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1、第30卷第7期2009年7月焊接学报TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONVol.30No.7July2009管道环焊缝多焊炬自动内焊机关键技术分析曾惠林1,2,杜则裕1,黄福祥1,2(1.天津大学材料科学与工程学院,天津300072;2.中国石油天然气管道科学研究院,河北廊坊065001)摘要:管道环焊缝自动内焊机主要用于管道环焊缝焊接施工中的管口组对和根焊焊接,相比其它的根焊设备和技术,内焊机完成根焊质量可靠,效率最高.重点研究了长输管道环焊缝多焊炬自动内焊机的
2、总体设计、数字式控制系统、细丝焊接电弧的控制及环焊缝自动内焊工艺等关键技术.现场实际应用表明,研究出的环缝多焊炬自动内焊机结构合理、控制先进,完成一个环焊接头根焊用时仅90s.其可靠性和野外环境适应性完全满足现场焊接施工要求.关键词:管道;内环缝;多焊炬;自动焊机;根焊中图分类号:TG444.73文献标识码:A文章编号:0253-360X(2009)07-0077-04曾惠林0序言随着世界能源需求的日益增长,管道建设逐渐趋向于长距离、高压力的发展方向,管道工程用钢管也趋向于强度等级高、管径和壁厚大的发展方向.
3、这大大增加了现场环焊缝焊接的劳动强度,也降低了管道工程的建设速度.环焊缝的现场焊接施工一般采用流水作业的方式,因此环焊缝第一层焊道(根焊道)的焊接速度和焊接质量成为制约着整个工程建设进度和建设质量的瓶颈.早在20世纪60年代,国外就开展了管道自动焊设备的研究开发和应用工作[1].其中,管道环焊缝自动内焊机(Thepipelineinternalcircumferentialau2tomaticweldingmachine)主要用于环焊缝焊接施工中的管口组对和完成根焊工序,可极大地提高环焊缝根焊的焊接速度和焊接质
4、量.如采用6焊炬环焊缝自动内焊机完成<1016mm钢管的根焊需时90s.到了20世纪90年代,随着国外管道建设项目的增加,环焊缝自动内焊机在现场焊接施工中的应用已逐渐成熟[2].目前,国外环焊缝自动内焊机主要采用熔化极富氩保护电弧焊方法,代表设备有美国CRC公司的IWM型内焊机和英国NOREAST公司的AW型内焊机.内焊机的核心部分是涨紧和定位装置、焊炬旋收稿日期:2009-03-30转机构、行走及刹车装置,还包括气动控制系统、电气控制系统、焊接修补系统等.随着中国管道建设高峰期的到来,20世纪90年代开始,
5、国内加紧了管道自动焊设备的研究开发和应用工作.虽然中国管道自动焊设备的起步较晚,但研究开发和应用速度较快,20年走完了发达国家管道自动焊设备40多年的研发进程.文中重点研究了长输管道环焊缝多焊炬自动内焊机的总体设计、电气控制系统、细丝焊接电弧的控制及环焊缝自动内焊工艺等关键技术.1多焊炬自动内焊机的总体设计1.1多焊炬自动内焊机技术要求根据管道环焊缝内部根焊的技术特点,要求根据钢管管径设置不同的焊炬单元数量,保证在90s时间内完成根焊的焊接.如<1219mm钢管用内焊机的焊炬单元数量为8个,焊接速度为0～100
6、0mm/min,送丝速度0～13000mm/min,整机在钢管内面行走速度为0～60m/min.内焊机应具有涨紧机构以实现管口组对,组对后能够同时保证多个焊炬中心精确对准环焊缝中心.根焊时钢管固定不动,焊接过程是依靠焊接旋转机构驱动多焊炬焊接单元旋转完成.完成一道焊缝的根焊后,内焊机能够行走至下一道管口进行组对和完成根焊工序.应有刹车装置避免内焊机在管子内的自由移动.1.2多焊炬自动内焊机系统总成根据技术要求,研制一套8焊炬自动焊内焊机78焊接学报第30卷(图1),其系统主要构成有焊接单元(含焊炬顶起及复位机构
7、、送丝机构等)、焊炬旋转机构(焊接单元固定在旋转机构上)、定位装置、涨紧装置、行走机构、刹车装置、储气罐、遥控盒、气体保护系统、气动控制系统、电气控制系统、焊接修补系统等部分组成.为保证施工现场安全,所有驱动电机均采用24V直流伺服电机.图2内焊机按顺序完成左右半圆周焊接Fig12Carryingonleftandrightsideweldinginsequenceofinternalweldingmachine2多焊炬自动内焊机控制系统设计图1管道多焊炬内环缝自动焊机Fig11Internalcircumf
8、erentialautomaticweldingmachinewithmutli2torches1.3多焊炬自动内焊机结构设计多焊炬自动内焊机采用长构架机身.整机的行走、定位、管口组对由气动(压缩空气)系统驱动.焊接时,焊炬旋转装置先沿逆时针方向旋转45°,左侧的4个焊炬同时起弧,完成左半圆周焊接;然后焊炬旋转装置顺时针转动,再恢复到原位后,完成右半圆周的焊接(图2).控制系统控制保护
