大口径长输管道内环缝自动焊设备及工艺研究

论文摘要

随着油气管道建设的飞速发展,管道焊接施工技术特别是根焊技术发展迅速。根焊方法包括:低氢焊条上向或高纤维素型焊条下向根焊;熔化极气体保护STT半自动(或全自动)下向根焊;脉冲特性电源控制的熔化极气体保护自动下向根焊;熔化极气体保护自动外焊加铜衬垫强迫成型根焊;熔化极气体保护内焊机根焊等。目前所应用的根焊技术当中,以内焊机根焊速度最快、焊缝成型及焊接质量最好。本课题对内焊机的机械结构、气动原理及自动控制进行了系统研究,提出了整套研究方案和成果样机。针对内环焊缝全位置焊接过程,分析控制对象和控制任务,研究1219mm管道内焊机过程控制系统的功能、构成和工作原理,实现了稳定可靠的管口组对及内焊机自动焊接过程。通过对内焊机焊接过程控制、及其辅助功能的研究与探讨,包括焊接参数的实施控制、内修补功能的实现等,加强了内焊机在焊接施工现场的适应性和灵活性。管道焊接施工的工作环境和工作过程对本课题研究提出了很高的要求:既抗干扰能力强,安全性好,动作指令可靠,互锁、自锁关系严格等。针对上述要求,根据可编程逻辑控制器(PLC)的特点,本课题采用以可编程逻辑控制器(PLC)为核心,经过外围信号模块,首次对长输管道内环缝自动焊机的运行参数进行控制。采用该控制方法逻辑清楚、动作可靠、故障率低,具有很强的抗干扰能力。本课题研制成功的8焊炬1219mm管径的内焊机为国内首创。8个焊炬在旋转盘上均匀分布,设计合理,结构新颖。每个焊炬承担1/8圆周环缝焊接工作,从而提高了焊接生产率。本研究成果于2008年首次在西气东输二线一标段进行了工程实际应用,共焊接了800多道环焊接头,一次合格率达96%。目前该成果正应用于西气东输二线其他标段的焊接施工。工程应用结果表明:焊缝成型及焊接质量优良。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 石油天然气管道输送的发展历程
• 1.1.1 管道运输是石油天然气工业发展的需要
• 1.1.2 国外管道输送的历史
• 1.1.3 国内管道输送的历史
• 1.1.4 长输管道的发展前景
• 1.2 长输管道焊接施工方法及现状
• 1.2.1 长输管道建设焊接方法的选择原则
• 1.2.2 国外管道焊接施工的现状
• 1.2.3 国内管道焊接施工的现状
• 1.2.4 管道根焊技术
• 1.3 本课题研究意义和内容
• 第二章 管道自动内焊机总体方案
• 2.1 内焊机结构组成
• 2.2 内焊机机械系统
• 2.3 气动系统
• 2.4 电气控制系统
• 第三章 管道自动内焊机机械结构
• 3.1 涨紧机构
• 3.1.1 涨紧部分结构及原理
• 3.1.2 气缸几何尺寸确定
• 3.2 扩涨导向保护装置
• 3.3 焊炬同步定位对中机构
• 3.4 机头柔性偏转机构
• 3.5 多焊炬同步焊接驱动机构
• 3.6 专用焊接单元
• 3.6.1 功能与要求
• 3.6.2 送丝电机参数的确定
• 3.7 行走机构及刹车机构
• 第四章 管道自动内焊机控制系统
• 4.1 控制系统的特点
• 4.2 控制系统构成
• 4.3 控制系统功能及要求
• 4.4 内焊机各动作的程序控制
• 4.5 本研究的技术创新性
• 第五章 管道自动内焊机焊接工艺及工程应用
• 5.1 X80 管线钢焊接性研究
• 5.1.1 试验材料及方法
• 5.1.2 试验结果
• 5.1.3 试验结果分析
• 5.2 环焊缝内焊机根焊焊接工艺研究
• 5.2.1 内焊机根焊焊接工艺技术特点分析
• 5.2.2 焊接接头坡口形式
• 5.2.3 内焊机根焊工艺的工程案例
• 5.2.4 三种内焊机根焊焊接工艺的应用情况对比
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及参加科研情况
• 致谢