摘要：目前，在全球范围内，我国已位居X80钢管道建设长度第一位，X80管线钢相关技术也趋于成熟。钢级提高，对于合金含量较高的高钢级管材，采用半自动焊技术存在焊缝金属夏比冲击韧性离散的现象。而自动焊技术，可确保环焊缝焊接接头的强度、韧性等综合性能优良，且可显著提高焊接效率，降低劳动强度，提高管道的安全可靠性，在未来势必得到越来越多的应用。此外，近年来中国管道企业提出了“智慧管道”的建设理念，要求设计、采购、运输、施工、检测、防腐、运行、维护全过程的数据采集、传输、存储、分析等工作均满足智慧管道的建设要求，为云数据库提供数据基础，而手工焊和半自动焊不能满足该要求，必须采用自动焊技术，因而对自动焊装备提出了更高要求。
关键词：自动焊装备；发展现状；前景
引言
随着经济发展和对能源需求的日益增长，长输油气管道需求越来越旺盛，而焊接成本高、自动化程度低是制约管道技术推广应用的技术瓶颈。目前应用于管道全位置焊接的主要方法有焊条电弧焊、半自动焊以及自动焊等。自动焊具有工作效率高、焊缝质量良好、焊接稳定性可靠性高、可以释放劳动力等优点，但由于现场施工安装不宜使管子旋转，所以国内外都开始大力发展全位置焊接技术。如今比较成熟的管道全位置自动焊焊接方法有钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊。随着人力成本的快速提升和各种材料大厚度管材应用范围的扩大，对全位置自动焊的需求越发迫切。
1自动焊装备发展现状
中国石油天然气集团公司管道局在21世纪初自主生产了第1代PAW系列自动焊装备，是当时中国唯一一家拥有自动焊装备的企业，该设备曾广泛应用于西气东输一线、西气东输二线、陕京三线、印度东气西输、中哈、中亚、中乌、中俄等国内外重大油气管道工程。第1代PAW系列自动焊装备为2000年的产品，在当时属于先进装备。随着科学技术的不断发展，该装备技术上的不足逐渐显现出来。基于此，于2014年开发了第2代CPP900系列自动焊装备，该系列装备融入浮动刀座仿形、智能控制、电弧跟踪等前沿技术，并更加注重系统的稳定性和可靠性。2016年5月，第2代CPP900自动焊装备陆续在漠大原油二期工程、中靖联络线、中俄东线开展工程应用。
第2代自动焊装备依托新材料、新技术、新工艺，其稳定性和可靠性得到了进一步提升，装备的适应温度范围扩展为-40°～50°，焊接管径由813mm提升至1422mm，适用壁厚由12.5mm提高至30.8mm，并于2017年增加了数据存储、读取、无线传输等新功能。随着自动焊装备应用比例的逐步上升，中国相关公司也逐渐开始研发自动焊装备，四川熊谷以焊接电源起家，于2008年开始从事自动焊相关装备的研发和生产工作。2016年XG-A系列管道全自动焊接系统已在大庆、新疆、辽河、四川等油建公司及俄罗斯管道施工企业现场使用，2017年成功应用于中俄东线二期试验段工程。洛阳德平成立于2005年，主要从事管道施工设备的专业制造，2015年成功研发了管道焊接机器人，在大庆油建公司的LNG工程中得以应用。
2全位置焊中自动焊接设备技术的性能分析
2.1开发技术路线
现阶段，焊接机头和导轨组合的方式已经在世界范围内很多国家的野外管道位置自动焊接中得以应用，采用往复运动形式控制焊枪。自动焊接设备的研制，主要关注焊接和工艺的优化以及实现，只有保证焊接工艺参数的合理化，才有可能保证焊接质量。所以，为了保证焊接质量，通常对于同一操作内容，存储了多套焊接工艺。伴随着移动存储设备应用范围的不断拓展，在其中存储大量的工艺程序已经不再有意义，没有较强的实用性。可以通过在光盘上存储焊接工艺的方式，再通过计算机进行数据的传输，将数据传递到自动焊接设备上，再由设备完成存储。在移动存储设备的使用过程当中，将存储设备中节约得到的空间再进行有效的利用，可以编制更多数量的控制程序，进行全自动焊的过程中，对焊缝进行全面的控制，以解决管道全位置的自动焊质量。
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2.2电气及执行元件
将直流电机驱动技术应用于我国的自动焊接设备当中，合理使用负反馈来进行电路的控制，控制的实质为：电弧电压、电流在传感设备检测得到的信号中，和基准信号进行对比，完成以后再在运算放大器的作用下实现放大，使其有效的进行直流电机的驱动。在上述操作中，运算放大电路或者集成式电路都会出现飘移现象，就是在操作温度升高以后，运算放大设备或者集成电路从原来的工作点开始移动，导致驱动直流电机的电压值发生改变，进而导致转动速度的改变。直流电机是一类电压控制型执行元件，转速的大小对降低直流电机控制系统中的电压值具有较大的影响，如果电压值发生了变化，则会导致直流电机转速的变化，使焊枪的位置发生偏离。
2.3自动控制方式
现阶段，选择导轨的方式来进行国内管道全位置自动焊机的应用。将自动焊接机头沿着导轨移动的方向完成焊接操作，只有合理控制焊机机头，才能有效的实现焊枪位置、姿态的控制。但是在实际的操作过程中，常常出现和上述问题相矛盾的现象。主要的原因在于通过对直流电动机轴的合理利用来实现对系统的控制方面。直流电机的转速在减速设备的作用下实现减速，驱动焊加强机构对焊缝进行跟踪，然后进行弧长的调节。基于减速设备传动链存在一定的传动误差，所以光电传感器的检测信号无法反映出焊枪的实际位置，进而导致检测误差的产生。另外，焊枪在移动副的控制作用下，其跟踪能力较差，所以管道全位置自动焊设备是主要的结构控制系统，也是人工进行全自动焊设备在管道焊接中干预的主要原因。
3自动焊装备发展前景
3.1信息技术融合
随着计算机技术、网络技术、自控技术、传感器技术的持续发展，管口焊接前的焊缝模型预估、多变量控制、模糊控制方法等技术将逐步引入自动焊装备中，结合局域网、互联网、无线传输、GPS定位等先进的IT技术，可实现自动焊装备的跨平台、跨区域、远程终端的互联互通。
3.2集中式走向分散式
目前自动化高端产品大多由分布式系统组成，形成级联系统链，可形成一对多、多对多等多种模式的任意组合，大幅优化系统构成，方便使用，将来在自动焊装备中也会采用该模式。
3.3人机界面更趋于人性化
目前常用的人机界面采用电容屏或电阻屏，仍属于控制系统的一部分，未来的人机界面可脱离控制系统，以手机、Pad、便携式设备为终端，使用APP应用程序为操作和管理人员提供更多的信息，强大的模块化软件和多客户机/服务器结构，可将实时的现场信息与监测平台互通，形成更加完善的反馈系统。
3.4系统智能化
焊接技术、检测技术、材料技术、信息技术的发展，与机械系统、自控系统进行多学科跨行业的融合，未来的自动焊装备将真正走向智能化。
结语
随着中国科技力量的不断加强，管道自动焊装备已实现国产化，配套的服务类技术也逐渐成熟，自动焊装备正迈向智能化。从近3年内国产自动焊装备在国家重点管道建设中的应用效果来看，其优势越来越显著。目前国产自动焊装备相关技术水平已基本与国外持平，但基础工业制造水平与国外仍有差距。随着国家对安全、环保、高效、高质管道建设要求的不断提升，自动焊装备将会成为管道建设的首选。
参考文献
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[3]隋永莉，郭锐，张继成.管道环焊缝半自动焊与自动焊技术对比分析[J].焊管，2013，36（9）38-47.
论文作者:王露
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：装备论文; 管道论文; 技术论文; 直流电机论文; 位置论文; 焊枪论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第19期论文;