CN110026652A - 一种管道焊接参数确定方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种管道焊接参数确定方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道焊接工艺参数确定方法，包括确定管道坡口几何参数；预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。该方法通过建立管道焊接过程数学模型，采用理论分析和实验相结合的方法实现管道焊接工艺参数规划和优化，达到采用科学方法实现焊接工艺参数匹配的目的。

Description

一种管道焊接参数确定方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属于管道焊接技术领域，尤其涉及一种管道焊接参数确定方法、系统及存储介质。
背景技术
随着石油化工及天然气行业的快速发展，对管道焊接的自动化要求日益提高。管道焊接涉及平、仰、立焊，对工人操作技能要求较高，劳动强度大，且不利于获取稳定的焊缝质量。因此，开展管道自动焊接装备与工艺研究具有重大学术价值和应用前景。
管道焊接设备的运动形式主要包含有轨式和磁轮式。有轨式焊接设备通过在管道上铺设圆形导轨以支撑焊接小车的周向运动，实际使用过程中，由于管径大小不一，需要根据管径更换不同的导轨。此外，由于增加了导轨铺设过程，在一定程度上降低了生产效率。在使用磁轮式焊接设备时，通过永磁车轮直接将焊接小车吸附于管道之上，操作便捷，且对管径的适应性强，因此其应用更为普遍。
目前，磁轮式管道焊接设备已初步应用于工程实际，并取得了一些成效。然而，由于管道焊接涉及工艺参数众多，通常采用试错法进行匹配，存在周期长、效率低、成本高、对操作者技术要求高，且具有盲目性等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种管道焊接参数确定方法，能够实现管道焊接工艺参数匹配和优化。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
第一方面，提供了一种管道焊接参数确定方法，包括：
确定管道坡口几何参数；
预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；
确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；
在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。
结合第一方面，进一步的，确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速具体为：
1)计算熔化前的焊丝体积Vwire＝vwiret*πd2/4 (1)
其中，小车爬行时间t＝πD/vv (2)
2)计算熔覆后的焊道体积Vgroove＝(a+h tanα)h*π(D-2H+h) (3)；
3)计算填充后的焊道宽度b＝a+2h tanα (4)；
4)根据预设焊接电流得到送丝速度；
5)根据焊丝熔前熔后体积相等原则再联立式(1)-(4)可得小车爬速：
6)计算焊枪摆幅和焊接之后的焊道底层宽度，其中，摆幅s＝a+h tanα；焊接之后的焊道底层宽度b＝a+2h tanα
其中，vwire、d、D分别为送丝速度、焊丝直径和管道直径；a、h、α、H分别为坡口焊前宽度、单层焊道厚度、坡口角度和坡口深度；η为飞溅率。
第二方面，提供一种管道焊接参数确定系统，包括：
初始化模块：用以确定管道坡口几何参数，预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；
参数初步确定模块：用以确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；
参数完全确定模块：用以在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。
第三方面，提供一种管道焊接参数确定系统，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
综上，本发明提供的管道焊接参数确定方法、系统及存储介质，采用数学建模和焊评测试相结合的方法实现管道焊接工艺参数规划及优化，并且提高了参数的匹配效率。
附图说明
图1为管道焊接过程示意图；
图2为管道V型坡口焊接过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
针对现有管道焊接过程中存在工艺参数匹配周期长、效率低、成本高、对操作者技术要求高，且具有盲目性等问题，本发明实施例提供了一种管道焊接参数确定方法。
图1为管道焊接过程示意图。采用多层多道焊，其中，焊道1为打底焊，采用GTAW(氩弧焊)，焊道2-4为填充焊，采用熔化极气体保护自动焊。管道焊接涉及参数众多，为叙述简洁，下文仅就本专利涉及参数进行说明。下面结合图2对本发明的管道焊接工艺参数规划方法进行详细介绍。具体步骤如下：
步骤一、确定管道坡口几何参数，包含坡口底部宽度7mm、坡口角度60°、坡口深度12mm，管道直径377mm；
步骤二、设定单层焊道3mm，设定焊道为四层；(根据经验设定)
步骤三、在考虑飞溅率的影响下，根据焊丝熔化前后的体积相等原则，确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸等之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速。具体过程如下：
计算熔化前的焊丝体积Vwire＝vwiret*πd2/4，式中，小车爬行时间t＝πD/vv；
(2)计算熔覆后的焊道体积Vgroove＝(a+h tanα)h*π(D-2H+h)；
(3)计算填充后的焊道宽度b＝a+2h tanα；
(4)由于送丝速度是焊接电流的函数，即vwire＝f(I)，根据焊机内置参数确定，预设电流130A时的送丝速度vwire为3.1m/s；(电流根据经验值选定)
(5)在考虑飞溅率影响的条件下，根据体积相等原则，联立上述各式，整理得小车爬速式中，飞溅率η＝1％；
(6)计算焊枪摆幅和焊接之后的焊道底层宽度，其中，摆幅s＝a+h tanα；焊接之后的焊道底层宽度b＝a+2h tanα；
(7)采用MATLAB编程求解，输入的参数包括焊丝直径、管道直径、坡口角度、焊前的坡口底部宽度、坡口深度、飞溅率、单层焊道厚度、送丝速等，输出匹配后的小车爬速、摆幅，其中，第2、3、4层焊道对小车爬速(cm/min)、摆幅(mm)分为14、10、8和8、12、15。
(8)采用焊评实验修正确定摆速和双边延时，完成所有参数的匹配，结果表明，当焊枪摆速和单边延时分别为25mm/s和200ms时，焊道表面鱼鳞纹美观、边缘线熔合良好。
改变单层焊道的厚度，重复步骤二和步骤三，对比分析单层焊道厚度对焊接质量的影响，可以进一步的优化焊接工艺参数。
其中，vwire、d、D分别为送丝速度、焊丝直径和管道直径；a、h、α、H分别为坡口焊前宽度、单层焊道厚度、坡口角度和坡口深度；
采用上述焊接工艺参数规划方法，可以有效地完成管道全位置焊接工艺参数匹配。目前，该规划方法已成功应用于管道、板材单V坡口焊接工艺参数匹配设计。
本发明实施例提供的管道焊接参数确定系统，可用于加载执行上述管道焊接参数确定方法，包括：
初始化模块：用以确定管道坡口几何参数，预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；
参数初步确定模块：用以确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；
参数完全确定模块：用以在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。
本发明实施例提供的管道焊接参数确定系统，还可以是：包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述管道焊接参数确定方法的步骤。
本发明还提供了一种可读计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述管道焊接参数确定方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管上面结合附图对本发明的优选实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种管道焊接参数确定方法，其特征在于，包括：
确定管道坡口几何参数；
预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；
确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；
在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。
2.根据权利要求1所述的一种管道焊接参数确定方法，其特征在于，确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速具体为：
1)计算熔化前的焊丝体积Vwire＝vwiret*πd2/4 (1)
其中，小车爬行时间t＝πD/vv (2)
2)计算熔覆后的焊道体积Vgroove＝(a+h tanα)h*π(D-2H+h) (3)；
3)计算填充后的焊道宽度b＝a+2h tanα (4)；
4)根据预设焊接电流得到送丝速度；
5)根据焊丝熔前熔后体积相等原则再联立式(1)-(4)可得小车爬速：
6)计算焊枪摆幅和焊接之后的焊道底层宽度，其中，摆幅s＝a+h tanα；焊接之后的焊道底层宽度b＝a+2h tanα
其中，vwire、d、D分别为送丝速度、焊丝直径和管道直径；a、h、α、H分别为坡口焊前宽度、单层焊道厚度、坡口角度和坡口深度；η为飞溅率。
3.根据权利要求1所述的一种管道焊接参数确定方法，其特征在于，所述管道坡口几何参数包括坡口底部宽、坡口角度、坡口深度以及管道直径。
4.一种管道焊接参数确定系统，其特征在于，包括：
初始化模块：用以确定管道坡口几何参数，预设单层焊道的厚度，确定焊道层数；
参数初步确定模块：用以确定焊接小车爬速与管道直径、焊道高度、送丝速度、焊丝直径和坡口尺寸之间的关系建立焊接模型，根据焊接模型得到匹配后的每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速；
参数完全确定模块：用以在每层焊道对应的焊接电流、摆幅和小车爬速确定的基础上采用焊接测试确定焊枪摆速和双边延时。
5.一种管道焊接参数确定系统，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～3任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～3任一项所述方法的步骤。
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