全位置管道自動(dòng)焊接設(shè)備的研究

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1、第4期·施工與焊接·　　　15全位置管道自動(dòng)焊接設(shè)備的研究122王　偉,薛　龍,李明利(11石油大學(xué)(北京)機(jī)電學(xué)院,北京102200;21北京石油化工學(xué)院,北京102600)【摘要】本文從三方面論述了制約管道全位置自動(dòng)焊接設(shè)備全面推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素,即管道環(huán)縫的自動(dòng)跟蹤、焊接規(guī)范參數(shù)的調(diào)整及擺動(dòng)模塊等執(zhí)行機(jī)構(gòu)各類(lèi)誤差的快速補(bǔ)償,并提出了可行性方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研制的管道全位置自動(dòng)焊設(shè)備跟蹤精度高、焊縫成型好,可以實(shí)現(xiàn)管道的全位置自動(dòng)焊接。關(guān)鍵詞:管道環(huán)縫　自動(dòng)焊　自動(dòng)焊機(jī)　自動(dòng)跟蹤中圖分類(lèi)號(hào):U17513TG432文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1004-9614(2002)04-0015

2、-02林肯中小口徑管道焊接設(shè)備,及國(guó)內(nèi)石油天然氣管道1　前言局管道專(zhuān)用焊接設(shè)備等,均人為假設(shè)管道環(huán)縫組裝均管道輸送是一種安全、經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境破壞小的運(yùn)輸勻一致,并且焊接小車(chē)爬行軌道與焊縫平行,在必要時(shí)方式。其建設(shè)地區(qū)跨度大,沿線施工環(huán)境惡劣,加之管完全依賴人工調(diào)節(jié)焊槍從而無(wú)焊縫跟蹤功能,所以嚴(yán)道輸送逐步向高壓(715MPa)、大口徑(Φ1420mm)方格地講這些設(shè)備均不能稱為管道自動(dòng)焊設(shè)備。向發(fā)展,這對(duì)管道環(huán)焊縫的焊接提出了更高的要求,管另外,在焊接規(guī)范參數(shù)的自調(diào)節(jié)方面,目前所具有道環(huán)焊縫的焊接成為制約整個(gè)工程質(zhì)量和建設(shè)周期的的自動(dòng)焊設(shè)備,均建立在焊前大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,關(guān)鍵工序。在我國(guó)

3、的長(zhǎng)輸管道焊接工程中,由于受技并且所建立的數(shù)學(xué)模型均與實(shí)際存有很大出入,這樣術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件的制約,還停留在手工焊、半自動(dòng)焊不但使焊前準(zhǔn)備工作過(guò)程復(fù)雜化,自動(dòng)焊設(shè)備適應(yīng)性的水平上,往往造成施工周期長(zhǎng),成本高,經(jīng)濟(jì)效益較降低,而且在焊接過(guò)程中所調(diào)節(jié)規(guī)范參數(shù)的合理性,即差,加上人為因素的干擾,因而施工質(zhì)量的穩(wěn)定性同樣焊接質(zhì)量得不到保證。也得不到保證。因此,研制開(kāi)發(fā)全位置自動(dòng)焊技術(shù),對(duì)其次,目前的自動(dòng)焊設(shè)備的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)大多采用擺推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步,提高施工水平具有重要意義。鐘式原理,即擺動(dòng)機(jī)構(gòu)左右等幅交替擺動(dòng),針對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差,尤其是具有頻繁換向需求的擺動(dòng)機(jī)2　管道全位置自動(dòng)焊接技術(shù)現(xiàn)狀構(gòu)所帶

4、來(lái)的換向耦合誤差無(wú)能為力,從而照成誤差的管道全位置自動(dòng)焊接就是在管道相對(duì)固定的情況累積,使擺動(dòng)的中心偏離實(shí)際焊縫中心,焊接熔池位置下,借助于機(jī)械、電氣的方法,使焊接設(shè)備帶動(dòng)焊槍沿偏離焊縫。焊縫環(huán)繞管壁運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。3　新研制的管道自動(dòng)焊接設(shè)備的特點(diǎn)目前,全位置自動(dòng)焊技術(shù)在大直徑厚壁壓力管道焊接中全面應(yīng)用尚有一定難度,其主要原因是:(1)大本文作者研制的管道自動(dòng)焊設(shè)備具有如下三方面直徑厚壁壓力管道的安裝環(huán)縫組裝難以達(dá)到均勻一致特點(diǎn),從而為上面提出的問(wèn)題提供解決方案。的高精度,這就要求全位置自動(dòng)焊設(shè)備能根據(jù)坡口尺311　管道環(huán)縫的自動(dòng)跟蹤　寸和偏差自動(dòng)調(diào)整焊槍位置,從而實(shí)現(xiàn)焊縫的自

5、動(dòng)跟焊縫跟蹤是實(shí)現(xiàn)管道環(huán)縫自動(dòng)化焊接的前提,它蹤。但鑒于焊接過(guò)程的應(yīng)用環(huán)境惡劣,傳感器要受到包括兩個(gè)方面:(1)管道環(huán)縫位置的檢測(cè);(2)焊槍糾弧光、高溫、煙塵、飛濺、振動(dòng)和電磁場(chǎng)的干擾,故焊縫偏,即實(shí)現(xiàn)焊槍對(duì)焊縫的實(shí)時(shí)跟蹤。概言之,能否有效的自動(dòng)跟蹤實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難;(2)焊縫的空間位置不的進(jìn)行焊縫跟蹤主要依賴于閉環(huán)控制系統(tǒng)中的傳感器斷變化,要求焊接系統(tǒng)能根據(jù)焊槍所在位置自動(dòng)及時(shí)和跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度。調(diào)整焊接工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)各處焊縫成型基本一致;(3)前已述及,焊接過(guò)程的應(yīng)用環(huán)境惡劣,傳感器種類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu),尤其是需高頻換向的焊槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)誤繁多,但能應(yīng)用于焊縫跟蹤的主要有光學(xué)傳感、電弧傳

6、差的定量識(shí)別及高精度快速實(shí)時(shí)補(bǔ)償難度較大。感和聲學(xué)傳感。理論上講,直接應(yīng)用電弧本身的弧長(zhǎng)、目前,國(guó)內(nèi)外已研制成功的自動(dòng)焊接設(shè)備,如美國(guó)弧光做傳感信號(hào)的電弧傳感器應(yīng)是最優(yōu)的,因?yàn)樗?6　　　管道技術(shù)與設(shè)備2002年附加任何裝置,簡(jiǎn)單可靠,焊槍運(yùn)動(dòng)的靈活性和可達(dá)性出節(jié)點(diǎn)為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°處的理想的好。但鑒于電弧漂移、磁偏吹、電弧收縮和擴(kuò)散等干焊接電流、電弧電壓、送絲速度、小車(chē)行走速度、焊槍振擾,使該類(lèi)傳感器的精度、抗擾性(穩(wěn)定性)和靈敏度都動(dòng)頻率等一系列參數(shù),然后將這些參數(shù)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)不夠理想。另外,已成型的該類(lèi)傳感器如擺動(dòng)電弧傳進(jìn)行擬合、運(yùn)算,這

7、樣就實(shí)現(xiàn)了從0°-180°的自動(dòng)焊感器、旋轉(zhuǎn)電弧傳感器尺寸較大,不利于應(yīng)用于小型化接。實(shí)際焊接與實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)可能稍存差距,為此在管道自動(dòng)焊設(shè)備中。焊接過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)焊接參數(shù),如送絲聲學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:弧焊條件下對(duì)弧光、電場(chǎng)、速度、振動(dòng)頻率等參數(shù)。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)磁場(chǎng)、煙霧等干擾不敏感,經(jīng)久耐用、價(jià)格低廉。其缺的,為使這些參數(shù)的調(diào)節(jié)相匹配,可采用建立空間坐標(biāo)點(diǎn)是:對(duì)母材表面要求較高,承載聲波的介質(zhì)對(duì)其影響方程的方法