键工序‘21。
再加上野外焊接环境十分恶劣,焊工劳动强度大,技术难度高,因此工程上迫切需要实现管道的自动焊接,用以提高生产率、降低成本(据统计,全位置自动焊可比手工电弧焊节省40.50%的费用)。
而且自动化焊接还能大幅度降低操作技术难度,解决焊工培养困难、流失严重的问题【3】。
因此,全位置自动焊将是我国未来管道建设中大力推广的新技术。
相对国际先进水平,我国全位置自动焊接技术还比较落后,大多数专用成套设备和自动化焊接设备都依赖进口,管道焊接设备也是其中之一。
国外的全位置自动焊机造价及售价很高,维修也极不方便,难以适应国内施工单位的经济及技术条件。
因此,立足于国内的工业基础和技术条件以及国内各施工单位的经济承受能力,研制出一套高性能的全位置管道自动焊接设备具有十分重要的意义嗍。
中国石油大学(华东)硕士论文 第1章:绪论1.2焊接自动化的发展概况及动向 工程实践证明,先进技术方法的优势是靠各个施工环节综合技术的提高来实现的‘51。
从目前的焊接技术发展水平和现实的可能性来看,全位置焊可供选择的焊接工艺方法,不外乎手工电弧焊、C02气体保护焊及钨极氩弧焊。
手工电弧焊工艺,设备简单,操作方便,迄今仍是常用的焊接方法16】。
为了进一步保证焊接质量、提高劳动生产率、改善劳动条件和减少对熟练技术工人的依赖性,逐步把焊接技术从一种依靠人的技能变成一种依靠科学的过程,必须研制大量自动的、适应性强的焊接设备,来实现焊接过程和焊接质量的自动控制,即能够实现自动检测、自动操作和自动调整【刀。
自动操作通常是一个开环系统,按预定程序进行。
数控技术在这方面已经获得了比较广泛的应用,如清华大学的QSM.77型全位置数控脉冲管焊机。
该机具有以下几个特点:焊接环缝一周的焊接规范可按八段自动调节;整个焊接过程程序实现无触点控制;采用存储器,具有“写”、“存”、“读”三种功能【8J。
自动检测是目前焊接自动化一个关键的环节,国内一些大专院校和科研单位已经做过大量的工作,对焊接过程中的光、电、声信号可以进行检测。
自动调节是为了保证焊缝质量,要求焊接过程中的某些变量能自动地保持在某一预定范围内。
在一般情况下,它是一个闭环系统。
目前国内在弧焊方面的研究比较多,包括仿形跟踪、适应控制和最佳控制等。
(1)焊接仿形有机械法和数控法两类。
机械法具有结构简单、经济、可靠的优点;数控仿形则精度高、重复性好。
(2)焊缝跟踪一般可与机械仿形配合使用,以提高机械仿形的精度。
2中国石油大学(华东)硕士论文 第1章:绪论国内在跟踪方面,采用单坐标和双坐标的比较多。
每个坐标的跟踪系统都由各自的传感器控制系统和执行机构组成。
在焊接过程中,可以采用机械跟踪、光电跟踪、激光跟踪、电磁跟踪、涡流跟踪、射流跟踪和图象跟踪等方法。
(3)自适应控制和最佳控制 实践证明,仅仅依靠以上三种方法使焊接参数克服外界干扰来保证焊接质量是不够的,而且国内目前一般也只能对其中个别或少数参数进行自动检测和自动调整,远远不能对所有的焊接参数进行自动检测和调整。
能使焊接操作过程在不利的条件下自动检测和自动调整各种变量,即让焊接规范参数随时都处于最好的状态,就是所谓的自适应控制。
要使焊接过程在不利的条件下能同时补偿好几个变量,就需应用最佳控制。
由于在整个焊接过程中,一些影响焊接性能的参数的变化常常是不可能预先估计得到的,因此对某些焊接参数改变的自适应控制也不可能预编程序,但我们可以根据每一种焊接方法、过程、材料或工件的不同建立一系列多变函数方程式,这种变量之间的数学关系式就是数学模型,他们之间的关系一般通过应用理论、经验、大量的试验数据及其它获得的理论来确定。
不过,从实用的观点出发,对于特定的条件,最直接常用的方法是通过大量的实验来确定函数,再用经验的结论加以修正,然后回到实际中去检验和修正。
相对国外而言,我国对焊接自动控制技术的研究起步较晚。
到目前为止,我国焊接生产的自动化、机械化程度仍然较低,与国外发达国家相比还存在很大的差距。
1.3全位置管焊的发展概况 全位置焊接技术出现于二十世纪六十年代末期,美国的CRC公司率先开始了该项技术的研究,瑞典伊萨公司、日本三菱公司和日立公司也生产 3中国石油大学(华东)硕士论文 第1章:绪论出自己的产品【91。
80年代中后期,微型计算机的使用使焊接技术飞速发展,它使焊接过程的自动控制由简单的程序控制、恒定参数控制发展成为多参数综合控制、焊接过程的自适应控制以及焊接过程的智能控制,极大地提高了生产效率。
利用计算机控制的管焊机的典型产品已有ESAB、PROWWELDER.250、POLYSOUNDE、AUTOTIG-250等机型10】。
近年来,法国的梅萨公司在小管径的管子焊接方面有很高的技术水平,主要应用于航天航空工业、核工业等高精度焊接领域。
该公司的自动焊接采用细丝TIG焊接工艺,具有相当高的焊接精度,但效率比较低。
VENTE公司、巴顿焊接技术研究所却在大管径管道的焊接方面有比较深入的研究,主要采用MIG焊工艺,利用计算机控制焊接的全过程,在确保焊接质量的情况下,焊接效率高,而且配套设施齐全。
这些自动焊设备虽性能各不相同,但代表了几个国家管道焊接设备在世界上的领先地位。
尤其是近几年来,美国CRC.EVANS公司生产自动焊接设备在世界范围内的广泛应用,更显示出管道自动焊接的强大生命力。
据不完全统计,截止1998年底,美国CRC—EVANS公司的管道焊接设备在四大洲累计焊接管道5000余公里四,得到了多家业主和管道承包商的认可,如加拿大的努法公司、美国阿科公司、以及中东、东南亚、欧洲等管道建设承包耐101。
随着我国石油工业的发展,采用长输管线运送石油和天然气已发展成为一种最安全、最经济、最环保的运输方式。
管道运输作为五大运输行业之一,是综合运输体系中的重要组成部分,在国民经济中占重要地位。
我国的管道建设起始于二十世纪七十年代,但长期以来管道的焊接施工却只停留在手工焊、半自动焊的水平上。
而现代管道工业从管道的可靠性和经济性以及运行后的使用性能出发,提出了管线的高强度、高韧性、管径的大型化和厚壁化要求,这同时也对管线的安装和焊接提出了很高的要求。
4中国石油大学(华东)硕士论文 第1章:绪论传统的手工焊和半自动焊已经不能满足现代化管道工业对管线焊接质量和效率的要求。
因此,从二十世纪八十年代开始,我国的许多大专院校、科研机构、施工单位先后开展管道全位置自动焊接技术的研究工作。
对设备的结构、控制方式作了些探讨,在消化吸收国外先进管焊技术的基础上,也研制出了多种管道自动焊接设备【12111引。
但性能上与国外水平仍有差距,真正能够使用于现场施工的设备和技术,截止1999年都未见报道。
近几年来,我国的石油天然气长输管道的建设处于一个高速发展的时期,但我国具有自主知识产权的管道全位置自动焊机还比较少。
管道局下属的管道科学研究院研制成功的PAW2000管道全位置自动焊机于1999年2月在河南义马一郑州q)426输气管线中完成现场终试‘191,共计长度约3km(225道口),超声波检测合格率100%,X射线探伤合格率达96.4%。
随后,又经过福建漳州q)1020输水管线和涩宁
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