《长输油气钢质管道自动焊装备技术要求》

DB1310/T287—20221长输油气钢质管道自动焊装备通用技术要求本文件规定了长输油气钢质管道自动焊装备（包含管道坡口机、管道内环缝自动焊机、管道全位置自动外焊机）的技术要求。本文件适用于长输油气钢质管道自动焊装备的设计、制造、调试和出厂。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T150.4压力容器第4部分：制造、检验和验收GB/T3766液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求GB/T4210电工术语电子设备用机电元件GB/T4588.3印制板的设计和使用GB/T7932气动对系统及其元件的一般规则和安全要求GB/T9061金属切削机床通用技术条件GB15760金属切削机床安全防护通用技术条件GB/T23570金属切削机床焊接件通用技术条件GB/T25373金属切削机床装配通用技术条件JB/T9872金属切削机床机械加工件通用技术条件JB/T9877金属切削机床清洁度的测定3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1管道坡口机pipefacingmachine具有仿形切削功能，用于管端坡口加工的专用设备。3.2管道内环缝自动焊机pipeinternalautomaticweldingmachine具有管口快速组对和自动内根焊功能的专用焊接设备。3.3管道全位置自动外焊机pipeexternalautomaticweldingmachine具有沿钢管周向移动和自动外焊功能的专用设备。DB1310/T287—202223.4涨紧机构presserbarmechanism对钢管进行定位和涨紧的组合部件，分为前后两排涨紧器，主要包括涨紧缸、涨靴、顶杆等。3.5切削刀座cuttingknifeholder刀座体、专用刀具、刀杆调整块等组成的切削体，由驱动马达带动实现对管口的切削。3.6焊炬weldingtorch焊接实施的执行组合部件，亦称焊枪。3.7焊接单元internalweldingunit提供送丝动力、控制送丝速度、调整焊炬二维空间姿态的组合部件，包括送丝机构、焊炬位置调节机构、气电混合块、气电缆等。3.8焊炬同步定位机构positioningandCenteringofWeldingTorch由三组定位气缸及定位块组成，且这三组气缸伸出后，定位块的前端面与管口端面处于同一平面，继而保证焊炬的中心与管口端面处于同一平面。3.9焊接单元驱动机构drivingmechanismofweldingtorch由驱动电机、齿轮和齿圈组成的环形旋转焊接单元驱动机构。3.10焊接小车weldingbug具有行走、送丝和焊炬姿态调整等功能的焊接运动执行装置。3.11导向轨道guidingband承载焊接小车绕管道周向进行运动的装置。3.12遥控盒remote-controlbox控制焊接小车运动轨迹，焊接参数选择、调用、调整装置。DB1310/T287—202233.13焊缝跟踪weldseamtracking在焊接过程中，保证焊枪运动精度的一种跟踪与控制技术。分为左右跟踪与上下跟踪。左右跟踪技术保证焊枪、电弧、熔池的中心位置,与接缝的中心位置相吻合。上下跟踪使焊枪与母材准确保持在预定距离。3.14控制系统controlsystem系统中负责信息处理，进行运算、协调、调度、指令分发的模块。3.15控制器controller控制系统中负责数学运算、逻辑运算、算法运算的功能模块。3.16上位机hostcomputer发送操控指令，进行总体信息协调的可视化界面模块。4管道坡口机技术要求4.1一般要求4.1.1直径610mm及以上管道坡口机宜采用连杆-涨靴涨紧式结构，直径323mm及以上，直径610mm以下的管道坡口机宜采用斜块顶推式涨紧结构。4.1.2应配备吊环、吊孔等吊装机构。4.1.3应在坡口主机上设计安装导向机构。4.1.4切削机构应可以沿管端周向旋转，完成坡口形状加工。4.1.5应能完成切削盘的前进后退动作。4.2使用条件管道坡口机应适用下列使用条件：a)环境湿度：≤90%；b)环境温度：-40℃~+75℃。4.3技术指标管道坡口机应适用下列技术指标：a)管径：Ф323~Ф559、Ф610~Ф813、Ф914~Ф1016、Ф1219~Ф1422；b)壁厚：6.3mm～45mm；c)坡口加工形式：U、V、复合型；DB1310/T287—20224d)进给速度：0.1mm/r～0.4mm/r；e)切削盘旋转速度：25r/min～50r/min；f)坡口平面度误差：±0.1mm；g)刀盘径向跳动误差：±0.1mm，刀盘端面摆动误差：±0.1mm；h)坡口钝边误差：±0.2mm；i)坡口表面粗糙度：≤Ra12.5。4.4设备组成管道坡口机应由坡口主机与液压动力系统组成。4.4.1机械系统管道坡口机-坡口主机由安全防护机构、涨紧机构和切削机构等组成。坡口机-主机构成可参见图1。图1管道坡口机-坡口主机标引序号说明：1-前防护机构;2-涨紧机构;3-中防护机构;4-切削机构;5-主传动机构;6-涨紧机构;7-底座。4.4.1.1安全防护机构4.4.1.1.1应设置防铁屑飞溅护罩。4.4.1.1.2液压动力系统应设置防护栏。4.4.1.2涨紧机构4.4.1.2.1涨紧缸内表面粗糙度要求等级应达到Ra0.8；4.4.1.2.2涨紧机构在管内涨紧后，刀盘与管轴线的平面度误差应不大于0.5mm；DB1310/T287—202254.4.1.3涨杆压块应设计有安全保护机构，设计应符合GB15760中的规定。4.4.2切削机构4.4.2.1切削刀座位置应可调，且应均布于切削盘上；4.4.2.2切削刀座应具有弹性浮动机构，保证实现切削过程中的随动仿形功能；4.4.2.3切削刀座数量可根据管径、坡口形式的不同进行增加或减少。4.4.3液压动力系统液压动力系统组成可参见图2。图2管道坡口整形机系统4.4.3.1液压动力系统设计应符合GB/T3766中的规定。4.4.3.2刀盘旋转驱动系统工作压力宜为10MPa～20MPa。4.4.3.3涨紧系统工作压力宜为8MPa～12MPa。4.4.3.4进给系统工作压力宜为5MPa～10MPa。4.4.3.5涨紧液压系统中应设有蓄能器，蓄能器充压下降值应不低于预充压值的10%。4.4.3.6切削控制系统应具有压力反馈功能，可实现怠速和切削速度控制。4.4.3.7坡口主机上应设有切削、涨紧、进给压力表。4.4.3.8液压动力系统中应设有系统压力表。4.4.3.9液压动力系统应设有燃油不足报警功能。4.4.3.10液压动力系统应设有冬季自加热启动功能。5管道内环缝自动焊机技术要求DB1310/T287—202265.1一般要求5.1.1机头应具有同步定位功能和涨紧功能。5.1.2应具有前进、后退和刹车等功能。5.1.3山地型应具有下坡行走速度自动控制功能。5.1.4应具有在管道外部对设备的远程操作功能。5.1.5应具有多焊接单元独立设置。5.1.6宜具有焊缝自动观测功能。5.2使用条件管道内环缝自动焊机应适用以下使用条件：a)环境湿度：≤90%；b)环境温度：-40℃~+75℃;c)海拔高度：≤5500m；d)供电电源：发电机供电或工业电网供电，三相电压380V±10%，频率50Hz±6％。5.3技术指标管道内环缝自动焊机应适用以下技术指标：b)行走速度：0m/min～30m/min；c)弯管通过能力：普通管道内环缝自动焊机应能通过大于或等于40D曲率半径的弯管，具有柔性功能的管道内环缝自动焊机应能通过大于或等于5D曲率半径的弯管；d)适应管线纵向坡度适应能力：e)通用型：≤15°;f)山地型：≤30°。g)组对间隙：0mm～0.5mm；h)送丝速度：0mm/min～12000mm/min；i)控制系统防护等级：IP54；j)焊接电源防护等级：IP23。5.4机械系统管道内环缝自动焊机由导向机构、焊炬同步定位机构、涨紧机构、焊接单元、焊接单元驱动机构、导向柔性机构、行走和刹车机构等构成。管道内环缝自动焊构成可参见图3。DB1310/T287—20227图3管道内环缝自动焊机标引序号说明：1-导向机构;2-焊炬同步定位机构;3-涨紧机构;4-焊接单元;5-焊接单元驱动机构;6-导向柔性机构;7-行走和刹车机构;8-中机架。5.4.1导向机构导向保护装置应保障管道内环缝自动焊机顺利入管，应能保护其涨靴、气缸、连杆及各种阀件等免受外力损坏。5.4.2焊炬同步定位机构5.4.2.1宜采用多组定位机构，应使定位面与被焊管的管端截面处于同一平面。5.4.2.2焊炬中心应与管口截面处于同一平面，应使每段焊道首尾相接，且处于同一圆截面。5.4.3涨紧机构5.4.3.1前后涨紧盘应均匀设置多组涨紧压块，应保证钢管管口的同轴组对且应不损伤钢管内涂层。5.4.3.2涨紧块数量应宜符合表1要求。表1涨紧块数量管径Φ559~Φ813Φ813~Φ1016Φ1016~Φ1422单排涨紧块数量/个5.4.3.3涨靴内侧面到坡口中心间距应不大于110mm。5.4.4焊接单元5.4.4.1焊接单元宜采用全密封结构，应在空间上呈独立分布。DB1310/T287—202285.4.4.2每个焊接单元应布置在焊接驱动旋转盘上，数量应根据管径大小而定，Φ559~Φ813宜为4个，Φ914~Φ1016宜为6个，Φ1219~Φ1422宜为8个。5.4.4.3焊接单元宜利于拆装，便于维护和更换焊丝。5.4.4.4焊接单元应能调整焊炬位置对中，左右调整量±2.5mm。5.4.4.5焊接单元应能自动实现焊炬升降和复位。5.4.5焊接单元驱动机构5.4.5.1焊接单元驱动机构应能调整旋转驱动速度。5.4.5.2焊接单元驱动机构应具有野外防尘保护装置。5.4.6导向柔性机构5.4.6.1导向机构与中机架应采用柔性连接结构。5.4.6.2具有整机柔性机构的管道内环缝自动焊机在吊装、定位、行走、焊接时，应能实现导向机构和中机架之间的刚柔转换。5.4.7行走和刹车机构5.4.7.1行走和刹车机构与管壁相接触的外层均应使用耐压、抗磨材料制成。5.4.7.2行走驱动系统应具有独立流量调节阀，应能满足不同工况条件的行走速度和驱动扭矩调节。5.4.7.3刹车机构支撑缸系统应具备压力可调功能，应能满足不同工况条件的刹车力调节。5.4.7.4制动用刹车装置周围应设计有安全保护机构。5.5控制系统5.5.1控制系统设计应符合下列要求：a)电子元器件选用应符合GB/T4210规定；b)电路板设计应符合GB/T4588.3规定；c)应具有送丝电机过流保护功能。5.5.2应具有送气、起弧和收弧等焊接动作指令及焊接参数调节功能。5.5.3涨紧机构与定位机构之间、焊接系统与行走、行走与刹车机构之间应具备互锁功能。5.5.4应支持模拟量通讯接口或工业总线协议。5.5.5应具有电压显示和调节功能。5.6焊接电源5.6.1应满足焊接工艺要求的输出特性。5.6.2应与内焊机焊接单元送丝机构有效配合，达到起收弧效果。5.6.3供电电源技术要求可参见5.2d）。DB1310/T287—202295.7气动系统5.7.1气动系统设计、气动元器件的选用应符合GB/T7932中的规定。5.7.2储气罐制造应符合GB/T150.4中的规定。5.7.3在平原段、气压1.0MPa下，储气量应满足管道内环缝自动焊机管内连续行走24m行程及定位涨紧力要求。5.8保护气供给系统应采用气体流量计进行流量控制，压力范围：0.8MPa～1.3MPa，流量范围：15L/min～45L/min。6管道全位置自动外焊机技术要求6.1一般要求6.1.1应具有沿导向轨道圆周运动的能力，并满足各层焊缝焊接工作。6.1.2应适用于不同壁厚、坡口形式（V型、U型、复合型等）的管道焊接。6.1.3应具有焊炬上下、左右、摆幅调整功能。6.1.4上位机应直观显示操作界面。6.1.5应具有焊接参数的上传、修改和下载功能，并根据不同的焊层自动调用焊接参数。6.1.6多焊炬应具有上下、左右电弧自动跟踪功能。6.2使用条件管道全位置自动外焊机应适用以下使用条件：a)环境湿度：≤90%；b)环境温度：-40℃~+55℃;c)海拔高度：≤5500m；d)供电电源技术要求应参见5.2d）。6.3技术指标管道全位置自动外焊机应适用以下技术指标：a)管径：Φ257~Φ1422；b)摆动方式：平摆或角摆；c)焊炬上下左右调整范围：±25mm；d)焊接速度：0mm/min～1200mm/min；e)送丝速度：0mm/min～15000mm/min；f)焊缝跟踪精度：≤0.2mm；g)防护等级：IP54。6.4系统组成管道全位置自动外焊机系统组成参见图4和图5。DB1310/T287—2022图4单焊炬管道全位置自动外焊机系统组成结构图图5双焊炬管道全位置自动外焊机系统组成结构图6.4.1机械传动系统机械传动系统应包括焊接小车和导向轨道。焊接小车分为单焊炬焊接小车和双焊炬焊接小车。焊接小车组成参见图6和图7。图6单焊炬焊接小车图图7双焊炬焊接小车6.4.1.1焊接小车应设计夹紧装置，应能实现焊接小车在导向轨道的可靠固定。6.4.1.2焊接小车和导向轨道应配合完成啮合与传动，应能实现焊缝周向前进、后退运动。6.4.1.3焊接小车应设计焊炬调整机构，宜分为垂直调整机构和水平调整机构，应能实现焊接过程中焊炬实时姿态的调整，调整量应符合下列技术要求：a)垂直调整机构的调整量应≥35mm；b)水平调整机构的调整量应≥40mm，往复定位误差应≤0.1mm；c)摆幅调整步长宜为0.2mm/次；d)调整机构应运行灵活、且两个方向的极限位置都应设有缓冲机构；e)垂直和水平滑动部件的结合部应进行防尘处理。6.4.2控制系统控制系统应包括核心控制单元、上位机、数据处理单元、焊接参数数据库、数据通讯单元及通讯接6.4.2.1控制系统应至少具有下列通用工业标准的数据交互接口之一：DB1310/T287—2022（规范性）管道坡口机检验表A.1管道坡口机检验记录表序号1查看是否设有起吊孔，并查看是否设有防护栏、防进行导向机构空转，检验查看是否设有涨紧机构）；验涨杆是否顺利伸出、缩查看是否设有切削机构查看是否设有进给、后退机构操作，是否能控制切控制切削盘前后运2起吊整机进出入管内，重防护罩应起到防护进行涨紧机构的涨杆伸涨紧机构动作应流序号与刀盘最大直径圆柱面接触，测杆穿过芯轴轴线并与轴线垂直，且有1圈-2圈压缩量。切削刀盘旋转值与最小值之差即为所测平面上的径向圆跳动误差。测量位置大于或等于三个，取其最大值为刀盘与刀座安装端面接触，测转至少5周，读取百分表最大值与最小值之差即为所测直径上的端面圆摆动误差。测量位置大于或等于三个，取其最大值为刀（1）切削盘旋转平差应小于或等于0.1（2）切削盘旋转平差应小于或等于0.1（1）使用百分表测量刀盘径向跳（2）使用百分表测量刀盘端面摆切削盘前进、后退动作往复次数应大于或等于20试r/min)速运转，对有级变速的机构，从最低速度起依次进行。各级速度下运转，启动、运转、停止动各级转速间切换灵高速运动状态下序号作测试，连续操作应大于时间应大于或等于2min。试采用贴应变片的方法检验与理论计算值进行紧力应不低于设计将应变片贴在涨靴上，接线固定据试按设计规定的最大参数连主传动系统无丢转DB1310/T287—2022（规范性）管道内环缝自动焊机检验表B.1管道内环缝自动焊机检验记录表序号果1构查看入管处是否设有导向防护查看是否设有焊炬同步定位机构；用塞尺检验定位面与基准定位面与基准面的间隙应小于或等于0.05构查看是否设有行走机构；对行走机构进行动平衡试验，检验构查看是否设