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1、第4期·施工与焊接·15全位置管道自动焊接设备的研究122王伟,薛龙,李明利(11石油大学(北京)机电学院,北京102200;21北京石油化工学院,北京102600)【摘要】本文从三方面论述了制约管道全位置自动焊接设备全面推广应用的关键因素,即管道环缝的自动跟踪、焊接规范参数的调整及摆动模块等执行机构各类误差的快速补偿,并提出了可行性方案。实验结果表明,所研制的管道全位置自动焊设备跟踪精度高、焊缝成型好,可以实现管道的全位置自动焊接。关键词:管道环缝自动焊自动焊机自动跟踪中图分类号:U17513TG432文献标识码:B文章编号:1004-9614(200
2、2)04-0015-02林肯中小口径管道焊接设备,及国内石油天然气管道1前言局管道专用焊接设备等,均人为假设管道环缝组装均管道输送是一种安全、经济、对环境破坏小的运输匀一致,并且焊接小车爬行轨道与焊缝平行,在必要时方式。其建设地区跨度大,沿线施工环境恶劣,加之管完全依赖人工调节焊枪从而无焊缝跟踪功能,所以严道输送逐步向高压(715MPa)、大口径(Φ1420mm)方格地讲这些设备均不能称为管道自动焊设备。向发展,这对管道环焊缝的焊接提出了更高的要求,管另外,在焊接规范参数的自调节方面,目前所具有道环焊缝的焊接成为制约整个工程质量和建设周期的的自动焊设备,
3、均建立在焊前大量试验数据的基础上,关键工序。在我国的长输管道焊接工程中,由于受技并且所建立的数学模型均与实际存有很大出入,这样术水平和经济条件的制约,还停留在手工焊、半自动焊不但使焊前准备工作过程复杂化,自动焊设备适应性的水平上,往往造成施工周期长,成本高,经济效益较降低,而且在焊接过程中所调节规范参数的合理性,即差,加上人为因素的干扰,因而施工质量的稳定性同样焊接质量得不到保证。也得不到保证。因此,研制开发全位置自动焊技术,对其次,目前的自动焊设备的摆动机构大多采用摆推动技术进步,提高施工水平具有重要意义。钟式原理,即摆动机构左右等幅交替摆动,针对各执
4、行机构的传动误差,尤其是具有频繁换向需求的摆动机2管道全位置自动焊接技术现状构所带来的换向耦合误差无能为力,从而照成误差的管道全位置自动焊接就是在管道相对固定的情况累积,使摆动的中心偏离实际焊缝中心,焊接熔池位置下,借助于机械、电气的方法,使焊接设备带动焊枪沿偏离焊缝。焊缝环绕管壁运动,从而实现自动焊接。3新研制的管道自动焊接设备的特点目前,全位置自动焊技术在大直径厚壁压力管道焊接中全面应用尚有一定难度,其主要原因是:(1)大本文作者研制的管道自动焊设备具有如下三方面直径厚壁压力管道的安装环缝组装难以达到均匀一致特点,从而为上面提出的问题提供解决方案。的
5、高精度,这就要求全位置自动焊设备能根据坡口尺311管道环缝的自动跟踪寸和偏差自动调整焊枪位置,从而实现焊缝的自动跟焊缝跟踪是实现管道环缝自动化焊接的前提,它踪。但鉴于焊接过程的应用环境恶劣,传感器要受到包括两个方面:(1)管道环缝位置的检测;(2)焊枪纠弧光、高温、烟尘、飞溅、振动和电磁场的干扰,故焊缝偏,即实现焊枪对焊缝的实时跟踪。概言之,能否有效的自动跟踪实现起来比较困难;(2)焊缝的空间位置不的进行焊缝跟踪主要依赖于闭环控制系统中的传感器断变化,要求焊接系统能根据焊枪所在位置自动及时和跟踪执行机构的精度。调整焊接工艺参数,实现各处焊缝成型基本一致;
6、(3)前已述及,焊接过程的应用环境恶劣,传感器种类执行机构,尤其是需高频换向的焊枪摆动机构传动误繁多,但能应用于焊缝跟踪的主要有光学传感、电弧传差的定量识别及高精度快速实时补偿难度较大。感和声学传感。理论上讲,直接应用电弧本身的弧长、目前,国内外已研制成功的自动焊接设备,如美国弧光做传感信号的电弧传感器应是最优的,因为它不16管道技术与设备2002年附加任何装置,简单可靠,焊枪运动的灵活性和可达性出节点为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°处的理想的好。但鉴于电弧漂移、磁偏吹、电弧收缩和扩散等干焊接电流、电弧电压、送丝速度、小车行走
7、速度、焊枪振扰,使该类传感器的精度、抗扰性(稳定性)和灵敏度都动频率等一系列参数,然后将这些参数送到计算机内不够理想。另外,已成型的该类传感器如摆动电弧传进行拟合、运算,这样就实现了从0°-180°的自动焊感器、旋转电弧传感器尺寸较大,不利于应用于小型化接。实际焊接与实验时的数据可能稍存差距,为此在管道自动焊设备中。焊接过程中可以根据实际情况调节焊接参数,如送丝声学传感器的优点是:弧焊条件下对弧光、电场、速度、振动频率等参数。这些参数的调节是相互关联磁场、烟雾等干扰不敏感,经久耐用、价格低廉。其缺的,为使这些参数的调节相匹配,可采用建立空间坐标点是:对母
8、材表面要求较高,承载声波的介质对其影响方程的方法。即将焊车行走、送丝速度及焊枪振
