管道全位置自动焊机

　　一、概述

　　管道全位置自动焊机采用熔化极全位置焊接技术，最早出现于20世纪60年代末期，美国CRC公司率先将该项技术应用于管道施工。起初只是焊接小车带动焊枪行走，焊接参数(焊接电流、电压、焊接速度等)均为手动控制。而新的计算机控制系统改变了这一切，新控制系统可自动控制焊接电源的输出电压，测量电弧电压、电流，并控制保护气体阀

　　CRC自动焊技术采用熔化极气体保护焊方法，借助于机械和电气原理使焊接过程实现全自动化和程序化操作。

　　在焊接设备上，CRC自动焊包括内焊机和自动外焊机 两部分。其中，内焊机集管口组对和内部根焊于一身。内焊机设有8个焊枪驱动系统，4个焊枪为一组并且同时驱动，两组先后完成180°管口焊接，因此内焊机速度非常快，对于西气东输二线管径1219mm、壁厚18.2mm的钢管，根焊只需90s。外焊机包括热焊、填充和盖面两个设备系统。热焊机有两个焊接小车，每个焊接小车上有一个焊炬，由计算机焊接系统完

　　成自动控制，各完成180°管口的焊接。填充和盖面设备也有两个焊接小车，每个小车上有两个焊炬。小车只需行走两遍《每遍完成两层均道)即可完成填充作业。烨接小车通过参数实现智能化控制，参数确定后，技术人员只需在控制面板上微调焊枪位置、摆宽、煤接速度等，无需其他控制，故焊接质量受操作人员影响小。

　　CRC自动焊技术具有焊接效率高、劳动强度低、焊接过程受人为因素影响小等特点，在地势平坦、大口径、厚壁管道建设中优势明显

　　目前，生产全位置自动焊接设备的除了美国CRC公司外，还有德国VIETZ公司、美国 MAGNATECH公司、荷——VERAWELD公司，英国Naremst公司、法国SERIMERDASA公司，意大利PWT公司等在中国的油气管道焊接史上，全自动焊机一直依赖国外进口，但进口焊机成本太高，以美国CRC公司生产的全自动烨设备为例:设备购置费3000多万元，必须使用价格高昂的进口焊丝，以及每年600多万元的设备使用成本。还有中国人自己不能掌握的核心技术--只能由美国人设定的焊接参数

　　为实现管道人对国产全自动焊机的梦想，中国石油天然气管道科学研究院特种施工机具研究所成功研制了单焊炬的PAW 2000管道全位置自动外焊机(图4-2)，先后在义马线漳州水管道、西气东输一线及西气东输二线等项目中应用

　　结合PAW2000管道全位置自动外焊机在应用中暴露的问题，管道局又研制出升级版的双焊炬PAW3000管道全位置自动外焊机(图4-3)，主要用于长输油气管道施工过程中环焊缝的自动外焊接，整机采用双焊炬结构，其控制系统采用DSP和CPLD为核心的全数字智能化运动控制技术和嵌人式操作系统，可准确控制各项焊接参数，从而实施全位置自动焊接，是目前国产的实现管道高效焊接的最先进设备。国产的PAW 3000 管道全位置自动外焊机的购置费仅为进口设备的 1/3，性能都可以和进口的 CRC 焊机相媲美。而且，其设计使用辉材均为国产群材，价格也仅为进口焊材的2/3，PAW 3000 全自动外焊机首次在西气东输三线西段进行工业应用。该设备一旦批量投入使用，不仅能为使用单位大大降低施成本，给施工企业带来丰厚的回报，而且还能带动国内相关产业如焊接材料行业的发展。

　　二、PAW2000管道全位置自动外焊机

　　PAW 2000 单焊炬管道全位置自动外焊机主要用于长输油气管道施工过程中环焊缝的自动外焊接，整个焊接过程可通过计算机或编程器对各项焊接参数进行编程预置予以准确控制，其焊接速度、送丝速度、摆动宽度、摆动速度、焊接电压及焊接电流等参数可随状态的变化而变化，是管道环焊缝外焊的理想焊接设备。

　　1.系统构成及主要的技术指标

　　PAW2000自动焊接系统由焊接小车、导向轨道、控制箱、焊接电源、保护气体供给系统等组成，如图4-4所示。其中，控制箱用来完成整机的系统控制;手持操作盒是整个设备中非常重要的人机控制接口界面，可实现焊接准备和焊接过程中的全部操作。焊接电源可以根据用户的需要选定如林肯 DC-400等。保护气体供给系统由气瓶和气体配比器组成。另外，系统还可以通过串行通信接口进行焊接参数的设定和修改。

　　PAW 2000 管道全位置自动焊机的主要性能指标如下。

　　1. 焊接方式 熔化极气体保护焊(GMAW)。

　　2. 保护气体 CO2、Ar、CO2+Ar。

　　3.适用焊接电源硅整流或逆变电源(350A以上)，具有焊接电压远控接口(0——5V DC或0——10VDC)。

　　4.适用管径:400——1016mm。

　　5.焊丝直径 0.8——1.2mm。

　　6.焊接速度 0——2400mm/min连续可调。

　　7.送丝速度 0——16m/min连续可调。

　　8.电弧电压 14——27V连续可调。

　　9.摆动宽度 最大40mm

　　10.摆动轨迹 任意设定。

　　11.单摆时间 最小250ms。

　　12.送气、滞后断气时间 任意设定。

　　2.机械结构、

　　(1)焊接小车焊接小车由行走机构、送丝机构、焊枪姿态调整机构、安装底板等组成(2)导向轨道 导向轨道由轨道体、侧齿圈、调节螺栓、紧固卡等部分组成，侧齿圈固定于轨道体上。整个轨道体分为左右2个半圈，下方用固定铰链铰接，上方有紧固卡连接卡紧，这样轨道体可以绕铰链分开，从而很容易安装于管口处，拧紧紧固卡，再均匀转动调节柱，即可装卡于管口处。转移到下一个管口处时，只需打开紧固卡，拧松紧固卡两边的调节柱，其他处的调节柱无需松动。根据需要，焊接不同直径的管子，只要通过更换另一长度的螺栓便可以适应不同的管径。

　　3.自动控制系统

　　PAW2000管道全位置自动外焊机控制系统采用了数字信号处理器(DSP)为核心的先进运动控制技术，每秒平均运行 2000 万条指令，运算精度高，可对四个控制电动机实现全数字化伺服算法控制。

　　(1)运动控制器主板运动控制器主板具有很强的控制功能和较高的可靠性。该主板采用手轮编码器通道和通用的I/O通道作为输人、输出接口，RS-232行口作为上位机与运动控制器的通信接口，JMACHI-JM-ACH2通道控制四台电动机。

　　(2)I/O通道 /O通道主要作用是为手持盒和焊接电源控制提供一个信号的输入、输出。(3)手持操作盒手持操作盒设有焊接方向功能键、焊道选择功能键、焊枪位置调节键、焊车行走控制键、送丝状态控制键、焊接过程控制键、焊接过程复位键以及焊枪增幅调节键。自动焊机的控制全部通过手持操作盒来完成

　　(4)焊接电源的控制 为满足自动焊接的需要，必须在运动控制器和焊接电源之间设置一个接口电路，其作用是将运动控制器送出的8位二进制数字转化为模拟电压信号或线性分段递变电阻值，以便由焊接程序自动控制电弧电压。

　　(5)伺服电动机的闭环控制 运动控制器在运行时自动闭合电动机的数字伺服环，伺服环的功能是通过反馈产生使电动机的实际位置逼近所要求位置的输出。

　　4. 意义

　　PAW2000管道全位置自动外焊机的成功研制和规模应用，从根本上平抑了国外自动焊机价格，迫使进口自动焊机的价格大幅度下降约 50%。它在长输管道建设中的应用，既填补了我国管道自动焊接技术的空白，又提高了我国管道施工队伍的技术水平，为我国管道施工企业参与国际竞争奠定了坚实的技术基础，为我国的管道建设事业发挥了应有的作用。