部门开始推广应用，并陆续涌现出多家轨道式焊接设备的专业生产厂商，如美国的ARC MACHINES公司，德国的ORBIMATIC公司，瑞典的ESAB公司, 法国的POLYSOUDE公司和加拿大的Li- burdi Dimetrics公司等。
这些制造厂商都能提供各种类型全系列的轨道式自动焊接设备，并可为客户拟定相应的焊接工艺参数。产品的技术特性和功能逐年升级换代。当前最先进的轨道式自动焊管机不仅可实现焊接过程的全自动化，并可利用实时数据采集技术，实行对焊缝质量的精确控制，保证了焊缝质量的高度一致性。图4示出最新一代具有质量控制功能轨道式自动焊管机外貌。（图片） 在我国，于90年代末，国内多家企业开始通过技术引进和中外技术合作等方式研制轨道式自动焊管机，试图实现这类高技术自动焊管设备的国产化。经过多年坚持不懈的努力，目前昆山华恒焊接股份有限公司和苏州工业园区华焊科技有限公司已能批量生产各种类型的轨道式自动焊管机，基本上满足了国内市场的需求，图5示出昆山华恒焊接股份有限公司生产的轨道式自动焊管机在电站锅炉集箱管排组焊中的应用实例。（图片）
图5 多年的实际生产应用证明，国产轨道式自动焊管机的技术性能和质量指标已接近或达到国际先进水平。
3应用领域
轨道式自动焊接技术与传统的手工TIG焊相比，具有下列值得重视的优点：
1、焊接效率大大高于手工TIG焊, 厚壁管对接采用窄间隙热丝轨道式自动焊，焊接效率可进一步大幅提高；
2、焊缝的质量优异，且一致性相当好，可以满足各类高端工业装备对焊缝质量的严格要求；
3、对焊工技能熟练程度的要求相对较低，大大降低了劳务费开支；
4、焊接环境和工作条件有较大的改善，不仅减轻了操作工的劳动强度, 而且提高了焊接环境的纯净度；
5、通过对焊接工艺参数的实时监控，确保了焊缝的高质量，并利用完善的质量管理软件，实现了焊缝质量的可追踪性，这对于按国家相应法规制造的工业装备具有十分重要的意义。
因此，轨道式自动焊接在一些重要的工业部门得到了普遍而成功的应用，其中最主要的有：航空航天工程、食品、乳品和饮料加工设备、制药和生物工程、半导体器件的生产装备、石油化工装备和火电及核电站装备等。
3.1航空航天工程
航空航天工程是最早采用轨道式自动焊的制造行业，主要用于液压系统的小直径薄壁管的连接。一架大型客机，管接头数量约1500个。对这些接头的焊接质量要求十分严格，且必须保证连续一致性。即所有管子对接接头的质量都必须符合相同质量标准。现代轨道式自动焊管机都具备精确控制焊接工艺参数的功能，可以可靠地保证焊缝质量的一致性。图6示出航天航空工程中涡轮发动机部件外形和锥形管对接接头轨道式自动焊接实况。（图片） 3.2食品、乳品和饮料加工设备
食品、乳品和饮料加工设备中管道系统必须符合国家食品卫生法规规定严格要求。在这种管道系统中，焊缝必须全焊透，且不容许存在任何凹陷、气孔、裂隙、裂纹、咬边等焊接缺陷。这些缺陷都可能成为死区，嵌留工作介质，滋长病菌。管道的内表面必须光洁，便于彻底消毒。这种苛刻的焊缝表面质量要求，目前惟有轨道式自动焊接才能达到。因此，大多数食品、乳品和饮料加工设备设计标准和制造规程都强制性规定，管道接头焊接必须采用轨道式自动焊接。图7 示出该种管道系统轨道式自动焊实况。（图片） 3.3制药设备和生物工程
制药设备和生物工程都装备管道系统，以输送和处理原料、半成品和成品。特别是注射用水，纯度要求特别高，绝对禁止混入任何微量腐蚀性杂质。因此，要求焊接接头的耐蚀性不得因焊接加热而受到损害，焊缝附近母材局部过热也是不容许的。
轨道式自动焊接的热周期可按要求进行精确控制，避免焊缝及热影响区过热，因此具有相当高的耐蚀性，同时光滑的焊缝表面亦利于钝化。可见，轨道式自动焊接对于制药设备和生物工程是一种首选的焊接方法。图8示出制药设备管道焊接实况。（图片） 3.4半导体器件生产设备
半导体器件生产过程中必须使用超级纯度的气体，并采用电抛光不锈钢管输送气体，钢管的规格大多数是外径为6.3mm，壁厚0.9mm，生产气体通过管道时，不容许吸收任何水分，氧体和其他杂质微粒。因此，对焊缝质量的验收标准相当严格，要求焊缝表面均整，保证全焊透，且焊道尺寸和内表面减至最小，不容许焊缝内外表面变色。如此苛刻的焊缝质量要求只有技术高度熟练的操作工利用轨道式自动焊接才能达到。图9示出半导体器件生产设备管道的轨道式自动焊接实况。（图片） 3.5石化装备
图10示出某一现代化工厂部分装备，从中不难看出，其中80%以上的装备采用不同规格的管道制成，而这些管道的安装绝大部分采用轨道式自动焊管机。化工装备中的热交换器和裂化反应器也采用大量管件组焊而成。所采用的管子不仅规格各异，而且管材品种多样化，包括钛、锆合金和各种不锈钢，这就要求对各种材料均适用的焊接方法。生产经验表明，轨道式自动焊接是最佳的解决方案。（图片） 化工装备的使用寿命与化工厂的经济效益休戚相关，而前者直接取决于焊接接头的质量。因此，相应的设计标准、制造法规都对焊缝质量规定了严格的质量控制程序，并要求对焊接过程和焊缝质量的可追踪性。
在各种型式的热交换器中，管子/管板的接头数量往往达到几百个，甚至上千个，但必须保证每个接头的焊缝质量，不得有任何细小的缺陷，否则将导致设备运行过程中泄漏，造成停机和巨大的经济损失。
为确保化工装备管道接头的高质量，选用轨道式自动焊接技术已成为最经济、合理的工艺方法。图11示出化工装备管道接头轨道式焊接实况。（图片） 3.6火电和核电装备
火电和核电装备也是大量应用管材的制造行业之一。现代大容量电站锅炉主要高温高压部件几乎全部采用管材组焊而成。图12示出某一大型电站锅炉受热面部件外形。一台600MW 超临界电站锅炉受热面部件管子接头数量总共可达2万多个。（图片）
电站锅炉受热面部件外形 其中约有一半以上的管子接头（包括总装接头）需采用轨道式自动焊管机进行焊接。图13示出电站锅炉受热面部件管子接头轨道式自动焊接的实况。（图片） 为提高工作效率，一名操作工往往同时操纵多台自动焊管机，如图14所示。（图片）
图14 多台轨道式自动焊管机同时工作 电站锅炉的主蒸汽管道和核电站的一次回路和二次回路采用了各种规格的大直径厚壁管，这些管道大部分需在安装位置进行焊接，现场施焊难度较大。为保证这种管道接头的焊接质量，目前正在逐步推广使用轨道式自动焊管机。图15示出大直径厚壁管对接接头轨道式自动焊接实况。（图片） 电站锅炉和核电装备的安全性是至关重要的，因此，相关的制造法规对焊缝质量提出了十分严格的要求，而且其制造过程必须接受国家质量监督部门的全程监控。要求建立完整的质量记录文件，包括焊接全过程的工艺参数记录卡。为此，现代轨道式自动焊管设备都装有实时数据采集、储存和打印系统，为这类重大工业装备制造质量的监控，提供了方便而有效的检测手段，并保证了质量记录的真实性。图16示出装有实时数据采集系统的轨道式自动焊管机全貌。（图片） 4工艺特点
4.1焊接工艺方法
正如前所述，轨道式焊接是一种全位置焊接过程，要求在任何焊接位置下能保持所希望的熔池形状。因此, 必须选用工艺适应性强的焊接工艺方法。在各种弧焊方法中，钨极氩弧焊是精密焊接首选的方法，其特点是氩弧十分稳定，即使是在很低焊接电流下，电弧仍能稳定燃烧，这就为控制电弧的能量提供了有利的条件。此外, 这种焊接工艺方法便于实现机械化和自动化。
4.2管件的焊接位置
轨道式自动焊接适用的典型焊接位置有：管件水平固定（5G）、倾斜固定（6G）和垂直固定（2G），如图17所示。（图片） 4.3电弧能量的控制
管件接头轨道式焊接时，最主要的问题是电弧对焊接区的累进加热，特别是小直径薄壁管的焊接，这一问题尤为突出。其原因是电弧对工件的加热速度大于散热速度，而使热量积聚，最终导致焊接熔池失稳。因此，在全位置焊接过程中，为始终保持焊接熔池形态稳定，即使熔池的表面张力与重力平衡，必须适当地控制电弧的能量。大量的试验证明，最好的解决办法：一是采用脉冲电流；二是焊接参数分区段程序控制。
4.3.1脉冲电流。在焊接工程中可利用的脉冲电流，按其频率可分低频脉冲、中频脉冲和高频脉冲。轨道式焊接中，为控制电弧能量，通常采用低频脉冲，脉冲波形和熔池形状见图18。（图片） 由图18可见，直流低频脉冲电流在脉冲峰值电流与基本电流组合的交变电流。峰值电流lP持续时间为tP，在此期间内，焊接熔池的体积增加到最大值，并产生一定的熔深。而在tG时间内，焊接电流降低到较低的基本电流，亦称维弧电流。电弧能量减小，使焊接熔池冷却，熔池体积缩小到最低值，同时减弱了熔池重力的影响。轨道式焊接时，可以按照待连接管件的规格（管径和壁厚），适当调整脉冲电流参数 ——IP、tP、IG、tG，达到最佳的焊缝成形。
4.3.2区段程控。在某些管件的轨道式焊接时，例如小直径厚壁管，只使用脉冲电流还不足以焊制出合格的焊缝。在这种情况下，必须将焊缝的周长分成若干区域，通常称其为区段，并对各区段的焊接参数进行程序控制。（图片） 图19示出管子横截面周长典型的划分方法，即将其等分为4个区段。每个区段为90°。第一区段从D点开始，即从10：30至01：30结束，以此类推。不同区段相对应的焊接位置如下：
S1 0°~90°平焊位置
S2 90°~180°立向下焊位置
S3 180°~270°仰焊位置
S4 270°~360°立向上焊位置
管件对接接头轨道式焊接时，可按不同区段的焊接位置程序控制焊接电流（包括IP、IG）、焊接速度和送丝速度，使焊接熔池始终处于热平衡状态。对于某些规格的管件和导热性差的管材，可能要求对焊接区段进一步细分成8等分或16等分。现代微机控制轨道式自动焊管机高超的功能完全可满足这一要求。
5 轨道式自动焊接设备
5.1 轨道式自动焊接设备的基本组成
轨道式自动焊接设备主要由焊接电源及控制系统、编程盒或遥控盒、各种轨道事自动焊接机头、送丝机、控制电源线、焊接电缆线、供气系统和冷却水循环系统等组成，见图20.（图片） 5.2 对轨道式自动焊接设备的技术要求
正如上所述，轨道式自动焊接设备主要用于各类管件接头安装位置的焊接。在焊接过程中，焊枪的位置在不断地变化，即进行所谓全位置焊接。因此，对轨道式自动焊接设备提出了以下特殊的技术要求：
1）焊接电源及控制系统应能精确控制各焊接工艺参数和焊接机头的定位；
2）焊接电源的输出特性应持续稳定，并具有良好的重复性；
3）控制系统应能分区段程序控制，编程简单、界面友好、操作简便；
4）焊接电源应重量轻、体积小，便于移动；
5）焊接机头结构应紧凑，便于装卡、定位，并适应于小间距管排的焊接；
6）焊接参数可存储、记录、打印及文件化；
7）维修简单，故障报警；
8）控制系统应与通用计算机兼任，并使用Windows操作系统，便于脱机编程。
5.3 轨道式自动焊接设备的主要功能
现代轨道式自动焊接设备应具有以下各项功能：
5.3.1 保护气体的控制
轨道式焊接只能采用气体保护焊,主要采用钨极氩弧焊（TIG焊），因此,保护气体的给送和流量对焊缝的质量起决定性的作用。轨道式自动焊接设备必须具备气体控制的功能。
按轨道式自动焊设备的自动化等级，保护气体的控制基本上分为两种模式：
1）手工调节模式。在供气系统中装有减压计和气体流量计，焊接前由操作工手工调节供气压力和气体流量至规定值。气路的通、断由焊接电源控制系统打开、关闭电磁气阀来实现。也可将流量计装在焊接电源的面板上，便于操作工调节气体流量。
2）自动控制模式。在供气系统中装有减压计，焊前由操作工调整至规定值，焊接电源内的电子控制气体流量计由相应的控制模块自动控制，可执行气体的通、断及流量的调节。在焊接过程中，对气体流量连续监控,如焊接保护气体因故中断给送，或气体流量降到了最低规定值以下，则焊接过程将自动停止，切断电弧供电，以保护设备和工件不致损坏。
此外，该模块可以控制4种气体,两种焊接保护气体和两种辅助气体（背面成形气体和拖罩气体），按焊接工艺要求分别选用。双气体的控制功能用于电弧引燃后切换保护气体的种类。例如采用氦气作保护气体时，为避免氦气下引弧困难，可先通氩气引弧，电弧稳定燃烧后，再切换供氦气。图21示出一套数字控制气体流量组件外形，可由电子模块对气体流量进行精确的数字控制，对于已有的老式轨道式自动焊接设备，如现行焊接工艺规程要求对气体流量实行全程监控，则可推荐采用图22所示的标准型气体流量监控器。（图片） 5.3.2 焊接电流的控制
轨道式焊接过程中，焊接电流通常由引弧电流、正常焊接电流和收弧电流三部分组成：
5.3.2.1 引弧电流。轨道式焊接时，引弧总是在较低的起始电流下进行，电弧引燃后，电流以一定的斜率递增到正常的焊接电流。电流递增的速度可控制在1~5sec范围内，如图23所示。（图片） 钨极氩弧焊时，最常用的引弧方法是高频电流引弧，但高频电流会对设备的电子线路产生严重的干扰，且对人体有害。因此，现代轨道式自动焊设备都改用高压引弧法，即在引弧的瞬间，在电极和工件之间加上50Hz,10kV高压脉冲，持续2微秒。这种高压脉冲足以使保护气体电离而引燃电弧。但这种引弧方法也有一定的局限性，即焊接电源至焊头的电缆长度不应超过50m。
如焊头装有AVC（弧压自动控制）机构，则可采用所谓提升引弧法。引弧时，焊枪向工件缓慢移动，直到钨极接触其表面，同时加上焊接电源输出电压，然后焊枪平稳地向上提升，即可引燃电弧。由于提升引弧时，起始电流控制在很低的值，故不会引起夹钨。
5.3.2.2 焊接电流。TIG焊时，焊接电流是决定电弧能量最主要的参数，应加以精确控制。如焊接电流在100A以下，其控制精度应为±1A；如焊接电流在100A以上则控制精度应为1%。（图片） 轨道式自动焊接时，按照不同的工艺要求可以采用图24所示5种不同形式的焊接电流：
1）直流电。电流值恒定不变；
2）热脉冲电流。热脉冲电流是标准型轨道型式焊接最常用的电流形式，其最高频率为10Hz；
3）快速脉冲电流。快速脉冲电流的频率在500~10000Hz，其波形已接近直流电，但焊接电弧比直流电更稳定；
4）热-快速脉冲电流。这是热脉冲电流和快速脉冲电流组合的特种形式电流；
5）尖峰脉冲。在每一脉冲波的起始端叠加一个尖峰脉冲，可加大电弧对焊接熔池的压力，特别适用于仰焊位置的焊接，有利于焊制凸形的根部焊道。
5.3.2.3 焊接电流的衰减
焊接结束时，为避免弧坑的形成,焊接电流不应立即中断，而应按图25所示的形式，逐渐衰减到30A以下，然后再切断电流，电流衰减的最低值取决于所焊管件的壁厚。（图片） 在焊接小直径薄壁管时，要求轨道式焊接设备具有焊接电流分区段程序控制的功能（详见下节）。
5.3.3 焊枪旋转的控制
在管件接头的轨道式焊接过程中,焊枪应以所选定的线速度围绕管子旋转。通常轨道式焊接要求的线速度范围为50~200mm/min。在大多数的情况下,焊枪的旋转速度可保持不变，但也可与焊接电流的脉冲同步脉动，可以在基本电流和脉冲电流时间内预设不同的旋转速度。在步进脉冲焊接时, 当电流达到峰值时，焊枪旋转停止（V=0mm/min），而在基本电流周期内，焊枪以规定的速度向前移动。
旋转速度控制精度应为预置值的1%。现代通用轨道式自动焊接设备都装有脉冲发生器或测速电机编码器反馈控制旋转速度，使其保持恒定。图26示出不同旋转模式图形。（图片） 5.3.4 送丝速度的控制
在轨道式自动焊接设备中，送丝机控制模块也都集成于焊接电源的控制系统中。送丝速度范围通常为0~8000mm/min，控制精度1%，焊接电源的控制面板具有启动和停止送丝的功能。
另外，也可进行脉动送丝，并应与脉冲电流同步。一般在脉冲电流周期内,以较高的速度送丝，在基本电流周期内，以较低的速度送丝。因为TIG焊过程中，焊丝速度与焊接电流之间不存在依赖关系，故亦可作相反的同步，即在基本电流下快速送丝。在这种情况下，焊丝送到正在冷却变小的熔池,产生电阻加热熔化，并利用焊丝的机械刚度向前推动熔池，使之形成内面呈凸形的根部焊道。
送丝机构还应有回抽功能，在焊接结束时将焊丝端部返抽几毫米，防止焊丝端成球或粘连在工件上。
轨道式自动焊接大多使用直径0.8mm的焊丝。每批焊丝使用前，应测量外径偏差，并根据实测结果修正送丝速度。须知，直径0.8mm焊丝外径偏差仅0.02mm，填充金属量的差值可达5%。
不同形式焊丝给送的图形见图27。（图片） 5.3.5 弧压控制
弧压控制（AVC）亦称弧长控制（ALC）。
5.3.5.1 原理。在TIG焊过程中，为焊制均整的焊缝，保持不变的电弧长度十分重要。但在电弧的高温下实测电弧长度实际上是不可能的。在任何情况下，如果其他焊接条件不变，电弧长度与电弧电压成线性对应关系。利用这种规律，可以间接地控制电极至工件表面的距离，即电弧长度。（图片） 为精确控制电弧长度，必须首先了解不同电弧长度和焊接电流下，电弧电压变化的特性，图28曲线描述了其变化规律。其中黑线表示电弧长度1mm时，在不同焊接电流下测得的电弧电压；红线则表示电弧长度为2mm时的弧压测量结果。从中我们不难得出以下重要规律：
1）当焊接电流在Imin以下，则不可以使用弧压控制弧长。此时，弧压与弧长不成线性关系。在一般情况下,Imin为30A。
2）当焊接电流在I 以上，在相同的焊接电流I 下，电弧长度增加，促使电弧电压按比例增高，即U1-b→U2-b 。
3）如果电弧长度保持不变，而焊接电流增加（从Ib→Ih），则电弧电压亦随之增高（从U1-b →U1-h ）。
4）如使用不同种类的保护气体,其他参数保持不变，电弧长度将发生变化。例如将保护气体从Ar改变为Ar+H2混合气体，电弧长度将明显缩短。
5）如果电极形状（端部锥形角度、顶尖直径）有偏差，在给定的焊接电流下，电弧长度会变化，或者在电弧长度不变的条件下，电弧电压会变化。
6）如果使用脉冲焊接电流，电弧电压的脉冲与焊接电流脉冲波形不成比例，如图29所示。焊接电流每次脉冲都促使电弧电压出现峰值。即所谓脉冲尖峰。（图片） 在AVC控制的实际使用中，必须充分考虑上述规律，并根据所处的工况条件作必要的调整，才能稳定控制电弧长度。
例如当采用脉冲电流焊接时，在基本电流或脉冲峰值周期内，限制弧压测量，并临时锁紧焊枪拖板，电极位置不再变化。这样，只要调节一个参数值，即能保持稳定的电弧长度。
当使用热脉冲焊接电流（脉冲频率<10Hz）时，在基本电流和脉冲电流周期内，适当延长弧电测量时间，也可达到较好的效果。
实际上，将AVC控制焊枪移动量减到最小可以达到最佳的效果。这要求妥善设置下列系统参数：控制系统的灵敏度、电极移动速度、每次电流脉冲开始时的切断时间，以消除尖峰脉冲的影响。
轨道式自动焊接设备控制面板上,AVC控制的图形见图30。（图片） 除了AVC控制以外，焊枪的位置亦可按工艺要求进行程序控制。为了将电极正确定位，焊枪可从某一标定值开始移动到所要求的高度。这种功能经常用于管子/管板接头的焊接，或者要求分段定位跟踪的形状复杂的工件表面管接头的焊接等。
5.3.6 焊枪横摆控制
厚壁管对接接头，为达到全焊透,管端必须开V形或U形坡口。当壁厚超过8mm时，坡口宽度已大于单道TIG焊缝的宽度，因此必须将焊枪横摆，以使一层焊道全部覆盖坡口宽度。焊枪横摆应从焊接坡口一侧垂直移动到另一侧。焊枪的横向移动由微型电动拖板和横摆控制器实施。按所焊接头坡口的宽度，应正确设置下列横摆参数：横摆宽度、横摆速度和坡口两侧的停留时间。
焊枪的横摆也可与脉冲电流同步,例如为增加坡口侧壁的熔深，在焊枪停留的时间内，连续加脉冲电流。
图31示出焊枪横摆控制图形。（图片） 5.3.7 焊接设备的遥控
现代轨道式自动焊接设备都配备遥控盒，其典型外形如图32所示。遥控盒是一种焊工或操作工与设备进行通信的工具。控制焊接设备所需的所有指令都可从中取得，其操作可分下列两种模式。（图片） 5.3.7.1 空车试运行。在这种模式下,应能控制设备的所有动作，焊枪的旋转，焊枪向工件的垂直移动或对中焊缝（利用AVC或横摆机构）。
5.3.7.2 焊接操作过程。在这种模式下可按需调节所有焊接参数，通过AVC和横摆机构修正焊枪的位置。此外，大多数遥控盒能显示实际的焊接参数,如实测的焊接电流、电弧电压、焊枪旋转速度、送丝速度、焊枪所处位置（角度）以及焊接过程时间等。
5.3.8 水冷循环系统
除了某些为特殊用途设计的装置外，轨道式自动焊接机头通常都是水冷的，因此焊接电源大多装有一体式水冷循环系统。对于高负荷的轨道式自动焊接设备，例如热丝TIG焊、等离子弧焊，则需外加稳压致冷水冷却系统。
在所有的情况下，冷却液的流量应连续监控，防止水冷循环系统损坏。一旦发生故障，焊枪和焊接电源的供电将被立即切断。
水冷循环系统也可采用分离式，图33示出与焊接电源组合的分离式水冷循环系统外形。（图片） 5.3.9 焊接过程的程序控制
5.3.9.1 程序结构
按照轨道式自动焊接设备的类型和用途，焊接过程的程序控制有多种模式。但在所有的情况下，程序结构都是按逻辑顺序建立的，图34是一种标准焊接过程程序，实际是对保护气体、焊接电流、焊枪旋转和送丝4个参数的程序控制。在较复杂的程序控制中，还包括AVC和横摆。（图片） 图34横坐标所列序数字表示焊接过程的各程序，其含义简要说明如下：
1—焊接周期开始（按控制盒上的起动按钮）；
1-2—在引弧之前，在设定的预送气时间内送保护气体；
2—引弧，并加脉冲焊接电流，计时器回复至“0”位；
2-3—送丝延时；
2-4—焊枪旋转延时；
3—送丝开始；
4—焊枪旋转开始（焊枪的起始位置设在“0”位）；
5—开始进入新区段，修正焊接电流；
6—停止送丝（如事先预置，焊丝回抽），通常在焊枪旋转接近360°时停止送丝；
7—熄弧前，焊接电流开始衰减,一般焊枪旋转360°+5°~10°的位置开始衰减，重熔焊缝起始端，保证焊缝末端接头良好；
7-8—焊接电流衰减，以焊制无裂纹和弧坑的焊缝；
8—熄弧，焊枪停止旋转；
8-9—延迟断气，保护工件的焊接区，直到其温度降至足够低，同时保护红热的钨极不被大气氧化；
9—关闭保护气体，焊接周期结束。
为达到最佳的焊接效果，上列程序可按焊接工艺要求作适当的修正。
5.3.9.2 编程界面
现代轨道式自动焊接设备按控制系统的等级可分以下三种不同的形式：
（1）图形编程界面。焊接周期各参数的变化以图形表示，典型实例如图35所示，操作者只需移动光标选定参数。相关数据分2行显示在屏幕上。在图形编程之前，首先必须选定下列基本条件：
1）选用直流电还是脉冲电流。
2）选定送丝方式：不送丝、恒速送丝或脉动送丝。（图片） 然后将所要设定的参数依次进行编程。所有微处理机控制的焊接电源都可采用图形界面进行编程，并可将程序控制的参数值保存在存储卡内。
这种程控技术可以处理焊接设备的主要参数，不能通过焊接电源输入其他文件。如需要，可将数据存储在闪存卡上，再转移到PC机上。PC机上的有关数据文件亦可通过闪存卡转移到焊接电源上。
（2）扩展型编程界面。对于集成PC机的焊接电源可以配备功能扩展型的编程界面，仍可利用图形控制，但装上6英寸VGA显示屏，可显示更完整的上下文，其外形如图36所示。（图片） 这种界面可输入的参数不受限制。工件的信息，如管径、壁厚及材料种类等亦可保存，并支持工程上实用的功能，如复制、改名等，焊接程序文件的管理，并存储联机采集的数据。
（3）直观图形编程界面。对于以PC机为基本控制元件的焊接设备，可以配备直观图形用户友好的编程界面,并采用10.4英寸触摸屏，清晰显示直观图形，如图37所示。（图片） 这种先进的编程界面不仅可控制所有的焊接参数，并具有轨道式焊接要求的全功能，可帮助操作工开发和执行任何一种焊接程序。其主要特点如下：
1）完整的工件数据文件化。
2）可生成一连串焊接过程程序,以连续完成多层焊缝的所有焊道。
3）能详细描述各种边界参数，如各种机构的机械调整量、所使用的气体种类和特性、电极和填充丝规格等。
4）具有搜索功能的专家系统，可同时处理8个参数。
5）计算机辅助优化焊接参数。
6）自动生成轨道式自动焊接程序。
7）可通过局域网联机编程或脱机编程，利用以太网可按需对软件进行升级。
5.3.9.3 脱机（离线）编程。对于较为复杂的焊接作业和某些探索性工作,焊接过程可以借助个人计算机进行离线编程。编程方法类似于数控机床的编程，顺序是一行接着一行生成的，但利用本机语言给出指令。每个焊工经过短期的培训都能理解这些指令，并能自主构建焊接程序。
焊接软件是按windows操作系统设计的，用户界面则采用Excel 表格形式，如图38所示。（图片） 由于windows操作系统的通用性，离线编程可集成任何格式的文件，并可生成完整的焊接过程和相关参数的文件。
5.3.10 实时数据采集
众所周知，生产重大工业装备的企业，必须遵照执行ISO9000质量体系管理标准，因此轨道式自动焊接设备应按相关标准加以标定。
在相应的技术规程中，标定一词的含义是，在焊接电源或与焊接设备相连的装置中，应按相关的国家或国际标准，或认证文件夹安装符合技术要求的测量记录仪表。为满足这一要求，现代轨道式自动焊接设备都装有实时数据采集系统。
5.3.10.1 集成的实时数据采集系统。
在大多数轨道式自动焊接设备中基本上都配备与焊接电源集成的实时数据采集系统。在焊接过程中，该系统循环测量和存储焊接电流、电弧电压、焊枪旋转速度和送丝速度等主要焊接参数值。每次焊接过程结束后，该系统自动打印焊接过程报告，内容包括实测数据和时间。
图39所示为报告打印实样。（图片） 焊接过程报告可作为质量记录文件，证明所选用的焊接参数符合焊接工艺规程的要求。
5.3.10.2 外接实时数据采集系统
对于以PC机为基本控制元件的焊接设备，实时数据采集系统一般不与焊接电源集成，而采用独立的数据采集记录系统更为方便，并且还能赋予监控功能。这种系统采用专为数据采集、分析和实时控制设计的DASYLab软件。
该系统可在200Hz的频率下记录焊接电流、热丝电流、焊枪旋转速度和送丝速度等参数。当焊接周期开始时（引弧），同时进行参数和时间的记录。在同一瞬间，自动将数据存储在计算机硬盘中。所生成的文件以代码自动定名。该系统还可监控焊接过程的进程，并以图形显示，如图40所示。（图片） 此外，操作工还可对各焊接参数设置极限值。在这种情况下，相关的参数值将连续地与标定值相比较，并在不同的工作模式下加以监控。如在被动工作模式下，一旦参数达到极限值，则图形立即变色警，指令操作者立即修正。在主动工作模式下，如实测参数值超过规定的极限值，系统将立即中止焊接过程。
5.4焊接电源及控制系统
管道接头面轨道式自动焊接为易于实现全位置焊，大都采用TIG焊工艺方法，因此都选用陡降外特性的恒流焊接电源。由于要求精确控制焊接电流，目前基本上都采用晶体管逆变式整流电源。又因轨道式自动焊接过程必须对主要焊接工艺参数进行程序控制，配置功能强大的控制系统是不可缺少的，故这类电源亦称可编程的焊接电源，其基本构成见图41方框图。（图片）
图41 轨道式自动焊接用焊接电源的基本构成 5.4.1焊接电源
轨道式自动焊接用焊接电源按其重量和体积可分成轻便式、移动式和固定式三大类。按其输出功率可分为小型、中型、大型。
5.4.1.1轻便式焊接电源
图42示出两种典型的轻便式焊接电源外形。这类电源的重量和体积都相当小，可借助人力搬至工作场地，故亦称手提式焊接电源，其最大重量不超过３０ｋｇ。额定最大输出电流１６０Ａ、２３０Ｖ（或２２０Ｖ）单相供电，可通过遥控盒（编程盒）进行工艺参数的设定和编程。（图片） 轻便式焊接电源主要用于小直径薄壁管接头的焊接，其控制系统相对比较简单，只需控制４个轴：即保护气流量、焊接电流及脉冲频率、焊头旋转速度和焊丝给送速度。此外，还将循环水冷系统集成于电源中，以冷却焊接机头和焊枪。
近代开发的焊接电源可利用触摸屏或外接个人计算机搜索合用的焊接程序。系统向内置数据库咨询，以找到相似的应用实例，或者通过累加计算确定推荐的焊接参数，并利用专家求助选单或焊接助手软件最终优化所推荐的焊接工艺。
为使操作工免于出错，焊接电源还能自动检测和识别所连接的外围设备（各种焊头和外接送丝机等），同时能自动适应可利用的供电电压。
表１列出几种常用的轻便型焊接电源技术特性参数。（图片） ５.４.１.２ 移动式焊接电源
当焊接中等规格管件接头时，要求采用中型焊接电源，与轻便式焊接电源相比，额定输出功率较高，其重量和体积相应增大，已非单凭操作工体力所能搬动。因此，通常将其安装在四轮底座上，便于在车间地面上或施工现场移动至焊接工位。图４３示出几种移动式焊接电源的外形，其额定焊接电流范围为２５０-４５０Ａ。（图片）
图43 移动式焊接电源外形 由于中等规格管件的壁厚已超过１０ｍｍ，必须采用多层多道焊，这就要求焊接电源具有ＡＶＣ和横摆控制功能，因此这类焊接电源通常设计成６轴控制系统。除了控制保护气体流量，焊接电流及脉冲频率，焊枪旋转速度和送丝速度外，还可控制电弧电压和横摆。同时配备易于操作的人机界面和全功能的遥控盒（编程盒）。
表２列出几种常用的移动式焊接电源技术特性参数。（图片） ５.４.１.３ 固定式焊接电源
当轨道式自动焊接壁厚大于５０ｍｍ的特厚管件接头时，冷丝ＴＩＧ焊工艺的效率已满足不了实际生产的要求，而往往改用热丝ＴＩＧ焊。为安装和使用方便，通常将热丝电源内置于主焊接电源内，这就使焊接电源的重量和体积大大增加而成为一种固定式的电源，其重量达４００ｋｇ，必须借助起吊设备安装就位。这种固定式焊接电源的外形示于图４４。最大焊接电流可达６００Ａ，控制系统由计算机软件驱动，并可利用手提式计算机进行脱机编程或联机编程，功能强大，亦称其为全功能焊接电源。（图片）
图44 固定式焊接电源的外形 在标准供货状态下，这类焊接电源的控制系统可以控制６个轴：保护气体流量、焊接电流及脉冲频率、焊枪旋转速度、送丝速度、电弧电压控制和焊枪横摆等。另外，还可按焊接工程的实际需要，增设多个外部轴的控制功能。如对焊接质量有严格的要求，则可配备焊接数据实时采集和监控系统，如图45所示。（图片） 表３列出固定式焊接电源的主要技术特性参数。（图片） ５．４．２ 控制系统
当前，先进的计算机控制技术已进入工业实用化的阶段，现代轨道式自动焊接设备的控制系统大都采用基于ＰＣ机的控制模块，并以相应的计算机软件驱动。人机界面虽有多种形式，但都十分友好，直接使用标准技术术语，或采用直观的图形，易于操作。图４６示出各种形式的人机界面的布置，有一定基础的操作工经短期培训即可掌握。（图片） 轨道式自动焊接设备的控制系统基本上由控制模块和编程模块两大部分组成。控制模块主要包括ＣＰＵ主板、计数线路板、输入／输出（Ｉ／Ｏ）线路板、电机驱动线路板、基准电流线路板、延时线路板和弧压测量滤波板等。其中ＣＰＵ主板负责处理和执行各种指令，存储焊接程序，并与计数板共同控制焊接过程，包括焊接、脉冲和递增／衰减记时功能。计数板还用来使键盘和显示屏适应于计算机。Ｉ／Ｏ线路板控制焊接过程中所有的动作。电机驱动线路板共有４块，分别驱动和控制焊枪旋转电机、送丝电机、横摆电机和弧长控制电机。
编程模块由两部分组成：编程块和编程盒（亦称控制盒）。编程盒的设置有各种形式。图４７示出PROTIG450轨道式自动焊接设备编程盒的布局，其由显示屏、软件电键和功能键三部分组成。（图片） （图片） 显示屏结构如图４８所示，可以显示下列信息：
ａ－当前所处的区段（区段的划分见图４９ａ）；
ｂ－本程序的区段数；
ｃ－区段分割点编号（本实例中为区段２）［分割点编号的设定见图４９ｂ］；
ｄ－数字框，显示所输入的数字和字符；
ｅ－表示所显示的数值借用前１个区段（本实例中为区段１）；
ｇ－５个正文框，分别描述软件电键（ｆ）的功能；
ｈ－信息行，描述实际的状态（图片） ＷＥＬＤＩＮＧ＝焊接过程正在进行；ＥＮＤ＝焊接过程结束；ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ＝空载转录；ＳＴＯＰ＝因按下停止键，焊接过程中断。
这种编程盒的最大特点是设置了软件电键，简化了编程步骤。其作用示例于图５０。借助软件电键（ａ），可以显示所选择的功能。本实例中，显示气体参数，其含义显示在正文框（ｂ）内。软件电键共有５个，取决于所选择的功能。（图片） 编程盒中的功能键包括参数键、移位键、加／减键、数字键以及其他功能键。焊接参数键共分７组，即焊接电流、焊枪旋转速度、弧压控制、预热时间、保护气体、送丝速度和横摆。其他功能键主要有：１）斜率控制，即参数值的递增和衰减。这些参数是：焊接电流（脉冲峰值和基值）、焊枪旋转速度、送丝速度、横摆幅度和电弧长度等。２）区段显示；３）程序步进；４）删除；５）手工模式；６）存储；７）修正（钨极位置）；８）焊头代码；９）起动；１０）停止；１１）急停；１２）重新起动。
利用上述功能键、数字键和软件电键很容易编辑所需的焊接程序。
最新开发的轨道式自动焊接设备控制系统内置专家系统和数据库，利用智能化的人机界面，只需输入待焊管件规格和坡口形状，即能自动生成相应的焊接程序。同时，也可通过求助选单优化已选定的焊接参数。图５１（ａ）、（ｂ）相应为智能化人机界面和焊接参数优化图形示例。（图片） ５．５ 轨道式焊接机头
轨道式焊接机头有多种形式，按其用途可分为管／管接头焊接机头和管／板接头焊接机头两大类。在管／管接头焊接机头中，按其结构又可分封闭式机头、开启式机头和爬行小车式机头。在管／板接头焊接机头中亦可分封闭式机头、开启式机头和内孔焊机头。
５．５．１ 管／管接头焊接机头
５．５．１．１封闭式管／管接头焊接机头(以下简称封闭式管／管焊头)
这种焊头的外形结构如图５２所示。按可焊管径范围分小型和中型两个系列。小型焊头的管径适用范围为１．６-３３．７０ｍｍ，中型焊头为５．０-１７０ｍｍ。这种焊头的结构相当紧凑，不可能加设送丝机构，只能采用ＴＩＧ自熔焊接工艺，其极限可焊壁厚为３．０ｍｍ，因此，局限于薄壁管的焊接。（图片） 这种焊头的最大特点是管／管接头的焊接过程在密闭腔内完成（见图５３），由于腔内充满了保护气体（Ａｒ或Ｈｅ），焊接区得到了良好的保护，使其与周围空气完全隔绝，不会产生任何氧化，焊缝质量可以达到超高标准的要求。图５４示出封闭式焊头焊接的焊缝外观，可见焊缝表面十分光洁、均整。（图片） （图片） 封闭式焊头的内部结构如图５５所示，其由壳体、精密齿轮回转机构、微型电机、夹紧机构、可更换卡盘、钨极夹、导电机构、电缆包、送气软管和遥控器等组成。（图片） 正确使用这种封闭式焊头的关键是必须保证卡盘的内径与待焊管件的外径紧配合，使管子的轴线与回转机构轴线同心，否则在焊接过程中电弧长度将出现较大的变化，甚至导致焊接失败。因此，在焊接之前，应准确测量待焊管件的外径及其公差范围，选配合适的卡盘。另外，在卡盘结构的设计上采取相应措施，使其具有足够的弹性，以适应管件外径可能存在的偏差。图５６示出各种常用的卡盘（或夹头）的结构形式。（图片） 上述封闭式管／管焊头是一种相当精密的焊接工具，目前在世界上也只有少数几家专业生产厂能够制造。焊头的各部件不仅要求加工精确，配合恰当，而且必须采用特种材料，例如焊头的卡盘或夹头大都采用钛合金制造。夹紧机构的挡板应用耐高温的工程塑料制成。焊头在实际使用中，操作工应严格遵守操作规程，待焊管件表面应仔细清理，管端加工必须保证高度垂直，接缝间隙应控制在容许的范围内。当管件外径公差与夹盘或夹头内径不匹配时，切忌强制夹紧，防止损坏夹紧机构。
表４列出瑞典ESAB公司生产的A21型PRH系列封闭式管／管接头焊头的典型技术特性参数，从中可进一步了解这种焊头的技术性能。（图片） 上表所列PRH3-12、PRH3-38和PRH6-76型焊头的标准外形尺寸分别示于图５７和图５８。（图片） （图片） ５．５．１．２开启式管／管接头焊接机头（以下简称开启式管／管焊头）
当待焊管件的壁厚超过３．０ｍｍ，而要求以填丝ＴＩＧ焊工艺焊接时，就必须采用开启式管／管焊头，其外形结构如图５９所示。所谓开启式焊头主要是指焊接过程在大气中进行，焊接电弧和焊接区靠喷嘴流出的保护气流。焊接过程实况见图６０。这种焊头适用的管径范围为８-２７５ｍｍ。（图片）
图５９典型的开启式管／管焊头外形结构 （图片）
图６０开启式管／管焊头焊接过程实况 开启式管／管焊头的结构有多种形式，但都采用夹钳式夹紧机构，并将焊枪的回转机构设计成与夹钳同心。管件接头焊接时，焊头夹钳直接夹在待焊管件直段外壁的适当位置，使钨极尖端对准接缝中心即可，操作十分简便。图６１示出已装夹在管件的接头上开启式管／管焊头。（图片）
图６１待焊状态的开启式管／管焊头 开启式管／管焊头按各种接头焊接工艺的要求可以采取不同的组合形式。图６２示出这种焊头各种组合的分解图形。（图片）
①水冷焊枪；②机械靠模；③焊枪陶瓷喷嘴及气体透镜；④闭环控制电机；⑤焊接程序控制器；⑥水冷Ｃ形夹；⑦按管径调整的夹紧器；⑧机载送丝机；⑨行星传动机构；⑩ＡＶＣ、横摆机构；焊丝调节机构。
图６２开启式管／管焊头各种组合分解图 从中可见，焊头基本上由三大部件组成，即机体（１）、焊枪组件（２）和夹紧机构（３）。其中机体内装有微型电机和编码器、传动机构、回转机构和底板。焊枪组件包括水冷ＴＩＧ焊枪、导丝机构、送丝软管、机械靠模电缆包及托架等。如焊头准备用于中、厚壁管接头，则可更换成装有ＡＶＣ和横摆机构的焊枪组件（４）。夹紧机构有两种形式：一种水冷夹钳，用于要求预热的管件；另一种是通用快速夹钳。根据工况条件，送丝机（５）可直接装在焊头上。如施工中，焊头需经常移动，为减轻焊头的重量，也可采用外接送丝机，通过较长的软管将焊丝送进到焊接熔池，如图６３所示。（图片）
图６３外接送丝机与开启式管／管焊头的组合使用 目前，在一些工业发达国家，开启式管／管焊头早已投入标准化、系列化生产，但产品的技术特性在不断地改进和提升。表５和表６分别列出瑞典ＥＳＡＢ公司生产的Ａ２１型ＰＲＢ和ＰＲＣ系列焊头最新的技术特性数据。（图片） （图片） 其中最常用的ＰＲＢ３３－９０型和ＰＲＣ３３－９０型开启式管／管焊头的主要外形尺寸和最小容许管间距分别示于图６４和图６５。（图片）
图６４ ＰＲＢ３３－９０型开启式管／管焊头的外形尺寸和最小容许管间距示例 （图片）
图６５ ＰＲＣ３３－９０型开启式管／管焊头的外形尺寸和最小容许管间距示例 ５．５．１．３ 爬行小车式管／管接头焊接机头(以下简称小车式管／管焊头)
在近代能源建设工程中，随着工作参数（温度和压力）的不断提高，大直径厚壁管的应用范围迅速扩大，且对接头的质量提出了愈来愈高的要求。为在确保厚壁接头焊接质量的前提下提高生产效率，各国相继开发了各种形式的爬行小车式管／管焊头，目前已达到相当高的技术水平。（图片） 图６６示出最新一代的小车式管／管焊头的全貌，其由精密刚性环形导轨、爬行小车、焊枪组件、机载送丝机和导丝机构、ＡＶＣ和横摆十字拖板、快速定位机构等组成。为减轻焊工的劳动强度或需要远距离操纵焊头，则可在焊头上装上视频监视系统，如图６７所示。（图片） 为精确控制小车的行走速度，采用直流伺服电机和闭环控制。ＡＶＣ／横摆驱动电机则采用微型步进电机。焊枪夹持器选用耐高温材料制成，并通水冷却。填充丝导向机构可三维调节，以使填充丝端部处于最合适的位置。为保证小车在环形导轨上作３６０°旋转不产生脱落和滑动，在小车底部装有精制的锁紧滚轮（见图６８）。另外在小车的侧面装有编码器，以精确定位。（图片） 市售标准型小车式管／管焊头适用于外径大于１６０ｍｍ的中厚壁管的焊接。通常采用填充冷丝的ＴＩＧ焊方法。为提高焊接效率也可选用热丝ＴＩＧ焊工艺方法，如图６９所示。（图片） 表７列出法国ＰｏｌｙＳｏｕｄｅ公司生产的冷丝ＴＩＧ和热丝ＴＩＧ兼用的ＰｏｌｙＣＡＲ６０－２型小车式管／管焊头的技术特性参数。其外形尺寸如图７０所示。（图片） （图片）
图７０ ＰｏｌｙＣＡＲ６０－２小车式管／管焊头外形尺寸 除了上述标准型焊头外，还开发成功多种特殊的小车式管／管焊头。图７１示出一种装有双送丝机构小车式管／管焊头，其特点是可以双向施焊，省去了空车返程时间，大大缩短了辅助时间，提高了生产效率。（图片） 当焊接壁厚超过５０ｍｍ的厚壁管接头时，如采用普通的Ｖ型坡口或Ｕ型坡口，焊缝金属的填充量随壁厚的增大成几何级数增加，焊接效率往往满足不了实际生产的要求。为克服这一矛盾，利用ＴＩＧ焊无熔渣的特点，开发成功了窄间隙ＴＩＧ焊工艺及特殊结构的焊枪，可在宽约１２ｍｍ的窄间隙内连续完成与坡口侧壁熔合良好的多层厚壁焊缝，如图７２所示。标准型小车式管／管焊头略加改装，即可用作厚壁管窄间隙对接接头的焊接。图７３示出准备用于厚壁管窄间隙焊的小车式管／管焊头外形。（图片） （图片） 为进一步提高焊接效率，最近已将热丝ＴＩＧ焊工艺引入厚壁管接头的窄间隙焊，研制出经久耐用、保护良好、结构独特的窄间隙热丝ＴＩＧ焊枪并经受了长时间生产使用的考验。图７４示出这种新型窄间隙热丝ＴＩＧ焊枪的外形结构。（图片） 5.5.2 管/管板接头焊接机头
管/管板接头焊接机头是专为焊接管式热交换器管子/管板接头而设计的专用焊接工具。按其结构形式可分为封闭式和开启式两大类，对于无间隙管子/管板接头，已开发出专用于管子内孔焊的焊接机头。
5.5.2.1封闭式管/管板接头焊接机头（以下简称封闭式管/管板焊头）
封闭式管/管板焊头是在充气的密闭圆筒形罩内完成焊接过程而得名，其外形如图75所示。按其功能的多少可分简易型和多功能型两种。（图片） （图片）
图75 （1）简易型封闭式管/管板焊头
图76示出这种管/管板焊头的结构，其由壳体、焊枪回转机构，驱动定位系统、胀紧式定位芯轴、环形输气、水冷、导电装置，手动夹紧机构和圆筒形气罩等组成，适用于最小内径10mm, 最大外径25.4mm管/管板接头，可以焊接平齐式、内缩式和外伸式管子/管板接头。其缺点是不可添加填充丝，局限于薄壁管/管板焊接。（图片）
图76 简易型封闭式管/管板焊头的结构 标准型TS25管/管板焊头的主要技术参数列于表8，其外形尺寸见图77。（图片） （图片） （2）多功能型封闭式管/管板焊头
这种焊头的结构示于图78。其主要组成部件与简易型焊头相似，但可选配气动夹紧机构，三脚定位支架，以适应各种形式的管板结构。焊头手柄上还装有遥控器，更方便操作。也可配装特制的内孔焊枪完成全焊透的管子/管板端接接头以及集箱管内环缝的焊接，如图79和80所示。其主要技术参数列于表9。焊头的外形尺寸见图81。（图片） （图片） （图片） 5.5.2.2开启式管/管板接头焊接机头（以下简称开启式管/管板焊头）
开启式管/管板焊头的结构如图82 所示，其由壳体、焊枪回转机构，环形送气、水冷、导电机构，闭环控制的驱动电机，定位编码器，AVC装置, 机载送丝机，4轴导丝机构，变角度焊枪支架和气动夹紧定位装置等组成。（图片） 与封闭式管/管板焊头相比，其最大的区别是采用陶瓷喷嘴焊枪保护焊接区, 并可填丝，连续焊接二层，适用范围明显扩大。可以焊接各种形式的管子/管板接头，包括平齐式、外伸式、内缩式、端接式和内孔对接式。图83示出采用这种焊头的焊接实况。（图片） 图84示出另一种结构式的开启式管/管板焊头的外形，采用心轴定位，其内部结构见图85。上述两种开启式管/管板焊头的技术特性参数列于表10, 焊头的外形尺寸分别示于图86和图87。（图片） （图片） 5.5.2.3 管子/管板接头内孔焊机头（以下简称管/管板内孔焊头）
对于某些工作介质腐蚀性较严重的热交换器，设计图样要求采用无间隙全焊透的管子/管板接头，这就必须使用特殊结构的管子/管板焊头，从管子的内孔进行焊接。这种内孔焊头都采用标准型管/管板焊头进行改装。图88示出装有杆状内孔焊枪的TS2000型管/管板焊头以及内孔焊接的焊缝外观。内孔焊枪通常按待焊管子的内径配制, 因此，一种规格的管径应专配一种内孔焊枪。
当所焊管子的壁厚大于3.0mm时, 则应采用可填丝的内孔焊枪，如图89 所示。（图片）
图89 可填丝内孔焊枪 对于超临界电站锅炉集箱接管焊缝，为确保其全焊透，也要求在接管内孔焊接内环缝。图90示出专用于集箱接管内孔焊的焊枪结构。（图片）
图90 集箱接管内孔焊焊枪结构 现代轨道式自动焊接技术的新发展（下）
4/17/2014
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