机器人焊接技术在管道焊接中的应用现状

机器人焊接技术在管道焊接中的应用现状

单旭光

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

摘要：由于油气运输管道大都埋置于地下，如管道中出现缺陷等问题，技术人员难以及时发现;若发生泄漏事故，会对当地的环境、管线周围的设施产生极大的威胁。因此确保管道自身的可靠性，保证安装时的加工质量对于油气管道运输十分重要。管道环焊缝的焊接是管道铺设的关键环节，正确选用环焊缝焊接方式、提高安装加工的质量与效率，成为管道焊接的重要研究方向。

关键词：机器人焊接技术；管道焊接；应用现状

引言

随着我国对油气需求的不断增加，有必要提高管道建设的整体质量，以确保油气输送和储存的安全。在管道施工中，相应的人员必须不断提高整体技术水平。因此，在建设油气管道时，必须改进管道焊接技术，以创造良好的油气运输环境，为我国社会的稳定发展奠定坚实的基础，促进我国经济的发展和进步。

1机器人焊接概述

焊接机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，是一种主要从事焊接工作的工业机器人。焊接机器人具有三个或更多可编程的轴，并且末端执行器可以接装不同工具，如焊钳或焊枪，使其能进行焊接、切割或热喷涂等工作。作为一种自动化焊接设备，焊接机器人采用机械化的可编程工具来执行焊接和处理零件，大大提升了工业生产效率和质量。在开展焊接作业过程中，机器人能够通过精确的控制和运动，完成对待焊接材料的处理。此过程通常包括预编程的位置焊接，并可以通过机器视觉或组合方法进行引导。

在现代化的工业生产领域，自动化成为了主基调，旨在尽量减少人力配置并提升产品的质量，而焊接机器人在很大程度上满足了焊接作业的自动化要求，并能够大幅度提高生产效率，更加适合规模化的生产。除此之外，焊接机器人还能够有效降低人工作业成本，改善工业生产环境，尤其是可以代替人工在较为恶劣的环境下开展作业，不仅能够降低人工劳动强度，也可以确保人工安全。但从另一方面来看，焊接机器人的应用也存在着前期投资较大、开发技术难度较高以及维护保养成本较高的缺陷，这也需要我们不断强化对工业机器人的研发力度，以便充分发挥出其优势。

2机器人焊接技术原理概述

2.1焊接过程调控

焊接过程调控是机器人焊接的核心。在此过程中，精细控制电流、电压、焊接速度以及焊丝进给速度等多种参数，以确保实现合适的金属熔化和连接。此外，机器人系统会借助各类传感器对焊缝、工件以及焊接材料的状态进行实时监测，并根据反馈的信息对焊接参数进行动态调整，从而确保输出一致且稳定的焊接质量。

2.2运动控制

为了使焊枪或焊接头能够精确移动，机器人必须能够准确操控其各个关节的旋转、轴的移动以及工具的姿态调整。这一过程需依据预设的焊接路径以及工件的几何形状进行精细的运动规划和操控，从而确保焊缝能够被精准对准并实现均匀焊接。

2.3编程与轨迹规划

在开始焊接之前，机器人需要接受编程处理，以便定义具体的焊接路径和相关参数。这通常采用离线编程结合仿真的方法，以确保整个焊接过程的精确性和可重复性。轨迹规划作为关键步骤，决定了机器人在三维空间中的运动方式，以顺利完成指定的焊接任务。

2.4感知与视觉

为了实现更精准的操控，机器人系统通常会配备多种传感器和视觉系统。这些系统可实时监测焊缝、工件位置以及整体质量。特别是视觉系统在焊缝检测、定位以及焊缝跟踪方面发挥了重要作用，从而确保每一步焊接的准确性和整体一致性。

3机器人焊接技术在管道焊接中的应用现状

首先，焊接机器人的运动控制技术的应用。焊接机器人需要准确地控制焊枪的位置和姿态，以实现精确的焊接操作。运动控制技术包括轨迹规划、路径规划和运动控制算法等方面。通过合理的轨迹规划和路径规划，可以使机器人在焊接过程中避免碰撞和干涉，提高工作效率和安全性；

其次，感知技术的应用。焊接过程中，机器人需要对焊接工件进行实时感知和检测，以保证焊接质量。感知技术包括视觉传感器、力传感器和温度传感器等方面。通过视觉传感器可以实时获取焊接工件的形状和位置信息，力传感器可以检测焊接过程中的力度和压力，温度传感器可以监测焊接过程中的温度变化。这些感知技术的应用可以提高焊接的精度和稳定性；

第三，控制系统的应用。焊接机器人的控制系统需要实现对机器人的运动控制、感知控制和参数调节等功能。控制系统需要具备高性能的实时性和稳定性，以保证焊接过程的精确性和稳定性。同时，控制系统还需要具备良好的人机交互界面，方便操作人员对机器人进行监控和调节；

最后，安全技术的应用。焊接过程中存在高温、高压和有害气体等安全隐患，因此需要采取相应的安全措施。安全技术包括防护装置、安全传感器和紧急停机系统等方面。通过合理的安全技术应用，可以保障焊接过程中的人员安全和设备安全。

4机器人焊接技术在管道焊接中的应用措施

4.1培养焊接施工人员综合素质

在焊接工作中，技术人员的水平和质量直接影响整个工程施工过程，因此，对工作人员综合素质提出了更高要求。首先，技术操作人员要有扎实的专业技能基础知识才能保证其顺利完成焊接作业；其次，施工人员应具备良好熟练掌握焊枪、手推车等相关设备使用规范及技能。石油天然气公司在焊接天然气管道前，必须对焊接人员进行技术交底，针对不同岗位人员制定相应技术标准规范制度并定期组织考核工作，督促工作人员按照这些规章制度开展日常焊接作业活动；对于技术人员来说应根据自身情况选择合适的焊工材料，避免焊接施工后出现因对环境因素不了解导致的问题。

4.2精准度控制

对于焊接机器人操作的精准度控制，应通过对机器人的结构设计、反馈控制、路径规划以及工件固定等方式来实现。具体来看，焊接机器人的结构设计直接影响其精度和可靠性。采用先进的工程设计原则，能够确保机械结构的稳定性和刚性，以应对高强度的工作负载，从而保持焊接的准确度。而采用算法及时调整机器人的姿态和位置，并通过传感器来反馈实时位置信息，能够实现对焊接质量的精准控制，但这是一个持续的过程，需要机器人不断监测和调整其动作以确保焊接的精准度。通过精细的路径规划，机器人可以准确地沿着预定的路径进行焊接。这也需要考虑到工件的形状、大小和焊接要求等因素。除此之外，工件的固定稳定性直接影响焊接的精度。因此，采用合适的夹具和定位装置有助于确保工件在焊接过程中的稳定性和准确性。

4.3焊接施工中质量控制

焊接质量控制可以保证长输管道的正常施工和运输安全，因此必须合理控制焊接施工的质量。首先要严格按照工艺操作流程进行焊接。其次要根据实际情况选择合适材料来提高钢管的强度和韧性等；最后要保证整个接头都具有良好稳定性、抗腐蚀能力及耐磨性等后再进行焊工工作。在管道施工中需要注意以下几点：需要对焊缝表面质量有一定要求，一般情况下都是使用灰白胶或者是油泥。焊接时，要规范焊接操作方法，合理控制焊缝间距，严格控制焊缝尺寸，降低管道内壁钎焊厚度的可能性，提高焊接强度。在管道的焊接点，必须明确规定焊接直径。如果直径较大，伸缩式管道的焊接可以通过多人施工进行。当焊接许多铰链零件时，在焊接过程中必须添加额外的焊道，以确保挡弧尺寸的合理性。

结束语

机器人在管道焊接、检测领域将有更多的应用，同时焊接的稳定性、焊缝缺陷检测的准确率以及效率也会逐步提升，会为其他类型的工业机器人提供可借鉴的研究方向。

参考文献

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[3]刘慧勇．海底管道腐蚀防护状态检测和评估技术［J］．化工设计通讯，2023，49(1):62－64．