CN113245667A - 一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的压力容器焊接工艺参数动态控制方法，属于焊接工艺参数动态控制领域，主要解决压力容器焊接实施过程中，计划层与生产控制层之间存在很大的“信息断层”问题，使得车间存在大量浪费现象，生产效率低，严重影响了企业的生产效益和竞争力，该压力容器焊接工艺参数动态控制方法，包括焊前焊接工艺参数下达、焊机焊接参数控制、焊接过程数据采集分析和焊机焊接过程预警四大步骤。本发明有效解决目前压力容器在焊接作业时的诸多问题，如存在焊接过程工艺参数无法动态下达，不能对焊接参数进行实时控制和异常预测，不能对焊接工艺参数进行实时在线监控和采集分析等。

Description

一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法

技术领域

本发明属于焊接工艺参数动态控制领域，具体是一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法。

背景技术

当前，全世界的制造业正在经历新一轮变革，其核心是工业物联网、信息技术与制造业的深度融合。当前离散制造业竞争日趋白热化，面对现代离散制造企业小批量、多品种以及个性化定制生产模式的转变，以及严格的交货期等种种难题，“数字化”生产是助力企业实现降本增效最有力的手段或工具，而实现“数字化”管理的基础必然包括基于工艺参数动态控制的生产执行过程。

重型装备压力容器产品的主要特点是大直径、厚壁、铬钼钢焊接，其90％的生产任务需要焊机进行焊接作业完成，压力容器具有产品结构组成复杂、物料种类繁多、焊接工艺参数化设计要求高等特点，目前由于不能实现焊接过程中对焊接工艺参数进行动态下达到焊机设备、不能对焊机设备的运行参数进行实时控制、不能动态采集产品的实际焊接参数、也不能对产品焊接的历史数据进行统计分析和焊接设备的预警，导致焊接实施过程计划层与生产控制层之间存在很大的“信息断层”，“工艺”不能有效下达到“施焊”环节，焊接过程中数据变化因素也不能动态反映给“工艺”，难以对焊接的生产工艺、生产状况、设备、产能等进行动态跟踪、评估、优化，使得车间存在大量浪费现象，资源利用率低，严重影响了企业的生产效益和竞争能力。

在当下数字化、智能化迅速发展的前提下，重型装备压力容器产品亟需一套适用的焊接工艺动态控制方法，实现焊接工艺参数的下达、实时控制和动态采集分析，实现提升重型装备压力容器焊接的精细化、数字化和智能化管理水平的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，以解决焊接实施过程中，计划层与生产控制层之间存在很大的“信息断层”，“工艺”不能有效下达到“施焊”环节，焊接过程中数据变化因素也不能动态反映给“工艺”，难以对焊接的生产工艺、生产状况、设备、产能等进行动态跟踪、评估、优化，使得车间存在大量浪费现象，资源利用率低，严重影响了企业的生产效益和竞争力的问题。

为了解决以上问题，本发明采取的技术方案是：

一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，包括以下四步骤：

步骤一、焊前焊接工艺参数下达：包括绑定施焊焊机、提取工艺参数要求、选择焊接方法和设置实际施焊参数；

步骤二、焊机焊接参数控制：针对设置的实际施焊参数进行查看，当实际施焊情况偏离工艺规范值时或实际施焊参数不能满足产品质量要求时，可将焊机焊接参数在工艺参数要求的最高值和最低值区间值内进行调整控制；

步骤三、焊接过程数据采集分析：对实际施焊参数通过数据采集网关进行实时数据采集，并对采集到的数据进行转换解析，将无效数据剔除，将有效数据保存至数据库，再对采集到的有效焊接数据进行统计分析整理；

步骤四、焊机焊接过程预警：将实时采集到的焊接数据和预先输入系统的工艺参数区间值进行对比，通过进行运算得出当前焊接参数是否超规格，如果超规格，系统将进行对应告警级别的处理；通过分析设备历史数据，包括运行数据和故障数据，对焊接设备故障进行及时预测。

进一步地，步骤二中的实际施焊参数包括焊接工艺的电压、电流、送丝速度、作业状况、设备运行情况、产能实时数据。

进一步地，步骤一中的绑定施焊焊机是按照工艺参数要求选择目标焊机，选定目标焊机后，将数据采集网关与目标焊机进行连接。

进一步地，步骤一中的提取工艺参数要求、是将焊接作业指导书中的焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、气体流量、预热温度、层间温度进行提取，提取到具体的焊机工艺参数后，将每一个需要控制的工艺参数在系统中设置对应的别名，目的是对应焊机设备中变量地址。

进一步地，步骤一中的选择焊接方法，是从焊接作业指导书中抽取出本条焊接作业指导书用到的所有焊接方法，操作人员根据施焊要求选择本次要执行的焊接方法。

进一步地，步骤三中的统计分析是通过图表形式展示电压、电流、送丝速度的上下浮动值、以及设备使用效率、动能消耗数据、故障报警次数的。

进一步地，步骤三中的无效数据为焊机在正式施焊之前的运行数据。

本发明的有益效果如下：

该发明有效的将工业物联网、生产执行管理和工艺动态控制结合起来，形成了一套完整的压力容器焊接工艺参数动态控制方法，压力容器是重型装备的主要产品，该发明有效提高国家石化装备制造技术的核心能力和制造水平，有效解决目前压力容器在焊接作业时的诸多问题，如存在焊接过程工艺参数无法动态下达，不能对焊接参数进行实时控制和异常预测，不能对焊接工艺参数进行实时在线监控和采集分析等。

通过压力容器焊接工艺参数动态控制方法的研究与应用，实现了焊接的精细化管理，且形成了完整的焊接工艺数据存储体系；通过焊接工艺数据与焊接设备的动态连接，有效实现了焊接数据的实时传输和控制，推动焊接的数字化进展。

附图说明

图1为本发明一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，如图1所示，包括焊前焊接工艺参数下达、焊机焊接参数控制、焊接过程数据采集分析和焊机焊接过程预警四大步骤。

步骤一：焊前焊接工艺参数下达：

实施例1：焊接任务为堆焊，使用90°弯管机堆焊焊机，编码为759-032zz，型号为松下YC-400TX；

首先，绑定施焊焊机，焊机设备操作系统为PLC系统，要求具备通信接口，按照工艺参数要求选择目标焊机，如90°弯管机堆焊焊机，编码为759-032zz，型号为松下YC-400TX；选定焊机后，我们将数据采集网关与90°弯管机堆焊焊机进行连接，数据采集网关型号为NOTE2002，电源为DC9～24V；90°弯管机堆焊焊机设备类型为OmronHostLink，网关端口类型按照实际的90°弯管机堆焊焊机物理接口，选择串口，设置串口参数，串口号：COM2，波特率：115200，校验位：偶校验，数据位：7，停止位：2，超过时间：500ms，采集周期：50ms，端口号：0；以上便完成了绑定施焊焊机；

其次，提取工艺参数要求、将焊接作业指导书中的主要焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、气体流量、预热温度、层间温度进行提取，提取到具体的焊机工艺参数后，将每一个需要控制的工艺参数在系统中设置对应的别名，目的是对应焊机设备中变量地址，如设置焊接基值电流别名：DM0214，对应的焊机设备地址为DM214，峰值电流：DM0213，对应的焊机设备地址为DM213，基准电压：DM92，对应的焊机设备地址为DM92，热丝电流：DM01242，对应的焊机设备地址为DM1242，填丝速度：DM01244，对应的焊机设备地址为DM1244；以上数据类型为短整型；以上便完成了焊接工艺指导书工艺参数和焊机变量名的一一对应；

再次，选择焊接方法，系统从焊接作业指导书中抽取出本条焊接作业指导书用到的所有焊接方法，以堆焊为例，一般需要焊接过渡层和表层，焊接方法包括过渡层焊接方法和表层焊接方法，过渡层焊接方法为焊条电弧焊AMAW，焊材牌号E309L，直径

4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为

4.0mm时焊接电流为150-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为为180-200A.焊接电压：22-26U，焊材直径为

4.0mm时焊接速度为≧150mm/min，焊材直径为

5.0为mm时焊接速度为≧170mm/min；表层焊接方法为焊条电弧焊AMAW，焊材牌号E308L，直径

4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为

4.0mm时焊接电流为150-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为180-200A.焊接电压：22-26U，焊材直径为

4.0mm时焊接速度为≧150mm/min，焊材直径为

5.0时焊接速度时为≧170mm/min，然后选择本次要执行的焊接方法即可；

最后，设置实际施焊参数，根据选择的焊接方法的工艺参数要求设置实际施焊参数，以焊接过渡层为例，选择焊材

4.0，在系统中设置焊接基值电流为150A，焊接峰值电流为200A，热丝电流为18A，设置弧压基准为14.6V，设置焊接速度150mm/min，设置送丝速度为1940mm/min。

实际施焊参数设置完毕后可直接下达到数据采集网关中，然后通过网关可以将数据传到绑定的焊机上，便实现了将具体焊机工艺参数下达焊机的要求，同时其工单中其他的数据如项目号、焊接任务编号、焊工资质、工时定额、焊材定额、焊机信息等数据与对应的焊机会进行绑定，绑定的同时会锁定焊机通道号和工艺参数，以上便完成了焊接工艺参数下达至焊机的过程。

实施例2：焊接任务为主焊缝，使用TKSW-数控马鞍形焊接机，编码为759-064ZZ，型号为松下TZK10200；

首先，绑定施焊焊机，焊机设备操作系统为PLC系统，要求具备通信接口，按照主焊缝纵缝1A焊接工艺参数要求选择目标焊机，选择TKSW-数控马鞍形焊接机，编码为759-064ZZ，型号为松下TZK10200；选定焊机后，我们将数据采集网关与进行连接，数据采集网关型号为NOTE2001，电源为DC9～24V；TKSW-数控马鞍形焊接机设备类型为ModbusRTU，网关端口类型按照实际的TKSW-数控马鞍形焊接机物理接口我们选择串口，设置串口参数串口号：COM1，波特率：600，校验位：无校验，数据位：6，停止位：1，超过时间：500ms，采集周期：50ms，端口号：0；以上便完成了绑定施焊焊机；

其次，提取工艺参数要求，将焊接作业指导书中的主要焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、气体流量、预热温度、层间温度进行提取，提取到具体的焊机工艺参数后，将每一个需要控制的工艺参数(如焊接电流、焊接电压、送丝速度等)在系统中设置对应的别名，目的是对应焊机设备中变量地址，如设置焊接基值电流别名：DM80，对应的焊机设备地址为DM80，峰值电流：DM0086，对应的焊机设备地址为DM86，基准电压：DM1200，对应的焊机设备地址为DM1200，热丝电流：DM0202，对应的焊机设备地址为DM202，填丝速度：DM01204，对应的焊机设备地址为DM1204；以上数据类型为短整型；以上便完成了焊接工艺指导书工艺参数和焊机变量名的一一对应；

再次，选择焊接方法，系统从焊接作业指导书中抽取出本条焊接作业指导书用到的所有焊接方法，主焊缝纵缝1A焊接需要焊接内面基层、内面过渡层、内面表层和外面基层，焊接方法包括内面基层焊接方法、内面过渡层焊接方法、内面表层焊接方法和外面基层焊接方法，内面基层焊接方法为焊条电弧焊SMAW，焊材牌号J507，直径

4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为

4.0mm时焊接电流为160-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为为180-190A.焊接电压：22-26U，焊材直径为

4.0mm时焊接速度为≧80mm/min，焊材直径为

5.0为mm时焊接速度为≧85mm/min；内面过渡层焊接方法为焊条电弧焊SMAW，焊材牌号E309L，直径

4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为

4.0mm时焊接电流为150-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为为180-200A.焊接电压：22-26U，焊材直径为□4.0mm时焊接速度为≧150mm/min，焊材直径为

5.0为mm时焊接速度为≧170mm/min；内面表层焊接方法为焊条电弧焊SMAW，焊材牌号E308L，直径□4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为□4.0mm时焊接电流为150-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为为180-200A，焊接电压：22-26U，焊材直径为

4.0mm时焊接速度为≧150mm/min，焊材直径为□5.0为mm时焊接速度为≧170mm/min；外面基层焊接方法为焊条电弧焊SMAW，焊材牌号J507，直径

4.0mm或

5.0mm，电源类型：直流反转DCEP，焊材直径为

4.0mm时焊接电流为160-170A，焊材直径为

5.0为mm时焊接电流为为180-190A.焊接电压：22-26U，焊材直径为

4.0mm时焊接速度为≧80mm/min，焊材直径为

5.0为mm时焊接速度为≧85mm/min；然后选择本次要执行的焊接方法即可；

最后，设置实际施焊参数，根据选择的焊接方法的工艺参数要求设置实际施焊参数，以焊接内面基层为例，选择焊材

5.0，在系统中设置焊接基值电流为180A，焊接峰值电流为190A，热丝电流为20A，设置弧压基准为16.6V，设置焊接速度160mm/min，设置送丝速度为2050mm/min。

实际施焊参数设置完毕后可直接下达到数据采集网关中，然后通过网关可以将数据传到绑定的焊机上，便实现了将具体焊机工艺参数下达焊机的要求，同时其工单中其他的数据如项目号、焊接任务编号、焊工资质、工时定额、焊材定额、焊机信息等数据与对应的焊机会进行绑定，绑定的同时会锁定焊机通道号和工艺参数，以上便完成了焊接工艺参数下达至焊机的过程。

步骤二，焊机焊接参数控制：主要针对焊机施焊时的实际施焊参数进行查看和动态调整。

首先，焊机的实际施焊参数会通过连接的无线网关实时传送到数据采集网关上，同时无线网关通过物联网MQQT协议会将数据上传至系统端，操作人员便可以在焊接参数控制界面对焊接参数进行实时查看，所述焊接参数包括焊接电流、当前弧压、送丝速度等，其他可查看数据包括已施焊道数、设备运行情况、产能等实时数据；

其次，按照焊接作业指导书中的工艺参数要求区间值，在系统中进行了对应最高值和最低值输入，根据实际生产要求在最高值和最低值的基础上设置了5％-10％的宽放值，设置后的值即为焊接规范值；通过将实际焊接数据与焊接规范值进行比对，系统会判断当前的焊机实际施焊参数是否在规范值区间内，如果超过规范值，系统操作人员则将焊接参数重新调整到工艺要求规范值区间内；如果当前实际焊接参数在工艺要求规范值区间，但是当前焊接参数已不满足实际产品质量的要求，系统操作人员对焊接参数进行调整，只要调整值不超过工艺要求规范值区间即可，系统端调整后的值在确认后将会下达到网关中，然后通过网关传输到具体的焊机上，焊机接收到调整后的焊接参数后，将根据调整后的焊接参数重新进行实际的作业。

通过对焊机焊接参数的调整能有效实现对焊接工艺参数的远程动态控制。

步骤三，焊接过程数据采集分析：主要针对压力容器焊接工艺的电压、电流、送丝速度、作业状况、设备运行情况、产能等进行实时数据采集及分析。

首先，焊机在具体施焊过程中，焊机焊接参数通过数据采集网关进行数据的采集，采集后的数据会存储到数据库中；

其次，系统从数据库中调取存储的数据，并对对应的工艺数据进行转换解析，如对检测电压的装换公式为v*0.1，同时会将无效数据进行剔除，无效数据是指焊机在正式施焊之前的运行数据；

再次，针对转换解析后的有效焊接数据，系统进行分类统计整理，通过图表展示电压、电流、送丝速度等焊接数据的上下浮动值、设备使用效率、动能消耗数据、故障报警次数等情况；

最后，对采集到的所有焊接数据进行有效利用，从焊机、故障、超规范、动能消耗等多个维度统计和分析，为管理人员和工艺设计人员提供有效的参考数据。

步骤四，焊机焊接过程预警:

首先在告警策略中设置了告警级别，告警级别包括一级、二级、三级、四级、五级；每种告警级别都有对应的告警类型，每个告警类型会有各自的推送间隔时间；一级告警级别为最高级，对应告警类型为现场警报加对应维护人员短信通知，现场报警会在处理前持续存在，短信通知间隔时间为30s；二级告警级别对应告警类型为短信，间隔时间为为60s；三级告警级别对应告警类型为邮件，间隔时间为为180s；四级告警级别对应告警类型为邮件，间隔时间为为360s；五级告警级别对应告警类型为系统消息推送，间隔时间为为600s。系统除了当前设定的告警级别和对应的告警类型及间隔时间外，也支持自定义定义；

其次，将焊接作业指导书中的工艺参数要求区间值进行了最高值和最低值输入，根据告警策略在工艺参数要求区间值基础上设置5％-10％基的宽放值；设置后的值即为规范值，通过将实时采集到的焊接数据与规范值进行比对，系统会判断当前的焊机施焊参数是否在规范值区间内，如果超过规范值区间，系统将进行对应告警级别的处理，当工艺人员将焊机实际施焊参数调整到要求范围后，才会重新启动施焊作业，通过以上操作，能够有效避免焊工和焊机的超规范作业；

再次，对于采集到的焊机施焊数据，将其保存到数据库中，系统会对焊机历史施焊数据，包括运行时间、运行效率、故障发生时间、故障发生次数、超规范时间、超规范次数等进行系统的分析，通过分析焊机历史施焊数据，对焊机故障可进行及时预测，以降低故障发生频率，提高设备的利用率。

将以上实施例应用于物联网的工作过程：压力容器焊接工艺参数动态控制系统首先集成了工业物联网，在工艺设计人员将焊接作业指导书设计完成后，系统将焊接作业指导书中的主要工艺参数电流、电压、送丝速度、气体流量、预热温度、层间温度等下发至焊机上，并将任务工单中其他的数据如项目号、焊缝编号、工单号、创建人、焊工资质、工时定额、焊材定额等数据下发到物联网组件中，下发后将锁定焊机通道号和工艺参数，防止焊工进行更改；

开始施焊后，系统将对运行中的设备进行实时监控，并采集焊接过程中的各项数据；

然后将采集到的各项数据进行解析和处理，剔除掉无效数据，将有效数据存储在数据库中，接着系统会将采集到的有效数据统计、分析，一方面通过图表展示设备运行状态，设备使用数据，动能消耗数据，故障报警等情况，另一方面将会对采集到的所有焊接数据进行有效利用，从焊机、故障、超规范、动能消耗等多个维度统计和分析，为管理人员和工艺设计人员提供有效的参考数据；

系统将实时采集到的焊接数据和超规范区间值进行对比，通过进行运算最后得出当前焊接参数是否超规格，如果已超超规范区间，则系统会主动进行报警，提醒工艺人员进行工艺参数的调整；其次系统还将通过分析设备历史数据，包括运行数据和故障数据，对焊接设备故障进行及时预测，降低故障发生频率，提高设备的利用率。

在整个系统的运行过程中，数据都是自动下发、实时采集和分析预测，基本上不需要人为的干预，是一套智能化的压力容器焊接工艺参数动态控制方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于:该控制方法包括以下四步骤：

步骤一、焊前焊接工艺参数下达：包括绑定施焊焊机、提取工艺参数要求、选择焊接方法和设置实际施焊参数；

步骤二、焊机焊接参数控制：针对设置的实际施焊参数进行查看，当实际施焊情况偏离工艺规范值时或实际施焊参数不能满足产品质量要求时，可将焊机焊接参数在工艺参数要求的最高值和最低值区间值内进行调整控制；

步骤三、焊接过程数据采集分析：对实际施焊参数通过数据采集网关进行实时数据采集，并对采集到的数据进行转换解析，将无效数据剔除，将有效数据保存至数据库，再对采集到的有效焊接数据进行统计分析整理；

步骤四、焊机焊接过程预警：将实时采集到的焊接数据和预先输入系统的工艺参数区间值进行对比，通过进行运算得出当前焊接参数是否超规格，如果超规格，系统将进行对应告警级别的处理；通过分析设备历史数据，包括运行数据和故障数据，对焊接设备故障进行及时预测。

2.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：步骤二中的实际施焊参数包括焊接工艺的电压、电流、送丝速度、作业状况、设备运行情况、产能实时数据。

3.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：步骤一中的绑定施焊焊机是按照工艺参数要求选择目标焊机，选定目标焊机后，将数据采集网关与目标焊机进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：步骤一中的提取工艺参数要求、是将焊接作业指导书中的焊接工艺参数，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、气体流量、预热温度、层间温度进行提取，提取到具体的焊机工艺参数后，将每一个需要控制的工艺参数在系统中设置对应的别名，目的是对应焊机设备中变量地址。

5.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：步骤一中的选择焊接方法，是从焊接作业指导书中抽取出本条焊接作业指导书用到的所有焊接方法，操作人员根据施焊要求选择本次要执行的焊接方法。

6.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：所述步骤三中的统计分析是通过图表形式展示电压、电流、送丝速度的上下浮动值、以及设备使用效率、动能消耗数据、故障报警次数的。

7.根据权利要求1所述的一种压力容器焊接工艺参数动态控制方法，其特征在于：所述步骤三中的无效数据为焊机在正式施焊之前的运行数据。

Images