王维德
潍坊佳承建筑安装工程有限公司 山东省潍坊市 261041
摘要：本文结合工程实践提出了一种焊接机器人全位置自动焊接管道工艺方法，通过在管道焊接施工中采用BIPT-3全位置智能焊接机器人，简化施工程序，保证管道焊接一次合格率的同时提高了焊接质量稳定性和生产效率，克服人工操作带来的生理、心理疲劳度，体现以人为本的人文理念。
关键词：自动焊接，管道施工，施工技术
1前言
焊接是管道安装的关键技术，焊接质量是管道安装质量的关键。而人工焊接时，由于受到技术水平、疲劳程度、责任心、生理极限等客观和主观因素的影响，难以较长时间保持焊接工作的稳定性和一致性。而且，由于恶劣的焊接工作条件，焊接工人越来越少，熟练的技工更有短缺的趋势。与此同时，电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为机器人焊接管道提供了有利的条件。管道焊接机器人主要应用于压力钢管安装、长输管线、市政等大口径金属管道的现场安装，建筑工业园内预制管道单元的焊接加工，特别是不适于人工操作的恶劣环境条件下的施工。
2 技术原理
（1）以做好焊前准备为前提，以自保护半自动焊的设备及焊接工艺为基础，用 BIPT-3 型焊接机器人代替人工焊接。
（2）以 CCD 光电跟踪系统的扫描对接头的坡口型式、深度、宽度等焊件参数进行识别，并由机器人进行自动记忆，由操作人员确定起弧位置。
（3）以 CCD 光电跟踪系统和导向线相结合进行导向，用永久磁铁轮为行走轮，机器人机器人在焊件上爬行，以机器人智能控制系统进行控制，实现全位置自动焊接。
（4）在全位置焊接中，由于焊接位置不同，焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪摆动速度、焊枪倾斜角度等都有较大变化，需要根据不同焊接位置调节各种焊接参数，以保证焊接质量。采用工人手动调节各种焊接参数的方式难以适应全位置全自动焊，将成熟的焊接工艺参数存储于系统中，并在焊接过程中进行实时调用。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1采购正规生产厂家生产的焊接材料并在施工现场设置专门的带有除湿、恒温、通风及照明装置的焊材库存放。焊条电弧焊的焊接材料在使用前还必须按说明书进行干燥、保温，随用随取。
3.2清理焊口及焊缝坡口两侧各 20mm 范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物，对母材部分的缺陷作彻底打磨处理，并做好记录。每一焊道焊完后及时清理，检查合格后再继续施焊。
3.3采用千斤顶机械方法矫正管道端口的轻度变形。千斤顶矫正法采用液压千斤顶。
3.4采用坡口机加工管道坡口，保证坡口端面平整，表面光滑、不起鳞，钝边均匀，并可以根据工艺要求加工坡口角度，提高焊接质量及效率。具体为：管口钝边应为1.5～2.3mm；坡口宽度不宜大于12mm，当母材壁厚不大于10mm时，可加工为30°±2.5°的单边V型坡口；当母材壁厚大于10mm，小于15mm时，应加工为复合坡口；当母材壁厚大于15mm时，必须采用排焊；当使用复合坡口时，必须注意坡口两个角度交界处的圆滑过渡，过渡的越光滑，出现未熔缺陷的可能性就越低。
3.5清扫管道，确保管内无杂物，并使用钢丝刷清理管内外表面坡口两侧25mm范围至显现金属光泽后将管口进行组对，对口间隙控制在2～3mm之间，其中上部对口间隙应略小于下部对口间隙，管口组对错皮量宜控制在1mm以内，且应沿管口均匀分布。
3.6将焊接机器人置于焊接位置，确定起点后沿焊缝行走，扫描坡口断面尺寸，并进行自动记忆。根据接头的坡口型式、坡口深度、坡口宽度的不同，按拟定的焊接工艺，确定焊接电流、焊接电压、行走速度、焊接层道、焊道宽度、焊丝的送丝速度等参数并输入焊接机器人。
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3.7使用无导轨全位置焊接机器人进行焊接工艺试验。整理焊接记录，编制焊接工艺评定报告；评定报告经焊接责任工程师审核后，以焊接工艺评定报告为依据，结合焊接施工经验和实际焊接条件，编制焊接工艺规程。根据焊接工艺规程中规定的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪摆动速度、焊枪倾斜角度等节各种焊接工艺参数存储于系统中，在正式焊接过程中进行实时调用。
3.8在前面准备工作做好之后，将焊接机器人放置在焊接工件表面。注意在放置焊接机器人时请将 CCD 镜头尽可能靠近焊接跟踪线，这样便于快速调节焊接机器人到适合焊接的位置。放置焊接机器人时应检查两侧的四个磁轮是否都已经完全吸附在焊接工件表面，若有磁轮没有完全吸附，则机器人的磁吸力将大大减弱，有可能产生焊接机器人坠落事故。请在放置好焊接机器人后，为焊接机器人安装保险带，以防止由于意外因素导致焊接机器人坠落时发生安全事故。
3.9调整焊枪位置，按照焊接工艺卡的规定设置焊接参数后进行如下操作：
1）启动焊接操作
按下“焊接”按钮，焊接机器人与焊接电源联动，控制系统立即开焊枪引弧，延迟 2 秒钟后再启动焊接机器人，按设定的运条方式开始正常焊接。
2）微调焊枪位置操作
在焊接过程中观察焊枪与焊缝的相对位置，当焊枪高度不合适时可通过“上移/下移”拨钮开关来调节焊枪与焊缝之间的距离，当焊枪偏离焊缝时可通过“左移/右移”拨钮开关来调节焊枪使之保持与焊缝的位置符合焊接要求。
3）停止焊接操作
焊接机器人运行到焊接终点时，按下红色“停止”按钮，焊接机器人立即停止行走，摆动机构回到摆动中心，在延迟2秒钟以后关焊枪，停止焊接操作。
3.10在焊接机器人完成焊接作业后，拆卸焊接机器人系统，并移动到下一个工件上继续完成焊接施工作业。拆卸过程应在断电情况下进行并注意安全，勿随意将焊接机器人放置在地面上，具有磁性的磁轮将会吸附铁屑等杂物。
3.11焊接工作完成后，使用角向磨光机对余高较高的焊缝表面及附近的熔合性飞溅进行打磨，使其圆滑过渡，防止产生焊接应力集中，使用钢丝刷清理接头表面的杂物。
3.12焊后对所焊焊口进行外观检查，发现焊缝表面咬边缺陷应立即进行打磨或补焊，发现表面气孔和表面裂纹缺陷应立即进行打磨，清除缺陷，观察缺陷状况并立即报告焊接责任工程师。
3.13对同一机器人所焊的焊缝按30%的比例进行抽样无损检测。当焊口无法用射线进行检验时，经建设单位同意，可采用超声波检验代替射线检验。
4 总结
无轨道全位置自动焊接管道施工技术与传统的人工焊接相比，由于其焊接电流是焊条电弧焊的1.5 倍，而焊接电压只是焊条电弧焊电压的 67％，焊接电弧短，大大的提高了焊接的热效率，再加不用进行焊接材料烘烤，节约了大量的材料费与人工费，提高了经济效益，降低了管道焊接安装的成本。
在面对当下劳动力严重短缺的情况下，该工艺大大降低了焊接工程对劳动力的需求，提高焊接效率的同时保证了焊接质量，避免了二次返工。
参考文献：
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[3]祝怡龙.管道施工过程中P600全位置自动焊接的质量控制[J].焊接，2010，（08）：45-47+75.
论文作者:王维德
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第9期
论文发表时间:2018/11/15
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