英尼格玛ENIGMA GIIW技术助力膜式水冷壁智能堆焊降本增效

来源：英尼格玛  

随着锅炉中燃烧物多样化的发展趋势，燃烧物对锅炉膜式壁的腐蚀性愈加强烈，在膜式壁表面堆焊一层耐腐蚀材料成为延长膜式壁使用寿命的重要措施。然而，传统的焊接方式对人工依赖程度高、生产效率低、成本高且生产质量也不够稳定。ENIGMA通过基于图形图像技术（GIIW）驱动的智能焊接技术完成膜式壁全自动化生产工序，极大的改善了这一问题，生产过程可减少80%人力，节省50%材料成本，效率提升30%，质量稳定可靠。

随着社会的进步和科学技术的发展，各种机械设备正沿大型化、高效率、高质量的方向发展，对机械产品的可靠性和使用性能要求越来越高。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，可以提高产品和设备的性能、延长使用寿命、降低成本，因此越来越多地应用于各个工业部门零件的制造和修复中。

堆焊是在零件表面或边缘熔敷耐磨、耐蚀或特殊性能的金属层来制造双金属零件或修复外形不合格的金属旧零件的工艺方法。随着企业对于焊接工件的要求逐渐个性化，焊接工艺愈加复杂，而参数和焊接工艺有限，焊接逐渐向智能化方向发展，智能化无人化焊接也必然成为未来工业制造的发展趋势。

客户需求
案例中的工件为膜式水冷壁，膜式壁是大型水管锅炉的受热面，锅炉由管道和鳍板制成，其主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中作上升运动，受热蒸发转换成其他动能，主要用于商业和工业发电。而面对越来越难燃烧和腐蚀性越来越强的燃料变化趋势，膜式水冷壁服役环境日趋恶劣，极易受到锅炉内高温、烟气等高温腐蚀和表面冲蚀，当温度达到350°以上的高氯含量介质气体，能促使每年2mm以上的钢材腐蚀，这些因素会导致锅炉的运行存在安全隐患，因此用户不得不为膜式壁开发额外防腐措施——在其表面堆焊一层耐腐蚀材料，延长膜式壁的使用寿命，提高企业生产效率，降低生产成本，增强企业核心竞争力。

此案例中，客户需要在长12米的膜式壁管屏外部，堆焊一层耐腐蚀的Ni625合金来保证膜式壁能够一次性使用5-6年左右，通常每年腐蚀速度约为0.2~0.3mm，因此最优堆焊厚度约为1.2-1.8mm，才能够保证既节省材料又达到耐腐蚀寿命的要求。稀释率为熔敷金属被稀释的程度，对防腐效果起决定性作用，低的稀释率意味着设备的使用寿命更长。通常稀释率采用Fe元素在熔覆金属中所占的百分比来表示，一般锅炉膜式壁的Ni625合金堆焊要求稀释率≤5%。

传统焊接方式
客户之前采用半自动化焊接的方式，虽然堆焊由专机执行，但还需人工确认焊接位置调整焊枪姿态，生产存在弊端：

生产效率低
每一道堆焊焊缝需人工机械式调整焊枪位置，需花费一定的时间，而且堆焊过程中要人工实时观察监测焊接质量，全程陪同生产，人走机停，无法做到不间断生产。

人工成本高
半自动化堆焊方式需要人工全程一对一陪产，人工成本高，且因为生产环境差，导致人员流动性大，在无形中进一步增加了企业的用人成本。

材料成本高
原来的堆焊工艺人为因素干扰大，焊接质量不稳定，造成材料浪费。

解决方案
核心技术
GIIW—基于图形图像技术驱动的智能焊接技术

核心系统设备
路径规划软件IungoRP、水冷壁装夹定位模块、工业六轴机器人、工业3D相机、升降平台、焊接电源和其他焊接设备。

工艺原理
通过视觉采集图像信息来识别出钢管和扁钢形状特征和位置信息后，计算堆焊路径、焊枪姿态，匹配焊接工艺；并且可以通过3D视觉，修正由于装夹、变形、零件本身尺寸精度等因素引起的误差，计算出合理的堆焊路径和焊接参数，转换为机器人执行代码，完成膜式壁自动化生产工序。

GIIW智能焊接技术主导的焊接生产过程

IungoRP智能软件——在软件内填写工件信息，启动智能焊接
3D视觉扫描——进行焊接定位引导，可在无需人工干预的情况下进行测量。
扫描完毕，生成点云图——图像特征清晰，为制造提供有力的数据支撑。
智能焊接——软件通过视觉扫描数据，自动识别工件表面特征、规划焊接路径并匹配焊接工艺参数，计算焊枪姿态，下发到机器人。
3D视觉扫描——在线焊后表面质量检测，且检测结果具有高精度，高可靠性。

优势
降低材料成本
传统MIG堆焊方式厚度约为2.5mm左右。而现在设备采用立向下焊——从上到下水平摆动的方式进行焊接，熔池流动性更好，配合CMT焊接技术及专利能量控制技术，焊接过程控制数字化，送丝速度稳定，热输入量低，有利于减少焊接产生的飞溅，在很大程度上避免了气孔的产生，从整体上提高了焊接表面成形质量，且在保证稀释率≤5%的情况下，可稳定焊接厚度单层堆焊为1.2mm，材料成本可节省50%左右，大幅度提高了材料利用率，也降低了材料成本。

降低人工成本，提高生产力
应用GIIW智能焊接技术，一个员工可以同时监控多套设备生产状态，如果按照8台设备计算，传统堆焊转机需要8个人陪产，而现在只需要2个人来完成，在保证产能的前提下可减少80%左右的人力。

智能提效，提高生产效率
软硬件配合，智能化焊接，无人监测时也可以不停的焊接，可做到24小时不间断生产，生产效率提高30%左右。

效果分析
锅炉膜式壁采用GIIW膜式壁堆焊系统堆焊Inconel625镍基材料防护措施后，取得的效果如下：

• 防护层使用寿命可达5年以上，实现了发电设备的安全生产稳定运行。
• 解决了受热面腐蚀问题，其锅炉受热面的承受极限温度有明显提升，日处理燃烧料量增加可达30%，取得了良好的社会效益。
• 管壁积灰问题也得到了很好的改善，提高了热转换效率，从而提高了发电厂的发电量，经济效益显著。
  

客户的声音
目前，应用英尼格玛的GIIW智能焊接技术，不仅大幅度提高了我们的生产效率，提升了焊接表面成形质量，降低人工及材料成本，还极大的改善了员工的工作环境。整个堆焊过程标准化、无人化，提升了企业和产品的核心竞争力，为企业可持续发展助一臂之力。而且相较于传统焊接，这种智能焊接方式让员工对未来充满了希望也有了更深的追求。