CN114619120A - 进行根焊焊接的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种进行根焊焊接的方法，属于焊接技术领域。所述方法包括：将两个待焊的管道按要求进行组对；在管口两侧的任一管道上安装自动焊机的圆形轨道，所述圆形轨道的圆心位于两个管道的轴线上；在所述圆形轨道上装卡所述全位置自动焊机；控制所述自动焊机，从预设的起始位置开始，按指定运动方向，沿所述圆形轨道移动，并在移动过程中按照预设周期检测所述自动焊机的姿态信息，基于预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的目标焊接参数，基于所述目标焊接参数，对两个管道的管口进行持续焊接。采用本申请，能够提高对管道进行根焊的焊接质量。

Description

进行根焊焊接的方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，特别涉及一种进行根焊焊接的方法。

背景技术

管道环焊缝是将两个管道焊接到一起后留下的焊缝，为长输管道中容易出现问题的位置，所以管道环焊缝的质量尤为重要。而近年的管道失效案例证明根焊质量对管道环焊缝服役性能影响极大，因此在近期的重点工程焊缝检测标准中提出了对于根焊不合格的焊口不允许返修，须采取直接割口重新组对焊接的要求，这无疑对管道施工根焊焊接方法提出了新的挑战。其中，根焊是对两个管道进行的第一次焊接，也称为打底焊。

在相关技术中，在进行根焊焊接时，需要通过焊接设备从两个待焊接的管道的管口的顶部开始焊接，顺着管口的一侧焊接至管口的底部，然后再从管口的顶部开始焊接，顺着管口的另一侧焊接至管口的底部，这样就完成了对两个待焊接的管道的管口的焊接。

在实现本申请的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

在进行根焊焊接时，需要两台焊接设备分别在待焊接的管口的两侧从管口顶部焊接至底部，这样设备投入成本较大，且在焊接完成的管口上会留下至少两个焊接接头，即管口的顶部和底部分别有一个焊接接头。而在实际应用中，焊接接头是比较容易出现质量问题的，例如内凹、未焊透、气孔、裂纹等，所以焊接接头越多，焊接的管道越容易出现质量问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种进行根焊焊接的方法，能够提高对管道进行根焊的焊接质量。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种进行根焊焊接的方法，所述方法包括：

将两个待焊的管道进行组对；

在两个管道中的任一管道上安装自动焊机的圆形轨道，所述圆形轨道的圆心位于两个管道的轴线上；

在所述圆形轨道上放置所述自动焊机；

控制所述自动焊机，从预设的起始位置开始，按指定运动方向，沿所述圆形轨道移动，并在移动过程中按照预设周期检测所述自动焊机的姿态信息，基于预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的目标焊接参数，基于所述目标焊接参数，对两个管道的管口进行持续焊接。

可选的，所述将两个待焊接的管道组对之前，还包括：

将所述两个待焊接的管道的管道坡口打磨为角度在20-30°之间的单V型管道坡口，且将所述管道坡口的钝边的长度打磨至0.5-1.5mm之间。

可选的，所述将两个待焊接的管道组对，包括：

将两个待焊接的管道的管口的间隙对齐至1.5-3.5mm之间，将所述两个待焊接的管道的管口的错边量对齐至0-1.5mm之间。

可选的，所述自动焊机由可移动设备与焊枪组成。

可选的，所述预先存储的姿态信息范围为所述自动焊机分别在待焊接的管道的管口对应的不同焊接段时的姿态信息范围。

可选的，所述方法还包括：

将垂直于两个管道的轴线的向上的方向确定为12点钟方向；

基于确定的12点钟方向、预设的焊接段划分间隔，将所述待焊的管道的管口按照点钟方向划分为多个焊接段。

可选的，所述预设的起始位置为4点钟方向在所述待焊接的管道的管口中对应的位置。

可选的，所述多个焊接段中包括至少一个过渡焊接段，所述过渡焊接段中包括多个过渡焊接子段；

所述每个过渡焊接子段对应的第一姿态信息范围对应的焊接参数的参数值，是基于所述过渡焊接段相邻的两个焊接段对应的焊接参数的参数值进行线性插值处理得到的。

可选的，所述方法还包括：

当焊接到所述待焊接的管道的管口中9点钟的方向对应的位置时，对所述起始焊接点的位置的起弧接头进行打磨。

可选的，所述焊接参数包括：焊丝干伸长长度、焊接保护气的比例、焊接保护气的气流量、焊接电压、焊接电流、送丝速度以及焊接速度。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例通过根据自动焊机不同的姿态信息，设置不同的焊接参数，然后在设置的起始位置开始焊接，即以不同的焊接参数对两个待焊接的管道的管口的不同焊接位置进行焊接，直至完成对两个待焊接的管口的焊接。这样在整个焊接过程中，以不同焊接参数焊接不同的焊接位置，只留下了一个焊接接头，不容易产生内凹、未焊透等缺陷。能够提高根焊的焊接质量，降低焊接的管道出现质量问题的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种进行根焊焊接的方法流程图；

图2是本申请实施例提供的对待焊接管道管口的分段示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

管道根焊是对两个管道进行的第一次焊接，也称为打底焊。根焊的焊接质量直接影响管道环焊缝服役性能。当前长输管道常用的根焊焊接方法还包括手工/半自动焊根焊、内焊机自动根焊。其中，使用手工/半自动焊根焊的方法焊接质量受焊工水平影响较大，且焊接作业效率较低，焊工劳动强度大。内焊机根焊的方法虽然焊接效率高，但其设备价格昂贵、对地形环境和坡口组对要求高，在山区、水网等小机组多点作业地区难以发挥优势，此外，内焊机采用多焊炬焊接，焊接过程中接头无法打磨，容易产生接头缺陷影响焊接质量，甚至造成频繁的割口、留头现象。因此，为提高特殊地段根焊焊接作业效率，降低根焊设备投入成本，保障根焊焊缝质量，降低焊工劳动强度，亟需开发一种稳定成熟的管道全位置自动根焊焊接方法。

本申请实施例提供的进行根焊焊接的方法，可以通过移动焊接设备在可完成整道焊口360°全位置根焊焊接，整管口根焊只有一个焊接接头。本申请实施例提供的方法可以由自动焊机实现，自动焊机可包括可移动设备和焊枪，可移动设备可以是移动小车、移动机器人等，可移动设备可通过安装在待焊接管道上的圆形轨道进行移动，焊枪可以实现对管道的焊接。在可移动设备中还可以设置有储存器、处理器等，其中存储器可以储存本申请实施例提供的进行根焊焊接的方法对应的应用程序和处理数据，处理可以对存储器存储的应用程序和处理数据以实现本申请实施例提供的进行根焊焊接的方法。另外在可移动设备中还可以设置有用于检测可移动设备在管道上位姿数据的传感器，例如位姿传感器或角度传感器等。

图1是本申请实施例提供的一种进行根焊焊接的方法流程图。参见图1，该实施例包括：

步骤101、使用内对口器将两个待焊的管道进行组对。

在实施中，如果需要对两个管道进行根焊时，可以预先通过气动内对口器将两个待焊的管道按要求进行组对，即将两个待焊接的管道的管口对齐，使两个待焊接的管道的轴线对齐在同一直线上。

其中，由于两个待焊接的管道在焊接时，需要留出焊接的间隙，所以在通过气动内对口器将两个待焊接的管道的管口对齐时，可以将两个管口的间隙对齐至1.5-3.5mm之间，即两个管口之间可存在1.5-3.5mm大小的间隙。另外，由于制造工艺等原因，所以即使同一尺寸的两个管道的管口也不一定能够完全吻合，而在本实施例中，在对两个管口进行对齐时，可以将两个管口的错边量对齐至0-1.5mm之间，即可以允许两个管口的错边量在0-1.5mm之间。

另外，在将两个待焊接的管道的管口对齐之前，可以对两个管道的管口进行处理，如下：

将两个待焊接的管道的管道坡口打磨为角度在20-30°之间的单V型管道坡口，且将管道坡口的钝边的长度打磨至0.5-1.5mm之间。

在实施中，技术人员可以使用角磨机对待焊接的两根管道的原始坡口分别进行修磨，将坡口形状修磨为20-30°单V型坡口，使用角磨机除去坡口表面浮锈，坡口及两侧20mm范围内应清理至显现金属光泽，打磨钝边至0.5-1.5mm。

步骤102、在两个管道中的任一管道上安装自动焊机的圆形轨道，圆形轨道的圆心位于两个管道的轴线上。

在实施中，在将两个待焊接的管道的管口对齐后，可以在两个管道中的任一管道上安装用于自动焊机移动的圆形轨道。其中，圆形轨道的圆心可以位于两个管道的轴线上。自动焊机由可移动设备与焊枪组成。可移动设备可以是移动机器人或移动小车，能够在管道上安装的圆形轨道上以指定的速度进行移动。

步骤103、在圆形轨道上放置自动焊机。

在实施中，在完成待焊接的管道的管口对齐，并将圆形轨道安装完毕之后，可将自动焊机装卡在圆形轨道上，准备后续的焊接工作。

另外，在准备对待焊接的管道进行焊接之前，可以对使用预热设备对待焊接的管口进行预热，预热温度需达到80-120℃，预热区域可以为管口及两侧各75mm范围内的区域。

步骤104、控制自动焊机，从预设的起始位置开始，按指定运动方向，沿圆形轨道移动，并在移动过程中按照预设周期检测自动焊机的姿态信息，基于预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的目标焊接参数，基于目标焊接参数，对两个管道的管口进行持续焊接。

在实施中，步骤101-步骤103焊接准备工作。在完成焊接准备工作可以控制自动焊机对管口进行焊接。焊接的步骤可以如下：

步骤1041、将自动焊机移动至对应的起始位置。

起始位置为两个待焊接的管道的管口(后面实施例中可称待焊接管口)中开始焊接的位置，本发明中焊接起始位置为待焊接管口4点钟的位置(以管口的顶部为12点钟的位置)。由于每个焊接位置可唯一对应自动焊机在圆形轨道上的位置，所以可以通过确定自动焊机在圆形轨道上的轨道位置从而确定起始位置。其中，自动焊机在圆形轨道上的轨道位置可以是自动焊机中的焊枪对准待焊接管口中4点钟的位置时，自动焊机在圆形轨道上所在的轨道位置。

在进行焊接时，技术人员可以控制自动焊机移动到圆形轨道中的预设的轨道位置处。或者，在自动焊机可具备角度传感器，可以预先确定自动焊机的焊枪在对准待焊接管口的起始位置时对应的轨道位置。并确定自动焊机在该轨道位置处时，对应的角度传感器的角度信息，然后将确定的角度信息预先存储在自动焊机中。当自动焊机焊装在圆形轨道之后，可以控制自动焊机寻找对应的轨道位置，即自动焊机可在圆形轨道中进行移动，并在移动过程中确定角度传感器检测到的角度信息是否为预先存储在自动焊机中的角度信息，当角度传感器检测到的角度信息为预先存储在自动焊机中的角度信息时，则将当前的位置确定为预设的轨道位置，此时自动焊机的焊枪开始焊接时，焊接的为待焊接管口上的起始位置。

例如，起始位置为待焊接管口上的4点钟方向对应的位置，技术人员可以预先确定自动焊机的焊枪对准待焊接管口上的4点钟方向对应的位置，并确定此时的自动焊机中角度传感器检测到的目标角度信息，然后将目标角度信息存储在自动焊机中。当需要自动焊机在圆形轨道进行焊接时，可以将自动焊机随机放置在圆形轨道上，然后自动焊机可在圆形轨道进行移动，并获取角度传感器中的角度信息，当获取到的角度信息为目标角度信息时，则停止移动，此时移动焊枪对应的待焊接管口的位置为起始位置。

步骤1042、控制自动焊机，从预设的起始位置开始，按指定运动方向，沿圆形轨道移动，并在移动过程中按照预设周期检测自动焊机的姿态信息，基于预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的目标焊接参数，基于目标焊接参数，对两个管道的管口进行持续焊接。

在确定起始位置之后，可以控制自动焊机向指定的运动方向沿圆形轨道进行移动。例如自动焊机可对应有一个控制设备，技术人员可以通过操控控制设备向指定的方向开始移动，同时开启自动焊机上的焊枪进行焊接。

在自动焊机在对待焊接的管口进行焊接的过程中，可以按照预设周期检测自动焊机的姿态信息，例如姿态信息可以是通过自动焊机中的角度传感器检测自动焊机在移动过程中的角度信息。然后确定当前检测的姿态信息所属的姿态信息范围，然后根据预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的焊接参数为焊枪工作焊接参数。然后根据确定的焊枪工作焊接参数对待焊接管口进行焊接，当检测到当前姿态信息所属的姿态信息范围变化之后，则将变化后的姿态信息范围对应的焊接参数确定为焊枪工作焊接参数，然后根据确定的焊枪工作焊接参数对两个管道的管口进行焊接，依次类推，直至完成对两个管道的管口的360°焊接。

其中，焊接参数可以包括焊丝干伸长长度、焊接保护气的比例、焊接保护气的气流量、焊接电压、焊接电流、送丝速度以及焊接速度等。其中对于每个姿态信息范围对应的焊接参数中，焊丝干伸长长度、焊接保护气的比例、焊接保护气的气流量可以相同。例如，每个姿态信息范围对应的焊接保护气的比例为CO2/Ar＝(15～25)％/(75～85)％，保护气的气流量为25L/min～35L/min。

可选的，预先存储的姿态信息范围为自动焊机分别在焊接两个管道的管口的不同焊接段时的姿态信息的范围。

其中，可以将垂直于两个管道的轴线的向上的方向确定为12点钟方向；基于确定的12点钟方向、预设的焊接段划分间隔，将两个对齐的待焊接的管口按照点钟方向划分为多个焊接段。

在实施中，技术人员可预先对待焊接管口划分为多个焊接段。其中可以以待焊接管口的圆心指向管口顶部的方向确定为12点钟方向。然后可以预设的焊接段划分间隔将待焊接的管道的管口划分为多个焊接段。如图2所示，可以将12点钟方向到2点钟方向对应的管口确定为一个焊接段，将2点钟方向到4点钟方向对应的管口确定为一个焊接段等等。然后可以将自动焊机在焊接每个焊接段对应的姿态信息，确定为对应的姿态信息范围。

其中需要说明的是，由于自动焊机是在圆形轨道上进行移动焊接，所以通过设置姿态信息范围，可以避免待焊接管口的直径对焊接段划分的影响，即无论待焊接管口的直径多大，通过设置姿态信息范围都可以将待焊接管口分为固定比例的多个焊接段。

另外在多个焊接段中包括至少一个过渡焊接段，过渡焊接段中包括多个过渡焊接子段；每个过渡焊接子段对应的第一姿态信息范围对应的焊接参数的参数值，是基于过渡焊接段相邻的两个焊接段对应的焊接参数的参数值进行线性插值处理得到的。

在实施中，由于在焊接管口的底部时，焊枪的焊接方向与重力方向几乎相反，在焊接时受重力影响比较大，所以可以将焊接管口的底部的一段焊接段设置为过渡焊接段。

如图2所示，可以将待焊接的管口划分为7个焊接段：

0-2点钟方向对应的管口为下向平焊区间段、2-4点钟方向对应的管口为下向立焊区间段、4-5.5点钟方向对应的管口为下向仰焊区间段、5.5-6.5点钟方向对应的管口为参数过度段(即过渡焊接段)、6.5-8点钟方向对应的管口为上向仰焊区间段、8-10点钟方向对应的管口为上向立焊区间段、10-12点钟方向对应的管口为上向平焊区间段。其中，5.5-6.5点钟方向对应的管口为参数过渡段即为过渡焊接段。过渡焊接段相邻的两个焊接段分别为，4-5.5点钟方向对应的管口为下向仰焊区间段以及6.5-8点钟方向对应的管口为上向仰焊区间段。

其中，在各焊接段中焊接保护气的比例为CO2/Ar＝(15～25)％/(75～85)％，保护气的气流量为25L/min～35L/min。对于其他焊接参数，每个焊接段对应的焊接参数的参数值可以如下：

下向平焊区间段：焊接电流为120-150A、焊接电压为14-16V、送丝速度为4500-5000mm/min、焊接速度为250-280mm/min；

下向立焊区间段：焊接电流为160-180A、焊接电压14-16V、送丝速度为5000-6000mm/min、焊接速度为300-400mm/min；

下向仰焊区间段：焊接电流为130-160A、焊接电压为15-17V、送丝速度为4500-5000mm/min、焊接速度为240-280mm/min；

上向仰焊区间段：焊接电流为100-150A、焊接电压为13-16V、送丝速度为3500-4000mm/min、焊接速度为180-220mm/min；

上向立焊区间段：焊接电流为80-120A、焊接电压为12-15V、送丝速度为3000-4000mm/min、焊接速度为140-180mm/min；

上向平焊区间段：焊接电流为100-140A、焊接电压为14-16V、送丝速度为3500-4500mm/min、焊接速度为180-220mm/min。

过渡焊接段中包括多个过渡焊接子段，每个过渡焊接子段对应的第一姿态信息范围对应的焊接参数的参数值，是基于过渡焊接段相邻的两个焊接段对应的焊接参数的参数值进行线性插值处理得到的。

在实施中，过渡焊接段中包括的过渡焊接子段的个数可以由技术人员进行预先设置，例如可以将过渡焊接子段的个数设置为5，即一个过渡焊接段中包括的5个过渡焊接子段。对于每个过渡焊接子段对应的焊接参数，可以通过过渡焊接段相邻的两个焊接段对应的焊接参数的参数值进行线性插值处理得到的。例如，4-5.5点钟方向对应的管口为下向仰焊区间段中的焊接电流为130A，6.5-8点钟方向对应的管口为上向仰焊区间段的焊接电流为100A，则对应每个过渡焊接子段的焊接电流可以为125A、120A、115A、110A、105A。例如4-5.5点钟方向对应的管口为下向仰焊区间段中的焊接电压为15.0V，6.5-8点钟方向对应的管口为上向仰焊区间段的焊接电流为12.0V，则对应每个过渡焊接子段的焊接电流可以为14.5V、14.0V、13.5V、13.0V、12.5V。对于每个过渡焊接子段其他的焊接参数可按照同样的方式确定，此处不再一一列举。

另外，在焊接的过程中，当焊接到待焊接管口中9点钟的方向对应的位置时，可以对起始焊接点的位置的起弧接头进行打磨。在进行焊接时，技术人员可以在待焊接的管道的两侧观察焊接效果。当一侧的管口焊接至约6点钟位置时，技术人员将遥控盒交给对侧的技术人员，由对的技术人员操作完成6-12点区域的上向焊焊接，在对侧的管口焊接至约9点位置时，本侧技术人员可以控制打磨设备对本侧起弧接头(即起始位置对应的焊接头)进行打磨，例如，可以使用2mm砂轮片进行接头打磨，需将接头打磨成坡度较缓、宽度适宜、与两侧圆滑过渡的斜坡，为保证接头熔透，打磨长度应达到2cm。这样在自动焊机在焊接到起始位置时可以完好的与起始位置的焊接头搭接。

其中在焊接的过程中，技术人员可观看自动焊机对管道的焊接情况，当焊接出现异常时，技术人员可以通过控制设备调整自动焊机在当前焊接段的焊接参数，例如调整焊接速度，以提高对管道进行根焊焊接的焊接质量。

本申请实施例通过根据自动焊机不同的姿态信息，设置不同的焊接参数，然后在设置的起始位置开始焊接，即以不同的焊接参数对两个待焊接的管道的管口的不同焊接位置进行焊接，直至完成对两个待焊接的管口的焊接。这样在整个焊接过程中，以不同焊接参数焊接不同的焊接位置，只留下了一个焊接接头，且接头是在4点钟位置下坡接头，不容易产生内凹、未焊透等缺陷。能够提高根焊的焊接质量，降低焊接的管道出现质量问题的概率。

本申请实施例提供的根焊焊接方法采用下向焊+上向焊+下向焊的方式进行管道全位置根焊焊接，根焊缝只有一个焊接接头，且根焊接头位于4点钟位置，根焊接头不易出现内凹、烧穿、未焊透等焊接缺陷。解决了当前管道自动焊施工中根焊接头缺陷率高、根焊质量不稳定、由于根焊缺陷频繁割口的问题。另外，本申请实施例提供的根焊焊接方法可省去当前管道自动焊施工配备的价格昂贵的坡口机和内焊机，根焊焊接只需单套外焊设备即可完成，极大的节省了工程设备投入成本。且坡口和组对精度要求不高，适用于在山区、水网等管口组对精度难以保障的地区施工。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种进行根焊焊接的方法，其特征在于，所述方法包括：

将两个待焊的管道进行组对；

在两个管道中的任一管道上安装自动焊机的圆形轨道，所述圆形轨道的圆心位于两个管道的轴线上；

在所述圆形轨道上放置所述自动焊机；

控制所述自动焊机，从预设的起始位置开始，按指定运动方向，沿所述圆形轨道移动，并在移动过程中按照预设周期检测所述自动焊机的姿态信息，基于预先存储的姿态信息范围与焊接参数的对应关系，确定当前的姿态信息所属的姿态信息范围对应的目标焊接参数，基于所述目标焊接参数，对两个管道的管口进行持续焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将两个待焊接的管道进行组对之前，还包括：

将所述两个待焊接的管道的管道坡口打磨为角度在20-30°之间的单V型管道坡口，且将所述管道坡口的钝边的长度打磨至0.5-1.5mm之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将两个待焊接的管道进行组对，包括：

将两个待焊接的管道的管口的间隙对齐至1.5-3.5mm之间，将所述两个待焊接的管道的管口的错边量对齐至0-1.5mm之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动焊机由可移动设备与焊枪组成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先存储的姿态信息范围为所述自动焊机分别在待焊接的管道的管口对应的不同焊接段时的姿态信息范围。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将垂直于两个管道的轴线的向上的方向确定为12点钟方向；

基于确定的12点钟方向、预设的焊接段划分间隔，将所述待焊的管道的管口按照点钟方向划分为多个焊接段。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的起始位置为4点钟方向在所述待焊接的管道的管口中对应的位置。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个焊接段中包括至少一个过渡焊接段，所述过渡焊接段中包括多个过渡焊接子段；

所述每个过渡焊接子段对应的第一姿态信息范围对应的焊接参数的参数值，是基于所述过渡焊接段相邻的两个焊接段对应的焊接参数的参数值进行线性插值处理得到的。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当焊接到所述待焊接的管道的管口中9点钟的方向对应的位置时，对所述起始焊接点的位置的起弧接头进行打磨。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接参数包括：焊丝干伸长长度、焊接保护气的比例、焊接保护气的气流量、焊接电压、焊接电流、送丝速度以及焊接速度。

Images