曾惠林[1]2000年在《管道全位置自动焊机的机电一体化设计及焊接工艺研究》文中指出管道运输与航空运输、公路运输、铁路运输、水路运输并称五大运输业，是我国政府重点发展的目标之一。管道运输业的主体是管道，管道地面工程的核心工作是管口的焊接，因此研究管道全位置自动焊接技术就具有十分重要的意义。 管道全位置自动焊机主要用于长输管道的自动化焊接。具有焊接质量可靠、焊接效率高、减轻工人劳动强度等优点。它主要包括导向轨道，焊接小车、自动控制系统和其它辅助设备，利用CO_2(CO_2+Ar_2)气保护焊工艺，可实现管口的自动化焊接。 本课题旨在通过管道全位置自动焊机的设计实践，运用机电一体化(Mechatronics)的基本理论和设计思想，深入分析管道全位置自动焊机伺服系统的动力学特性以及机械结构与计算机控制系统的综合集成设计过程。管道全位置自动焊机运用机电一体化的设计方法，使整个系统不仅具有机械运动和焊接的执行功能，而且具有信息检测、处理、调节和控制功能，整个系统在计算机硬件和软件的支持下，具备了柔性自动化的功能特点。 焊接工艺和焊接规范也是本课题研究的重点。针对不同的管径，不同的壁厚，对管口进行合理的空间分段通过大量的试验，摸索出各段合适的曲型的焊接规范，通过计算机拟合，从而实现焊接过程中工艺参数的连续变化。
詹华[2]2004年在《大口径管道内焊机数控系统及气动系统研究》文中进行了进一步梳理管道运输与航空运输、公路运输、铁路运输、水路运输并称五大运输业,是我国政府重点发展的项目之一。管道运输业的主体是管道,管道地面工程的核心工作是管口的焊接。因此研制高效率、性能可靠的管道全位置自动焊接装备具有十分重要的理论意义及工程实际应用价值。本论文利用机电一体化的设计思想开发研制出一种适用于大口径管道内部进行根焊施工的高效率自动焊机(本文中称其为内焊机)。该机是将机械装置、气动系统、自动控制系统以及使用的焊接工艺有机地结合起来,从而实现大口径管道环焊缝高速地内部根焊。经过两年的时间基于全数字控制技术的管道内焊机已经研制成功,其主要技术指标达到设计要求,并且通过试验证明内焊机的总体性能满足实际焊接的需要。该内焊机的机械部分主要实现钢管的涨紧固定、管口与焊机轴向位置的相对固定、整机的行走、焊枪的周向移动、合适的焊接姿态以及整机的支撑骨架。该机的主控系统采用了数字控制方案,并在电机测速反馈、电压控制系统等多处利用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)高密度硬件逻辑结构研制出专用数字运动控制器,从而完成对包括行走、送丝等多个电机的伺服控制,有效地解决了整机控制系统快速性与使用可靠性之间的矛盾。内焊机的气动系统共有7套气缸、4个气动马达,可以准确地完成内焊机的行走、涨紧、刹车、支撑、定位等动作。该内焊机采用熔化极气体保护焊的工艺方法,保护气为混合气体(CO_2+ Ar)通过减压阀和换向阀分别为六把焊炬提供适量的保护气体。本文对焊接工艺也进行了一定的探讨。试验证明论文所述的内焊机完全满足实际焊接施工的需要。2004年8月底开始,国产PIW3640型管道内焊机在陕京二线无机标段(Φ1016×14.7)正式投入生产应用,目前已经累计焊接管线6公里。在使用过程中,整机运行正常,功能设置与国外进口设备水平相当,现场反馈情况良好。
张锋[3]2004年在《全数字控制的大口径双焊炬管道全位置自动焊机研究》文中研究指明针对管道施工中，目前使用的管道焊接设备及采用的焊接工艺方法影响了管道施工的质量和效率。本文以提高焊接效率和焊接质量为目标，研究了一种全新的双焊炬管道全位置自动焊机的结构、控制设计方案，并对单面焊双面成形工艺进行了深入的研究。机械结构：机械系统主要由焊接小车行走驱动机构（包括焊接小车、偏心式自动锁紧行走机构）、送丝部分、焊枪摆动部分、焊枪姿态调整等部分组成，完成焊接过程中所有动作的机构支持。机械结构的设计充分体现了控制方式的完美以及机电相互间的协调匹配。控制系统：利用DSP（高速数字信号处理器）的高速信号处理能力和CPLD（复杂可编程逻辑器件）的高密度硬件逻辑结构，研制体积小、集成度高的专用数字运动控制器。采用PDA（掌上电脑，）作为硬件编程工具，Palm OS嵌入操作系统作为软件平台，C语言作为软件开发工具，研制一种实现焊接参数和控制参数预置、修改及下载的编辑器。采用汇编语言或ANSI C语言编写运动控制软件和双焊炬焊接工艺软件，其中多轴数字PID算法和三次样条插值算法是软件的重点。焊接工艺：研制一种专用控制接口，该接口与焊接电源（根焊专用焊接电源以及通用焊接电源）配合，有效控制熔滴过渡和线能量输入，保证单面焊双面成形工艺的实施。这是单面焊双面成形工艺成败的关键。双焊炬自动焊工艺应包括双层叠焊、单层排焊和单面焊双面成形根焊。在工艺研究中，重点应放在焊缝成型、焊缝力学性能及单面焊双面成形根焊三个方面。特别要研究总结在不同管口组对精度条件下，实施单面焊双面成形根焊的技术和工艺效果。实现的目标是：在现场可实现的管口组对精度条件下，实施单面焊双面成形根焊的技术条件与工艺方法。通过对双焊炬管道全位置自动焊机的试验，双焊炬管道全位置自动焊机从根本上解决了厚管壁、V型口的焊接难题。采用双焊炬管道全位置自动焊机叠焊和排焊，有效的提高了焊接速度和效率。整个系统具有自诊和信息检测功能，能动态显示焊接过程中的电位、电压、焊接速度。双焊炬管道全位置自动焊机所具有的技术优势必然推动焊接技术的发展，将会创造很高的社会效益和经济效益。
曾惠林[4]2009年在《长输管道双焊炬全位置自动焊设备及工艺研究》文中认为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。
刘扬[5]2004年在《管道全位置自动内焊机的总体方案及机械系统研究》文中研究说明管道全位置自动内焊机适用于大口径管道焊接施工过程中组对管口、完成根焊。内焊机的显著特点是根焊速度快、确保焊接质量,是管道施工实施机械化、高效化焊接的关键设备之一。“大口径管道内环缝自动焊机研制”项目是石油天然气集团公司“西气东输”工程重点攻关项目,是中国石油集团公司2003年度十大重点科研课题之一。目前,国际上能够生产内焊机的只有美国CRC公司、英国NOREAST公司。本课题深入分析了国外的研究水平及研究动态,结合我国的国情,经过多次改进设计,成功地研制开发出PIW3640管道全位置自动内焊机样机,并且进行了内焊工艺试验。该设备主要由涨紧机构、焊接单元、多焊炬同步旋转驱动机构、多焊炬同步自动定位对中机构、整机行走机构、刹车机构、机架、储气罐、气动系统、保护气体供给系统、数字控制系统等部分组成。该设备的主要技术参数为:①适用管径(mm) 915～1016( 36″～40″)②适用焊丝直径(mm)Φ0.8、Φ0.9、Φ1.0③最大涨紧力(kN) 1400④焊接速度(mm/min) 0～1000⑤送丝速度(mm/min) 0～16100⑥整机行走速度(m/min) 0～42本课题研制的PIW3640型管道全位置自动内焊机,总体技术方案合理。采用的机械系统、气动系统、控制系统等技术方案,以及所选用的元器件,经现场中试表现出良好性能。适用于长输管线的野外焊接施工。本研究工作,在内焊机的机械系统中,成功地解决了涨紧机构的设计以及同步焊接驱动的配合; 严格保证了6个焊矩中心的同一平面性; 柔性弹簧的合理布局; 以及焊接单元机构的工作可靠性等技术关键。实现了长输管线施工的机械化水平。该设备经过两次“西气东输”工程中的现场中试,焊接质量优良。“西气东输”第5标段采用本研究的内焊机进行根焊,配合国产PAW2000全自动外焊机热焊、填充、盖面,创下了日焊接130道口、连续焊接2000道AUT探伤一次合格率100%的优秀成绩。在陕京二线无极标段正式投入生产应用已累计焊接管线六公里,现场反馈良好。
陈朋超[6]2002年在《基于DSP及CPLD全数字控制技术的大口径管道双焊枪全位置自动焊机研究》文中提出管道运输与航空运输、公路运输、铁路运输、水路运输并称五大运输业，是我国政府重点发展的目标之一。管道运输业的主体是管道，管道地面工程的核心工作是管口的焊接，因此研究高效率、性能可靠的管道全位置自动焊接设备就具有十分重要的意义。 本论文利用机电一体化的设计思想开发研制出一种适用于大口径管道自动焊接技术的管道全位置双焊枪自动焊机。该机的主控部分使用了DSP高速度数字信号处理芯片TMS320F240，并在电机测速反馈、手持遥控盒、电压控制系统等多处利用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)，从而完成对包括行走、送丝、摆动等多个电机的伺服控制，有效地解决了整机控制系统快速性与使用可靠性之间的矛盾。 另外，焊接工艺和焊接规范也是本论文研究的一个方面。针对不同的管径，不同的壁厚给出了一系列典型的焊接规范，通过DSP处理器的拟合，从而实现焊接过程中工艺参数的连续变化。
杨柳[7]2015年在《弹性轨道式管道环焊缝焊接机器人设计与焊接工艺研究》文中指出脉冲型熔化极气体保护焊(简称P-GMAW)是目前最适用于管道全位置焊接的一种焊接工艺,但在焊接过程中它对管道行走机构的运动性能具有较高的要求。因此,本文设计了一种弹性轨道式管道环焊缝焊接机器人,在满足P-GMAW焊接工艺对圆周行走机构、焊枪轴向调整机构、焊枪摆动机构的速度、精度要求的情况下,展开平焊、立焊和仰焊位置脉冲参数对焊缝质量影响的研究,并结合现场实验以及对各焊接位置焊接接头金相组织的观察分析,研究了脉冲参数对焊接接头机械性能的影响。首先,结合P-GMAW焊接工艺对管道行走机构运动性能的要求,设计了轨道爬行小车和弹性轨道,其关键技术包括:行走驱动模块、径向调整模块、横向调整模块、焊枪摆动模块和弹性轨道模块,着重对其结构特点、动作原理、设计特点进行了分析。接着,对焊接小车和焊接工艺电控系统进行了设计,具体内容为:对电机、驱动器和编码器的选型以及对焊接电流、电压检测电路等电路的设计。然后,为了研究本设计的焊接机器人在全位置P-GMAW焊接中脉冲参数对焊缝质量的影响,将管道全位置焊接分为平焊、立焊和仰焊三个区间进行研究。结合前人的实验数据,分析了相同平均电流、平均电压下不同脉冲参数(峰值时间、峰值电流)对熔滴过渡方式的影响,初步建立了一脉一滴参数选取的经验公式,为现场管道全位置焊接参数的选取提供了依据。焊丝干伸长及其压降的分析,说明了在全位置焊接中,焊丝干伸长可保证熔滴过渡的连续性。最后,通过现场对管道平焊、立焊和仰焊位置的焊接实验,初步验证了上述理想状态下本文建立的经验公式在实际工程应用中的可行性。并且通过对平焊、立焊和仰焊位置焊接接头样件的制取,金相组织的观察,结合金属工艺学分析了各焊接位置焊接接头的机械性能。
陈成全[8]2005年在《基于单片机的全位置自动焊接控制系统的研究》文中研究指明在管道焊接施工技术中,全位置自动焊接技术以其高效率、高质量的优点成为现代焊接技术发展的方向,进行全位置自动焊接控制技术的研究,具有理论意义、工程意义和经济意义。 本文研究了一种全新的管道全位置自动焊机的结构、控制设计方案,并对自动化焊接系统进行了深入的研究。论文对全位置自动焊接控制系统提出详细的设计方案并进行了理论分析和实验验证。该控制系统不但具有快速、准确、可靠、多功能化的特点,而且性价比高。设计对系统所要求的调速、显示功能基本都实现了软、硬件的成功调试,并成功应用于现场。通过本文所做的工作,为单片机在焊接控制领域的发展与应用提供了新的参考。 自动焊接控制系统的硬件内核采用80C196MC+PSD813解决方案,串口通讯采用16C550,研究设计了A/D和D/A接口、电机功率驱动接口、开关量输入接口等基本控制电路,分析了其工作原理和过程,并成功地应用于系统。 论文最后论述了电磁干扰的原理,并针对焊接系统提出了有效的抗干扰措施。
罗雨[9]2012年在《海底管道铺设焊接机器人系统研究》文中研究指明海底管道铺设全位置焊接机器人是深水管道铺设系统中重要的专用铺管设备，其稳定的工作性能及较高的焊接效率是决定铺管效率即施工经济效益的第一因素。由于海底管道铺设焊接机器人一直由国外专业公司垄断，不仅设备购置费昂贵，后期的设备维护、焊接工艺购置费用也价值不菲，国内又不具备海底管道铺设焊接机器人设计制造能力，这严重制约着南海深水油气田的勘探开发进程。为满足我国深水油气田开发工程的需要，打破国外技术垄断，实现海底管道铺设焊接机器人的国产化，需要对海底管道铺设焊接机器人的机构设计、控制系统体系结构、关键技术及焊接工艺等问题进行深入研究。本文在充分调研国内外管道焊接机器人研究现状的基础上，根据海底管道铺设全位置焊接的工艺特征，分析了海底管道铺设焊接系统结构，提出了海底管道铺设焊接机器人系统总体设计方案，明确了需要研究的关键技术。主要的研究工作如下：1、研究了海底管道铺设焊接机器人控制系统的开放式体系结构。针对传统机器人控制系统无法解决多总线异构设备之间的实时数据交换问题。提出了基于EtherCAT的多总线异构网络横向互联的实时控制数据交换模型。采用基于Windows的软PLC过程数据映射技术实现异构系统的数据交换及各功能子系统间的协同控制。以开放式控制网络体系结构研究为理论基础，对海底管道铺设焊接机器人控制系统的总体结构及各功能子系统进行了设计，形成了基于CAN-open的数字化焊接电源控制、运动控制、角度传感、电气辅助、完整的数据管理和在线监控等功能单元与一体的综合控制系统。设计的控制系统开放性和可扩展性好，有利于电弧传感、接触传感、激光跟踪等智能化应用功能的扩展。2、对海底管道铺设焊接机器人运动控制系统进行了研究。采用正弦波驱动无刷直流电动机的id=0矢量控制策略，有效地抑制直流无刷电机的电磁转矩脉动，提高了驱动电机的控制精度；摆动机构在采用电流内环速度外环控制结构的基础上，加入低通滤波器和陷波滤波器。低通滤波器能抑制系统中的高频干扰，陷波器的使用剔除了摆动机构传动环节中存在弹性变形导致的机械共振点,提高了摆动机构控制精度。采用激光测距传感器测量齿间隙量,并对其进行补偿,保证了摆动机构摆宽的精度。3、针对行走机构双电机驱动的严格同步要求，采用“分时通信、同步执行”的协议模型实现同步组单轴速度指令的同步执行。由于刚性连接的两行走电机间的耦合关系导致的负载不均衡及两轴实际速度不协调问题,提出了主从速度跟随单轴变增益同步控制算法，测试结果表明该算法保证了两轴同步运动的精度，可保证整个焊接过程的平稳运行。4、分析了系统中关键设备CAN-open通信模块的接口特性，研究了CAN-open设备模型原理及主站单元与数字化焊接电源、伺服驱动器等从站单元的数据交换过程，利用SDO通信方式配置设备对象词典，通过PDO通信方式确保了多个功能子系统数据透明传输和一体化协同控制的顺利实现。5、研究了海底管道铺设优质高效的流水生产线式焊接作业模式,依据制定的流水线生产工艺，构建了海底管道铺设生产线多级控制网络平台。研究了焊接工作站双焊接机器人协同操作实现自动焊道覆盖功能的技术手段。采用自动化设备规范通信技术及实时以太网技术能实现双机器人控制系统间的数据交换，利用双机器人协同操作控制策略读取共享变量，按照协同操作控制逻辑能保证起弧与停弧位置一致性，能使焊接接头形成无缺陷对接。6、针对管道焊接工艺特点，分析了实现电弧传感在管道焊接应用中的技术难点，研制了适宜于管道焊接的高速扫描焊炬，用于较高摆动频率下的电弧传感研究。在搭建的焊接试验平台上进行了电弧传感的初步研究，提出了边界区域电流均值法提取焊缝横向偏差，取得了一定的跟踪效果，为更深入的研究基于电弧传感的管道焊接焊缝跟踪系统打下基础。7、海管铺设全位置焊接工艺研究。以海底管道铺设焊接机器人为对象，研究主要焊接工艺参数的匹配规律，形成了一套用于指导焊接工艺参数的调节规范。采用双炬焊接工艺及窄间隙坡口和背部铜衬垫内对口器等有效技术手段,进行管道焊接工艺试验，确立了一套海底管道铺设焊接机器人的焊接工艺参数。进行了铺管焊接机器人海上焊接试验，焊接效率高，焊缝成形良好。通过海上试验诸多环节的考验，焊接样机的技术性能完全满足海上应用需要。以上研究成果为海底管道铺设焊接机器人工程样机的制造提供依据，为深入开展智能化关键技术的研究奠定了基础，将会有效的推进海底管道铺设焊接机器人的实际工程化应用进程。
周文奇[10]2006年在《全位置管道自动焊接控制系统的研究》文中指出在管道焊接施工技术中，全位置自动焊接技术以其高效率、高质量的优点成为现代焊接技术发展的方向，进行全位置自动焊接控制技术的研究，具有理论意义、工程意义和经济意义。 本文研究开发了一种关于管道全位置自动焊接控制系统，主要内容包括以下几个方面： (1)简要介绍了全位置自动焊接机的发展历程和发展现状，通过对其发展趋势的分析，论述了开发全位置自动焊接控制系统的目的和意义。并根据全位置自动焊接机的工作特点，设计了符合施工要求的开发方案。 (2)采用具有精简指令集的高档ATmega128单片机和符合USB1.0协议的Cypress AN2131接口芯片以及大容量FIF0缓冲器件AL422B开发了一个数据高速传输、信息实时处理和性能稳定的控制系统。该系统接受上位机的数据、控制信息，驱动伺服和步进电机，调节焊接电源，并行采样工作电压和电流，实时控制整个焊接运行过程。 (3)针对不同的管径和臂厚，对管口进行合理的空间分段。根据各段典型曲型点的焊接规范，采用三次B样条插值算法进行参数曲线拟合，然后将目标点进一步细化。然后，在圆率法的基础上进行了三次B样条曲线的控制顶点的定量修正，使曲线的局部能量积分取得极小值，从而得到局部光顺的三次B样条曲线。下位机将按照得到的数据集合线性插值，从而实现焊接过程中工艺参数的平滑连续变化，很好的解决了管道全位置焊接过程中熔池稳定性控制问题。 (4)在整个系统的软件设计中，上位机采用Visual C++语言编程实现焊接参数的人机界面输入和控制算法的实现以及与下位机的通信。下位机主控制系统采用AVR ICC语言编写通信程序、焊接动作控制程序和调节子程序。 (5)论文最后论述了电磁干扰的原理，并针对焊机的实际工作环境，提出了硬件设计、软件编制、PCB制作等方面行之有效的抗干扰措施。 (6)实践表明，该控制系统不但具有快速、准确、可靠的特点，而且性价比较高。同时，本文的软硬件设计方案和控制策略也为焊接控制领域的发展与应用提供了新的参考。
参考文献：
[1]. 管道全位置自动焊机的机电一体化设计及焊接工艺研究[D]. 曾惠林. 北京化工大学. 2000
[2]. 大口径管道内焊机数控系统及气动系统研究[D]. 詹华. 天津大学. 2004
[3]. 全数字控制的大口径双焊炬管道全位置自动焊机研究[D]. 张锋. 天津大学. 2004
[4]. 长输管道双焊炬全位置自动焊设备及工艺研究[D]. 曾惠林. 天津大学. 2009
[5]. 管道全位置自动内焊机的总体方案及机械系统研究[D]. 刘扬. 天津大学. 2004
[6]. 基于DSP及CPLD全数字控制技术的大口径管道双焊枪全位置自动焊机研究[D]. 陈朋超. 西南石油学院. 2002
[7]. 弹性轨道式管道环焊缝焊接机器人设计与焊接工艺研究[D]. 杨柳. 哈尔滨工程大学. 2015
[8]. 基于单片机的全位置自动焊接控制系统的研究[D]. 陈成全. 西南交通大学. 2005
[9]. 海底管道铺设焊接机器人系统研究[D]. 罗雨. 北京化工大学. 2012
[10]. 全位置管道自动焊接控制系统的研究[D]. 周文奇. 山东大学. 2006