深水海底管线铺设自动焊接技术研究.pdf

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1、第4l卷第1期2012年02月船海工程S}ⅡP＆OCEANENGrNEERINGV01．41No．1Feb．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．01．027深水海底管线铺设自动焊接技术研究周灿丰‘。焦向东1．陈家庆1，纪文刚1，李志刚2．赵冬岩2．曹军2(1．北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京高校工程研究中心，北京1026172．海洋石油工程股份有限公司．天津300451)摘要：介绍深水海底管线铺设自动焊接设备的研制以及自动焊接工艺方案的设计与实施，通过管道焊接接头超声检验和力学性能试验证明，采用双车双炬

2、焊接成功的管道接头均符合APISTDll04—2005要求。在建造场地模拟试验的基础之上，成功地进行了自动焊接海上试验。关键词：海底管线；自动焊接设备；焊接工艺；管道接头；海上试验中围分类号：TC,409文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)01躺．．03我国海底管道铺设在20世纪90年代末期引进了半自动焊技术，随后又引进了更为先进的全自动焊技术”⋯。但是，我国铺管起重船上主铺管作业线采用的一直是国外公司的全自动焊接设备，对工程作业造成很大的技术和经济制约。为此，在“十一”期间，开始了深水海底管道铺设焊接技术国产化研究”⋯。本研究开发

3、了海底管道铺设自动焊接设备。田1海底管道S形铺设焊接"rtCtj设备组成1海底管道铺设自动焊接设备研制1．2自动焊接小车1．1自动焊接设备总体设计海底管道S形铺设时，铺管起重船上主铺管作业线顺序布置若干焊接工作站，顺次完成根焊、填充焊和盖面焊等工序。每个焊接工作站由2套双车双炬自动焊接系统组成，分别布置在管道左右两侧，各自完成管道半个圆周的焊接。见图1。2台焊接小车安装在同一圆导轨上，其中1台焊接小车先从12点位置引弧向下焊接，之后另1台小车从相同位置开始向下焊接，见图l。每台焊接小车安装2把焊枪，焊枪间距约为50∞，焊接时形成2个独立熔池。双炬焊接

4、与单炬焊接相比，焊接效率提高近1倍。收稿日期：2011—03—21修回日期：2011—03—23资助项目：国家863高科技资助项目(2006AA09A105)；北京市J蓠掣鞘墩人才强教’棚J(P

5、武珊Dn蛳。第一作者简介：周灿丰(1970一)，男，博士。教授。研究方向：焊接与连接技术E-mall：canfeng@bipt．edu．C1'1自动焊接小车安装在圆导轨上，见图2，主要由小车锁紧机构、小车底板、小车行走机构、焊枪横向摆动机构、焊枪高低调整机构和焊枪组件组成。图2自动焊接小车海底管道带有混凝土配重层，为保证铺设效率、控制铺设成本，严格控制管道两

6、端混凝土配重层剥离长度。自动焊接小车外形尺寸严格控制在长×宽×高=370mm×285mmx175mm以内，满足在狭小空间的操作需要。此外，海底管道铺设每日铺设量近200根。操作时需要频繁装卸焊接小车，要求小车轻巧，小车重量小于16kg，大幅度降低了操作人员的工作强度。1．3自动焊接设备控制系统自动焊接控制系统组成见图3。该控制系统深水海底管线铺设自动焊接技术研究——周灿丰，焦向东，陈家庆，纪文刚，李志刚．赵冬岩，曹军以工业PC机作为的主控制器，通过CAN总线实现与焊接小车各轴驱动电机、焊接电源等外围设备的接口，通过Ethemet网络接口实现上层监督计

7、算机的通信。⋯。0Tf5女f一一二口I．一l图3自动焊接设备控制系统组成该控制系统与现有的多数管道自动焊接系统相比，具有以下技术特点。1)焊接行走采用2个伺服电机驱动，2个电机的同步是通过驱动器内置的同步控制程序来实现的。2)焊车行走、焊枪横向摆动、焊枪高低调整的4个驱动器集成在焊接小车车体之上，驱动器具备很高的智能，实现了车载计算，其显著优点是减少了大量的连接电缆。驱动器自带模拟量输入接口，因而倾角传感器输出的焊车位置信号直接传输给驱动器。程序根据不同的焊车位置进行计算，控制焊接电源输出不同的焊接电流，从而方便地实现全位置焊接。3)该控制系统通过采

8、用CANOpen总线技术，不仅各个单元之间连接线缆大为减少，而且焊接系统的可扩展性得到巨大提高。2海底管道铺设自动焊接工艺2．1工艺总体方案海底管道铺设对于焊接的基本要求是：在保证焊接质量的前提之下，要求尽可能高的焊接效率。采用高效率的双丝焊接完成根焊、填充焊和盖面焊的完整过程。采用带铜衬垫的内对I：1器进行根焊，衬垫的应用使得在保证背面焊透的前提下，能够采用较大的焊接规范获得较高的焊接效率。采用坡13角度为4—5。的窄坡口．对于壁厚为12．7mm的管道而言，管道两端对口之后外表面距离仅为7．0nl／ll左右，大幅度提高了焊接效率、减少了金属填充量。

9、2．2工艺实验焊接试验管道为API5LX65无缝钢管。外径323．9inlll，壁厚为12．7mm，坡口为4