螺旋埋弧焊钢管内焊缝自动跟踪系统的实现

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1、焊管第23卷第4期2000年7月13螺旋埋弧焊钢管内焊缝自动跟踪系统的实现徐安和付振堂方天一(东北输油管理局辽阳钢管厂111000)摘要利用彩色摄象机做为温度传感器,采用热模拟技术,CAGD(计算机辅助图形设计)等高新技术,通过对内焊缝背面温度场分布情况进行图象处理,从而准确~及时地识别出电弧中心与板缝合口的偏差量,经步进电机随时调整O这样就从根本上解决了螺旋焊管内焊缝自动跟踪这一长期未能解决的难题O本系统已在辽阳钢管厂运行两年之久O时间~实践证明性能稳定,跟踪准确,属我国焊管行业一个突破O主题词螺旋焊钢管自动跟踪温度场热模拟技术CAGD技术1综述稳定~有效地应用在螺旋

2、焊管生产线上O1.1问题的提出1.3实现内焊缝自动跟踪的主要困难随着我国石油工业及管道建设事业的飞所谓焊缝自动跟踪应该是实现焊丝头速发展,螺旋埋弧焊钢管得到了广泛的应用O(电弧)相对于板缝的跟踪O而不是实行焊机高压~高强度~长距离输送对钢管的质量要求头相对于板缝的"点位跟踪O因为后者不能越来越高O钢管的焊接质量已引起业主和生克服因导电嘴磨损而产生的焊偏O导电嘴磨产厂家的高度重视O螺旋焊管在生产过程中,损问题在研究焊缝自动跟踪上是不容忽视由于钢板的横向窜动~成型角的调整~导电嘴的O实现螺旋埋弧焊钢管内焊缝自动跟踪的的磨损等诸多原因,时常会出现焊偏,对钢管主要困难是:的生产

3、质量构成严重的威胁O如何采用一种(1)由于焊剂埋弧,人们无法直观地看清行之有效的办法,实现螺旋焊管内焊缝的自熔池的位置O动跟踪,彻底解决内焊焊偏问题,几十年来一(2)管内空间狭小,条件恶劣,无法安装直是摆在各管厂技术人员面前的重要课题O传感器O1.2国内外自动跟踪发展概况(3)一般情况(板厚小于12mm)不开坡焊缝自动跟踪一直是焊接自动化研究的口,无参照点O重要课题O多年来,国内外许多专家~学者一(4)导电嘴的随机非线性磨损O直在奋力地进行焊缝自动跟踪的研究O他们采用各种传感器,研制成机电式~光电式~电2焊缝背面的温度场分布与传感器的磁式~电弧式等各种自动跟踪设备O应用

4、在氩选择弧焊~二氧化碳气体保护焊等焊接领域,取得2.1手动跟踪与焊缝背面的温度场分了可喜的进展O七~八十年代,国内各管厂都布不惜重金与大专院校等科研单位合作进行内我们曾在<焊管>1997年第1期上发表焊缝自动跟踪的研究O据说沙市石油钢管厂了关于螺旋焊管内焊缝自动跟踪原理的文还从美国引进了自动跟踪设备O但据笔者了章O由于条件所限,当时我们并未进行温度分解,此前国内尚无一种自动跟踪方法能长期~布情况的实测O只是将凭肉眼长期观察到的14焊管2000年7月手动跟踪情况进行了理论分析0后来我们对焊缝背面温度场分布情况的实测表明,当时的分析基本上是正确的02.2焊缝背面温度场分布测

5、试实验直接测量焊缝的温度场分布困难很大0受印刷业分色'技术的启发,根据温度颜色灰度之间的关系,以及光谱理论提出的颜色和温度具有一定的线性关系,我们决定图2内焊缝背面温度分布曲线用彩色CCD摄象机做为温度传感器进行温度场分布测试实验0(1)实验方法利用录象机将内焊缝背面温度颜色情况连续摄入录象带上,在实验室用微机反复对录象画面进行分色'处理,通过灰度等级测定焊缝背面横向温度分布曲线0图3焊偏时焊缝背面温度分布曲线(2)实验设备用时,实际检测位置为C点)研华PC610工业控制计算机VBSE100从图2可以看出,温度曲线形状是随检图象采集处理卡TP901CCD摄象机实验情测点

6、距焊点的距离不同而变化的0在C点,况见图10由于热传导比热辐射快,板缝处的温度明显高出两侧0在B点,板缝的温度与两侧很接近0而在A点,由于距焊点较远,板缝处散热较快,其温度低于两侧而形成低谷0图2曲线表明了焊偏时,由于钢板间隙的存在使传热过程中产生了一定的热损失,这时,焊缝的横向温度分布曲线丧失了对称性和光滑性,此点曲线的变化斜率达到最大值0图1温度场测量装置示意图2.4跟踪方法的确定与传感器的选择E点钢管成型点D点内焊点上述测试实验告诉我们,测量焊缝背面C点测试点3B点测试点2A点测试点1的温度场分布情况,能获得大量的焊接信息0如果采用这种方法,能准确地找出板缝和焊(

7、3)实验条件丝头位置,那么内焊缝自动跟踪问题也就迎D711>7螺旋焊管;焊接速度=1.4m/韧而解了0min;弧压=36V;焊接电流=750A;熔池宽总结以往研究的经验和教训,首先我们12mm,测试点,AB=150mm,BC=100mm,排除了在管内安装任何传感器的可能性0在CD<100mm0管外采用CCD彩色摄象机做为温度传感器,2.3实验结果及分析具有体积小,响应速度快,实时性好等许多优在焊偏量小于0.2mm时,测得A~B~C点0它能测量出焊缝的温度场分布趋势,是研三点的温度分布曲线如图20焊偏量为究自动跟踪较为理想的视觉传感器01.