海底管道J形铺设焊接技术

J形铺设是最适合深水的海底管道铺设和海洋立管安装方法,只使用一个焊接工作站进行管道横向位置焊接,为了提高作业效率,铺管焊接之前通常把4～6根长度为12 m的管子进行焊接形成较长的管段。J形铺管焊接时背面难以添加衬垫,目前工程上普遍采用熔化极气体保护自动焊进行单面焊接。对于深水SCR立管等苛刻应用而言,需要严格控制管道端部装配最大高低偏差即Hi-Lo值,为此,管道几何尺寸、测量、机加工、分类和匹配非常重要。因为焊接技术的进步,焊缝疲劳标准BS 7608处理单面焊缝时显得相当保守和过于具有惩罚性。事实上,大量的海底管道环缝试验表明,对于深水SCR立管等苛刻应用而言,无衬垫单面焊接管道环缝疲劳设计采用BS 7608标准S-N曲线规定的E类曲线是合适的。     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

深水海底管道铺设焊接系统设计

为了满足南海深水油气田开发的需要,研制了以焊接工作站为核心的深水海底管道铺设焊接系统。焊接工作站配备2套独立的双炬焊接系统,焊接小车外形尺寸小、质量轻,特别适合于海管铺设工程应用。焊接工作站控制系统采用CANOpen现场总线和网络技术,不仅增加了系统柔性和可靠性,而且实现了现场焊接设备的远程监督。     

海底管道铺设全自动焊技术开发

依托我国南海深水荔湾油气田开发项目,介绍了海底管道全自动焊工艺开发过程,该工艺具有焊接速度快、效率高、质量稳定特点,尤其于大管径海底管道的铺设过程中凸显其优势特点。在焊接过程中,严格控制焊接工艺参数,以便获得质量优良的焊接接头。     

渤海湾海底管道焊接施工技术探析

近几年来,随着胜利油田海上采油建设的发展,海底管道建设开始占据主导地位。我公司承建胜利油田中心三号至中心二号输气管线总长约3381m,采用双层管保温结构。内管规格为Ф355.6mm×13.1mmAPI5LX56PSL2级无缝钢管,外管规格为Ф470mm×12.7mmAPI5LX56PSL2级直缝埋弧焊管,泡沫保温层厚度为30mm。沿线海底地形基本平缓,中心三号端设计水深12.2m,中心二号端设计水深11.1m。     

深水海底管线铺设自动焊接技术研究

本文针对海底管道铺设的需要,完成了管道自动焊接设备研制和自动工艺开发。焊接工作站采用双车双炬焊接,焊接小车结构紧凑、重量轻,符合海上应用需要。自动焊接设备电控系统成功实现了焊车行走同步驱动、车载计算和全位置自动焊接,特别是采用CAN总线技术,不仅各个单元之间连接线缆大为减少,而且焊接系统可扩展性得到巨大提高。采用带铜衬垫的内对口器进行根焊,背面成形良好,尤其是采用窄坡口,大幅度提高了焊接效率。管道焊接接头超声检验和力学性能试验均符合APISTD1104—2005的要求。在建造场地模拟试验的基础之上,成功地进行了自动焊接海上试验。     

深水海底管线铺设自动焊接技术研究

针对海底管道铺设的需要,完成了管道自动焊设备研制和自动焊工艺开发.焊接工作站采用双车双枪焊接,焊接小车结构紧凑、质量轻,符合海上应用需要.自动焊设备电控系统成功实现了焊车行走同步驱动、车载计算和全位置自动焊,特别是采用CAN总线技术,不仅各个单元之间连接线缆大为减少,而且焊接系统可扩展性得到巨大提高.采用带铜衬垫的内对口器进行打底焊,背面成形良好,尤其是采用窄坡口,大幅度提高了焊接效率.管道焊接接头超声检验和力学性能试验均符合API STD1104-2005的要求.在建造场地模拟试验的基础上,成功地进行了自动焊海上试验.     

计算机控制管道焊接机器人屏蔽技术

在电弧强干扰下管道焊接机器人抗干扰设计成为管道焊接过程稳定性关键,其中管道焊接机器人屏蔽技术是主要影响因素之一。通过对管道焊接机器人电磁场屏蔽、屏蔽线、双绞线和屏蔽双绞线屏蔽原理分析,提出屏蔽完整性,面板孔、电连接器、电路板屏蔽和多层屏蔽等措施。提高屏蔽材料的屏蔽效能要考虑金属平板材料性质、电磁场源性质、电磁场源与金属平板的距离、屏蔽体接地等状况。以上研究成果可为管道焊接机器人制造提供理论和实践上参考依据。     

管道预制焊接机器人的研究

研究了一种管道焊接机器人系统,采用激光视觉传感,在两个维度上完成管道焊缝的识别与跟踪,并在焊接第一道焊缝(打底焊)的同时,利用机器人记忆功能完成管道焊缝示教过程,简化了焊接操作过程.试验结果验证该焊接机器人系统满足管道自动化焊接的需求.     

海底管道铺设用全位置自动焊机械系统设计

海底管道是重要的海洋石油天然气运输方式,我国在深海铺管技术等方面与国外先进水平相比还有明显的差距,迫切需要研制相应的高效焊接设备.在深入剖析国内外广泛应用的几种焊机结构的基础上,设计了一种新型S型海底管道铺设用全位置自动外焊机,并通过实验验证了所设计的深水海底管道铺设用全位置自动焊机的可行性和有效性.     

管道全位置焊接机器人机械系统研制

为解决管道建设野外作业的自动化焊接的难题。研制了一种导轨式管道焊接机器人,其关键技术包括：研制新型的行走机构、焊枪摆动机构、机器人导轨与智能控制系统。介绍了导轨式管道焊接机器人机械系统的研制,着重对其结构特点、动作原理、设计要点进行了分析和说明。结合焊接工艺的要求对送丝电机减速箱及走丝轮直径的选定进行了校核计算。现场应用表明,该机器人能沿导轨平稳、可靠的行走,进行管道的全位置焊接,其操作简便,成本低,适合我国现场施工作业及工人的技术水平,既保证了焊接质量,又提高了劳动效率。     

异型断面管道自动焊接执行机构设计及运动仿真

在自主研发的全位置管道焊接机器人基础之上,针对异型断面波纹管的特点,研究了一种异型断面波纹管自动焊接机器人,能实现波纹管现场组对、坡口加工及自动化焊接等问题.该机器人系统主要包括对管装置、焊接/切割控制系统、自动焊接/切割系统、焊接/切割自动执行装置.着重分析了其自动焊接执行机构,并在结构模型的基础上进行了运动仿真研究...     

管线建设与焊接材料

介绍了管线钢的特点、管线钢的发展及展望。针对我国管线建设中焊接技术的运用及焊材的需求，指出我国的焊材工业应当重视管线发展，对于焊接材料的需求，应抓住机遇，促进焊材民族工业的发展。     

高压空气环境下TIG焊接机器人关键技术

针对渤海湾石油管道的技术特点和项目内容要求,研制出一种在60～100 m深的水域完成输油管道的修补作业的水下高压全位置焊接的焊接机器人.使用PPI通信协议,控制系统实现多机工作的协调和管理,解决了对机器人的运动参数的控制和焊接参数的接管控制.采用人机交互系统,实现了对机器人的控制和对焊接状态、场景的监控,同时解决了高压环境下的无人操作自动焊接问题.在0.1 MPa,0.3 MPa,0.5 MPa和0.7 MPa压力下,进行16Mn试件的焊接工艺研究,获得良好的单面焊双面成形的效果.试验研究表明,提高焊接机器人的控制水平、采用遥控操作,是解决高压干式焊接的关键技术.     

遥控弧焊机器人系统

研制了一个六自由度主动操纵手，立体电视监视系统和计算机控制系统，与ＰＵＭＡ机器人组成主从式遥控弧焊机器人系统，分析了连续焊缝弧焊的运动特征，着重研究了主从式遥迭弧焊的操纵控制方式和手眼协调性问题。试验结果表明，传统的主从遥控操纵方式难以达到满意的轨迹精度；手眼形式能显著地提高操纵效率，有利于提高轨迹精度和焊接速度；采用焊接速度计算机自动控制与主从遥控操纵相配合的中显著地改善操纵的平稳性，从而显著地     

应用于遥控焊接的开放式主从机器人控制系统

手动控制的主从机器人系统不能满足遥控焊接的要求,因此开发了一套开放式主从机器人系统.主机器人是由6自由度的SpaceNavigator空间鼠标安装在开放性的Motoman HP3J机器人末端构成,其控制平台为RTlinux系统.从机器人为改造后具有开放性的V01弧焊机器人,其控制平台为Windows 2000系统和功能...     

基于现场总线的智能弧焊机器人的研究

针对国内当前弧焊机器人的研究现状,采用嵌入式16位微控制器和CAN现场总线,提出了基于CAN总线的智能弧焊机器人的软、硬件设计方案：在传统示教再现型机器人系统模型的基础上,构建了计算机实时控制的新型弧焊机器人系统,并且给出了智能孤焊机器人设计中几个关键问题的解决办法和网络化控制思路。     

基于人机工程的主从机器人遥控焊接焊缝跟踪误差分析

主从机器人遥控焊接要求具有较高的运动轨迹跟踪精度和足够的焊接速度,但是当操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪焊缝时,焊缝跟踪精度不能满足焊接要求的原因至今未知.文中开发了一套由主端控制器、从机器人、工控机和激光传感器组成的主从机器人遥控焊接系统.从人机工程的角度分析了操作者手动操作主机器人控制从机器人末端焊枪跟踪直线焊缝时,影响焊缝跟踪精度的因素.结果表明,操作者的反应时间越长,焊缝跟踪精度越低,并且为了保证焊接过程的稳定性和焊接质量,焊接速度应该由机器人控制.