长输管道全位置自动焊接技术

第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集 其它 长输管道全位置自动焊接技术 管道局焊接中心刘守龙马佳 管道局特种机具研究所曾惠林闰政 摘要本文介绍r 管道全位置自动焊接装置的组成和结构，分析了常用于管道焊接的自动焊接工艺和气体保 护工艺的特点及存在的问题，提出了对焊过程中焊接小车的行走速度、送丝速度及焊枪左右震动频率的控制方法。 关键词：长输管道、自动焊接技术、计算机控制系统、工艺 目前管道施工己逐渐从手工焊接向全自动焊接方向发展因此，管道全位置自动焊接装置的 研制就具有十分重要的意义。管道全位置自动焊接就是指在管道相对固定的情况下，焊接小车带动 焊枪沿轨道围绕管壁运动。从而实现自动焊接。一般而言，全位置自动焊接装置由焊接小车、行走 轨道、自动控制系统等部分组成。研制全位置自动焊接装置的目的就是为了提高焊接质量和劳动生 产率、减轻工人的劳动强度。 1 环缱自动焊接装置( 焊接小车) 焊接小车是自动焊接过程的驱动机构，它安装在焊接轨道上，带着焊枪沿管壁作圆周运动，是 实现管口自动焊接的重要环节之一。它的核心部分是行走机构、送丝机构和焊枪摆动凋节机构。行 走机构由电机和齿轮传动机构组成，为使行走电机执行计算机控制单元发出的位置和速度指令，电 机应带有测速反馈机构，以保证电机在管道环缝的各个位置准确对位，而且具有较好的速度跟踪功 能。送丝机构必须确保送丝速度准确稳定具有较小的转动惯量，动态性能较好，同时应具有足够 的驱动转矩。而焊枪摆动调节机构应具有焊枪相对焊缝左右摆动、左右端停留、上下左右姿态可控、 焊枪角度可以调节的功能。焊接小车的上述各个部分，均由计算机实现可编程控制，程序启动后 焊接小车各个部分按照程序的逻辑顺序协调动作。在需要时也可由人工干预焊接过程，而此时程序 可以根据干预量自动调整焊接参数并执行。 图1P A W2 0 0 0 焊接小车外形 2 焊接轨道 轨道是装帚在管子上供焊接小车行走核定位的专用机构，因此轨道的结构直接影响到焊接小车 行走的平稳度和位置度，也就影响到焊接质量。轨道麻满足F 列条件： 3 0 9 苎三旦生篓垫垄塑堡! 塑蜜旦垫查銮堕叁堡塞墨 一 一! 堕 a )装拆方便、易于定位； b 1结构台理、重量较轻； c ) 有一定的强度和硬度，耐磨、耐腐蚀。 国际上通常使用的轨道不外乎为柔性轨道和刚性轨道两种。所谓刚性轨道就是轨道的本体刚度 较大、不易变形，而柔性轨道则是相对刚性轨道而言。两种类型的轨道各有各自的特点。刚性轨道 定位准确、装卡后变形小，可以确保焊接小车行走平稳，焊接是焊枪径向调整较小，但重量较大、 装拆不方便。而柔性轨道装拆方便、重量较轻，精度没有阿性轨道高。 3 送丝方式 送丝的平稳程度直接影响焊接质量。送丝方式可以简单分为拉丝和推丝两种方式。由于拉丝时 焊枪离送丝机的安装位燕较近，焊接过程中焊丝离开送丝机后受到的阻力较小，因此可以保证送丝 过程平稳，但送丝集合焊丝盘均须安装在焊接小车之上，增加了焊接小车的重基给人工装拆增加 了困难，重量增加还容易造成焊接小车行走不平稳。使用直径为0 8 m m 或 , O m m 的小盘焊丝( 重量 约为5 k g ) 减轻了焊接小车的重量和负载又使得焊接过程容易控制，但对焊接效率有一定的影响。 采用推丝方式是，将送丝机构安装于焊接小车之外，减小了焊接小车的体积和重量，可以使H 1 人功 率的送丝机和直径为1 2 r a m 的大盘焊丝( 重量约为2 0 k g ) 从而提高焊接效率。然而，由于推丝时 送丝机离焊枪较远，两者之间须有送丝软管相连，当焊丝被连续推送到焊枪嘴处时，焊丝受到的摩 擦阻力较大，而且，焊接过程中送丝软管的弯曲度对送丝的平稳程度有一定的影响，严重时造成送 丝不畅，因此使用推丝时颁充分考虑上述因素。 4 焊接工艺的选择 管道局近年来长输管线所采用的焊接工艺主要是药芯焊丝自保护焊和手工焊接相结合的焊接 工艺。逐渐向自动焊过渡。 采用药芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则每次焊缝表面清渣费功费时；若是强 迫成型则须配加一个与焊枪一起运动的成型铜滑块，并通入循环冷却水，可以大大提高焊接效率， 这样一来不仅焊接装置的结构复杂，丽且重量增加。因为药芯焊丝的价格较高，同时还妥解决保护 气体的气源，所以焊接成本较高。单一使用自保护焊丝，虽然节省了保护气体，但存在清渣困难问 题。 采用实芯焊丝加气体保护的焊接工艺，若是多遍成型，则焊接过程可简单分为打底、填充、盖 面三个阶段，无须对焊缝表面进行清理而直接进行下一道工序，但焊接速度相对强迫成型而言慢一 些。保护气体一般为纯二氧化碳气体、二氧化碳和氩气或二氧化碳和氧气的混合气体。二氧化碳和 氢气的混合气体可以使得焊接时电雏燃烧稳定、飞溅较小，但在野外施工时氩气气滚难寻、价格较 高，从经济方面考虑，在焊接输油管道时，最好尽量使用纯二氧化碳作为保护气体。在有条件的地 区施工，使用二氧化碳和氨气作为保护气体较为理想。 5 控制方式 第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集其它 在焊接过程中，焊接小车的行走速度、送丝速度以及焊枪的左右震动频率是二个主要的参数， 焊枪的上下调节可以不考虑在内。用一条垂线将管子的圆周分为左右两个半圆，然后将两个半圆顺 时针、逆时针方向等分，定出焊接节点。通过大量的试验可以在寒风的每个节点处获取理想的焊接 参数。例如，在选取了合适的焊接工艺之后，通过大量的试验确定出节点0 、3 0 、6 0 、9 0 、1 2 0 、1 5 0 、 1 8 0 处的理想的焊接电流、电压、送丝速度、小车行走速度、焊枪震动频率等一系列参数，然后将 这些参数输入到计算机内进行自动拟合、运算这样就实现了从0 1 8 0 的自动焊接。但实际焊接与 试验时的数据不会完全相同，在焊接过程中可以根据实际情况调节焊接参数，如送丝速度、振动频 率等参数。但这些参数的调节是相互关联的送丝速度调节合适了，振动频率、焊车速度却不一定 合适，只有通过一定时间的摸索才能将几个参数调节匹配。若采用另一种控制方法，情况则大不相 同。将送丝速度、焊车行走、焊枪振动频率作为三个因变量，置于一个空间坐标系中，以实践作为 自变量r 以焊接电流、电压作为边界条件，最后得出送丝速度、焊接小车行走速度、焊枪振动频率 之间的关系，即空间坐标方程。在实际焊接时，