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长输管道双焊炬全位置自动焊设备及工艺研究

曾惠林  
【摘要】: 随着管道建设朝着高压力、大管径、高钢级的方向发展,要求管道焊接必须朝着高效优质的方向迈进。大力推广使用管道全位置自动焊接技术是实施管道高效焊接的重要措施之一。由于质量一效率的制约效应,单台焊机的焊接效率已经难以再提高,只能依靠增加焊机的数量来提高整个作业面的施工效率,使得设备投资增加、施工作业时间延长、工人劳动时间增加。 双焊炬全位置自动焊机可以明显提高焊道熔敷率和焊接速度,使设备的单台能力得到较大提升。双焊炬除共同固定于焊接小车上之外(焊接速度一致),其它诸如焊接电流、电弧电压、摆动频率、边缘停留时间、焊炬姿态等均单独设置和调节,采用“气体保护+实心焊丝”的焊接工艺方案,双焊炬之间有一定的距离,不存在电弧干扰现象。双焊炬全位置自动焊机体现了当前国际上管道焊接装备发展的新趋势。 本文采用DSP数字信号处理器和CPLD复杂可编程逻辑器件为核心的全数字智能化运动控制技术和嵌入式操作系统,研制出国内首创的、具有高自动化控制水平的双焊炬管道全位置自动焊机,在技术上达到或超过国外同类自动焊设备的水平。在管道自动焊设备研究中,首次采用具有良好稳定性、可靠性和强抗干扰的能力的激光结构光焊缝跟踪技术,实现焊炬位置的自动跟踪调整,控制精度高,响应灵敏,大大降低了设备操控的难度和劳动强度,焊接质量优良。基于三次样条函数插值理论,采用Matlab编程方法,通过与伺服电机的运动特性相匹配,首次实现了焊接参数的空间插补运算及焊接参数空间曲线的自动拟合,确保管道环缝全位置焊接过程的稳定性。本文利用机电一体化的设计思想和先进的控制理论,研究了双焊炬管道全位置自动焊机的机械结构和控制系统。整机结构紧凑、控制先进、自动化程度高、焊接速度快、操作简单,实时控制焊接过程和焊接参数,可显著提高焊接效率。 “西气东输二线工程”应用表明:本研究所完成的各个系统协调、稳定,达到预定的各项性能指标,满足工程实际的需要。整机操作简单,控制方式先进,能显著提高焊接施工速度,确保焊接质量。针对X80管线钢管的焊接工艺参数对指导工程焊接具有重要的应用价值。


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