本文關(guān)鍵詞：基于電弧傳感的窄坡口管道焊接高低跟蹤技術(shù)研究

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【摘要】：隨著陸地油氣資源的不斷開采,大量油田儲量趨于枯竭,產(chǎn)油量日益下降,海洋油氣資源成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。管道運(yùn)輸是海洋油氣資源安全高效的輸送方式之一,而高效穩(wěn)定的管道焊接技術(shù)可以減少海底管道鋪設(shè)的成本,降低工人的勞動強(qiáng)度。在海底管道鋪設(shè)過程中,由于坡口組對的誤差、熱變形誤差和軌道的安裝誤差等造成焊接過程不穩(wěn)定,在焊接過程中需要對焊炬的高低方向和橫向?qū)崟r調(diào)節(jié),保證對焊縫的實(shí)時跟蹤,并得到良好的焊接效果。本文研究內(nèi)容來源于國家自然科學(xué)基金:海底管道鋪設(shè)窄坡口焊接機(jī)器人電弧傳感技術(shù)研究項(xiàng)目。搭建了基于CAN總線的電弧傳感焊縫跟蹤系統(tǒng),進(jìn)一步設(shè)計(jì)基于CAN總線高頻擺動焊接平臺,最高擺動頻率可以達(dá)到40HZ。建立了電弧傳感數(shù)學(xué)模型,并研究不同濾波器參數(shù)對電弧傳感信號的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,滑動平均濾波器滑動點(diǎn)數(shù)為100,中值濾波的領(lǐng)域窗口為5,得到了比較好的濾波效果。對焊縫跟蹤過程中偏差信號提取方法進(jìn)行了研究,得到了不同焊接規(guī)范下焊接電流與焊炬高度之間的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型。對常用的焊縫高低跟蹤方法進(jìn)行了研究,得到了不同焊接規(guī)范下的焊接電流給定值。提出了基于模糊切換規(guī)則的多模型控制器進(jìn)行管道全位置焊接高低跟蹤控制。在高頻擺動平臺上進(jìn)行了擺動頻率對電弧敏感性影響規(guī)律研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,焊炬擺動頻率在10HZ左右可以得到良好偏差信號。分析了30°V形坡口、60°V形坡口和J形窄坡口對焊接電流的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明30°V形坡口和60°V形坡口的實(shí)際焊接電流值相差不大,可以采用相同的焊接電流給定值,其平均焊接電流比J形窄坡口焊接電流值增加20A。分析了不同焊接區(qū)位對焊接電流的影響規(guī)律,從0°位置到180°位置,焊接電流從小增大再從大到小的變化過程。在焊炬高度線性增加實(shí)驗(yàn)中,焊炬高度從9mm增加到18mm,擬合出了焊炬高度與焊接電流的一階線性關(guān)系。研究了大口徑UOE海管全位置焊接工藝參數(shù),焊接質(zhì)量符合API 1104-2005標(biāo)準(zhǔn)。采用LabVIEW編寫了基于電弧傳感的焊縫跟蹤程序,能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫高低跟蹤,跟蹤效果良好,能夠滿足焊接過程的需要。本文通過研究管道全位置焊接高低跟蹤過程中的信號處理方法、偏差信號的提取方法和高低跟蹤過程中的控制方法,分析不同坡口形式對焊接電流的影響規(guī)律,研究了全位置管道焊接工藝參數(shù),得到了良好的焊縫高低跟蹤效果,提高了海底管道鋪設(shè)的效率,保證了焊接質(zhì)量。研究成果對管道焊接行業(yè)提供了技術(shù)儲備,具有重大的科學(xué)指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG409

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本文編號：1281465