CN114850619B - 管道焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请是关于一种管道焊接系统及方法，属于焊接技术领域。所述管道焊接系统包括轨道、焊接小车、电焊机、焊枪、送丝机构、焊丝和控制器，其中：轨道具有环形结构，设置在焊接管道中的第一管道的外壁上，焊接小车设置在轨道上，焊枪和送丝机构设置在焊接小车上，焊丝安装在焊枪和送丝机构上；控制器，用于：基于对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于目标焊接速度，确定焊接小车的移动速度，基于移动速度控制焊接小车运动，基于目标焊接电压和目标焊接电流控制电焊机工作。采用本申请，不需要工作人员手动操作，只需通过控制器进行控制从而完成焊接，极大的提升了焊接质量的稳定性。

Description

管道焊接系统及方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，具体涉及一种管道焊接系统及方法。

背景技术

油气管道线路长、跨域广，因途径的地区环境复杂，管道自由口连头普遍存在，例如，当在夏天遇到沼泽地时不便再继续施工，到了冬天时才可以继续施工，从而产生了管道自由口连头，当继续向下施工时需要对管道自由口连头进行焊接。

传统的管道自由口连头的焊接一般都采用手工焊，但手工焊的焊接效率较低，且焊接需要工作人员手动操作，导致焊接质量的稳定性较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种管道焊接系统及方法，可以解决相关技术中存在的技术问题，所述管道焊接系统及方法的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种管道焊接系统，所述管道焊接系统包括轨道1、焊接小车2、电焊机3、焊枪4、送丝机构5、焊丝6和控制器，其中：

所述轨道1具有环形结构，设置在焊接管道7中的第一管道的外壁上，所述焊接小车2设置在所述轨道1上，所述焊枪4和所述送丝机构5设置在所述焊接小车2上，所述焊丝6安装在所述焊枪4和所述送丝机构5上；

所述焊枪4与所述电焊机3电性连接，所述控制器与所述电焊机3、所述送丝机构5和所述焊接小车2分别电性连接；

所述控制器，用于：

接收开始指令；

获取已选择的目标焊接模式；

获取所述目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将所述电焊机3的电焊机工作模式设置为所述目标电焊机工作模式；

获取所述目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系，其中，所述焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，所述焊接速度是焊点的移动速度；

周期性检测所述焊枪4的姿态信息，基于所述对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于所述目标焊接速度，确定所述焊接小车2的移动速度，基于所述移动速度控制所述焊接小车2运动，基于所述目标焊接电压和所述目标焊接电流控制所述电焊机3工作。

在一种可能的实现方式中，所述管道焊接系统还包括坡口机和气动内对口器，其中：

所述坡口机用于对所述第一管道和所述焊接管道7中的第二管道的端口进行坡口加工，所述气动内对口器用于将所述第一管道和所述第二管道组对。

在一种可能的实现方式中，所述第一管道和所述第二管道的端口的坡口形状为复合型坡口，所述复合型坡口包括上坡口、下坡口和钝边，其中：

所述第一管道的钝边的内圈位于所述第一管道的内壁，所述钝边的外圈与所述第一管道的下坡口的内圈相邻接，所述第一管道的下坡口的外圈与所述第一管道的上坡口的内圈相邻接，所述第一管道的上坡口的外圈位于所述第一管道的外壁；

所述第二管道的钝边的内圈位于所述第二管道的内壁，所述钝边的外圈与所述第二管道的下坡口的内圈相邻接，所述第二管道的下坡口的外圈与所述第二管道的上坡口的内圈相邻接，所述第二管道的上坡口的外圈位于所述第二管道的外壁；

所述第一管道上的复合型坡口的形状和尺寸与所述第二管道上的复合型坡口的形状和尺寸均一致。

在一种可能的实现方式中，所述目标焊接模式为根焊、热焊、填充焊或盖面焊；

所述根焊对应的电焊机工作模式为wiseroot+(一种电焊机工作模式的名称)模式，所述热焊对应的电焊机工作模式为脉冲焊模式，所述填充焊和所述盖面焊的电焊机工作模式均为恒压输出模式。

在一种可能的实现方式中，所述根焊对应的焊丝6的型号为ER70S-G，所述根焊的焊接电压均在14～16V范围内，所述根焊的焊接电流均在100～160A范围内，所述根焊的焊接速度均在200～350mm/min范围内；

所述热焊对应的焊丝6的型号为ER70S-G，所述热焊的焊接电压均在21～25V范围内，所述热焊的焊接电流均在160～220A范围内，所述热焊的焊接速度均在300～550mm/min范围内；

所述填充焊对应的焊丝6的型号为E90T1，所述填充焊的焊接电压均在22～25V范围内，所述填充焊的焊接电流均在160～240A范围内，所述填充焊的焊接速度均在150～280mm/min范围内；

所述盖面焊对应的焊丝6的型号为E90T1，所述盖面焊的焊接电压均在22～25V范围内，所述盖面焊的焊接电流均在160～240A范围内，所述盖面焊的焊接速度均在150～250mm/min范围内。

在一种可能的实现方式中，所述焊枪4上设置有重力传感器，所述重力传感器用于周期性的检测焊枪4的姿态信息，并将所述姿态信息发送给所述控制器，其中，所述姿态信息为在垂直于所述第一管道轴线且通过所述重力传感器所在位置点的平面上，所述重力传感器所在位置点到所述第一管道的轴线的垂线、与铅直线之间的夹角值。

在一种可能的实现方式中，所述管道焊接系统还包括保护气输气装置，所述保护气输气装置的出气管固定在所述焊接小车2上，所述出气管的出气方向朝向所述焊点，所述保护气输气装置与所述控制器电性连接；

所述控制器，还用于：在接收开始指令之后，控制所述保护气输气装置以15L/min～25L/min的气流量输出保护气，其中，所述保护气为80％Ar+20％CO₂。

在一种可能的实现方式中，控制器，用于：

获取预先存储的所述目标焊接模式下的多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数；

在每两个基准焊点之间确定预设数目个插入焊接点；

基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数；

基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数、以及多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定所述目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系。

在一种可能的实现方式中，控制器，还用于：

接收焊接速度调整指令；

获取焊接速度调整值；

基于所述焊接速度调整值，调节所述焊接小车2当前的移动速度，且基于所述焊接速度调整值，调节后续的所述焊接小车2的移动速度。

另一方面，本申请实施例提供了一种管道焊接方法，所述管道焊接方法应用于管道焊接系统，所述管道焊接系统包括所述轨道1、所述焊接小车2、所述电焊机3、所述焊枪4、所述送丝机构5、所述焊丝6和所述控制器，其中：

所述轨道1具有环形结构，设置在所述焊接管道7中的第一管道的外壁上，所述焊接小车2设置在所述轨道1上，所述焊枪4和所述送丝机构5设置在所述焊接小车2上，所述焊丝6安装在所述焊枪4和所述送丝机构5上；

所述焊枪4与所述电焊机3电性连接，所述控制器与所述电焊机3、所述送丝机构5和所述焊接小车2分别电性连接；

所述方法包括：

接收开始指令；

获取已选择的目标焊接模式；

获取所述目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将所述电焊机3的电焊机工作模式设置为所述目标电焊机工作模式；

获取所述目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系，其中，所述焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，所述焊接速度是焊点的移动速度；

周期性检测所述焊枪4的姿态信息，基于所述对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于所述目标焊接速度，确定所述焊接小车2的移动速度，基于所述移动速度控制所述焊接小车2运动，基于所述目标焊接电压和所述目标焊接电流控制所述电焊机3工作。

本申请的实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本申请实施例提供了一种管道焊接系统，基于确定的目标焊接模式下的焊枪的姿态信息和焊接参数的对应关系，控制器基于对应关系中的焊接速度控制焊接小车运动，基于对应关系中的焊接电压和焊接电流控制电焊机工作，从而完成对第一管道和第二管道的焊接，采用此系统，减小了因手动操作而带来的不稳定的影响，只需通过控制器进行控制从而完成焊接，从而极大的提升了焊接质量的稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

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是本申请实施例示出的一种管道焊接系统的结构示意图；

图2是本申请实施例示出的一种第一管道和第二管道的坡口的示意图；

图3是本申请实施例示出的一种第一管道和第二管道的坡口的示意图；

图4是本申请实施例示出的一种焊枪的姿态信息的示意图；

图5是本申请实施例示出的一种管道焊接方法的流程图。

图例说明

1、轨道；2、焊接小车；3、电焊机；4、焊枪；5、送丝机构；6、焊丝；7、焊接管道。

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。

本申请实施例提供了一种管道焊接系统，如图1所示，管道焊接系统包括轨道1、焊接小车2、电焊机3、焊枪4、送丝机构5、焊丝6和控制器。

其中，轨道1具有环形结构，设置在焊接管道7中的第一管道的外壁上，焊接小车2设置在轨道1上，焊枪4和送丝机构5设置在焊接小车2上，焊丝6安装在焊枪4和送丝机构5上。

焊接管道7包括第一管道和第二管道，第一管道为已经固定好的母材，第二管道为新材，焊接是为了将第二管道固定在第一管道上。工作人员可以将轨道1固定在第一管道上，轨道1为环形结构，焊接小车2可以在轨道1上做圆周运动，从而带动焊枪4和焊丝6对第一管道和第二管道之间的缝隙进行焊接。

在焊接之前，还需要对第一管道和第二管道进行处理，使得焊接的效果更好更牢固，焊接效率更快。

管道焊接系统还包括坡口机和气动内对口器，其中，坡口机用于对第一管道和第二管道的端口进行坡口加工，气动内对口器用于将第一管道和第二管道组对。

在第一管道和第二管道需要焊接的端口需要进行坡口加工，使得焊接更加方便快捷、更加牢固。工作人员可以使用坡口机对第一管道和第二管道需要焊接的关口进行坡口，然后使用气动内对口器将第一管道的端口和第二管道的端口进行对正和调整两者之间的间距，方便后续的焊接。

可选的，坡口加工后的端口可以是多种形式的，下面以其中一种进行说明：

如图2所示，第一管道和第二管道的端口的坡口形状为复合型坡口，复合型坡口包括上坡口、下坡口和钝边，其中，第一管道的钝边的内圈位于第一管道的内壁，钝边的外圈与第一管道的下坡口的内圈相邻接，第一管道的下坡口的外圈与第一管道的上坡口的内圈相邻接，第一管道的上坡口的外圈位于第一管道的外壁；第二管道的钝边的内圈位于第二管道的内壁，钝边的外圈与第二管道的下坡口的内圈相邻接，第二管道的下坡口的外圈与第二管道的上坡口的内圈相邻接，第二管道的上坡口的外圈位于第二管道的外壁；第一管道上的复合型坡口的形状和尺寸与第二管道上的复合型坡口的形状和尺寸均一致。

工作人员可以根据需要对上破口和下坡口的斜度根据需要和效果进行设置，在第一管道或者第二管道的轴线所在的截面上来看，上坡口与竖直直线之间的角度α可以为15°，下坡口与竖直直线之间的角度β可以为22°，下坡口的高度a(即拐点的高度)可以为6mm，钝边(即斜度为0、与竖直直线平行的部分)的高度b可以为1mm～1.5mm，从而组成复合型坡口。对于壁厚不同的管道来说，只需要改变上坡口的高度，上述其他数值保持不变。

对第一管道和第二管道的端口分别进行坡口加工之后，工作人员可以对第一管道和第二管道进行组对，本实施例中使用气动内对口器进行组对，使得第一管道的轴线与第二管道的轴线重合，组对间隙c(即第一管道的钝边与第二管道的钝边之间的距离)可以为2mm～2.5mm，组对错边量小于1.5mm。在使用气动内对口器进行组对时，可以使用磁吸式的间隙板来保证对口间隙，可以在第一管道和第二管道的顶点(即第一管道和第二管道的最高点)处放置厚度为2mm的间隙板，在第一管道和第二管道的仰脸(即第一管道和第二管道的最低点)处放置2.5mm的间隙板，使第一管道和第二管道夹紧两块间隙板，在将第一管道和第二管道组对完成后，将气动内对口器和间隙板撤出，进行后续的焊接。由于在焊接时本实施例最先采用的是下向焊工艺(即由上向下焊接，在后续会进行详细的描述)，在由上向下焊接的过程中，第一管道和第二管道的下方的间隙会逐渐减小，所以在仰脸处的间隙板一般会比在顶点处的间隙板的厚度大一些。

焊枪4与电焊机3电性连接，控制器与电焊机3、送丝机构5和焊接小车2分别电性连接。在焊接过程中，控制器会控制电焊机3按照选定的目标焊接模式控制电焊机3工作，同时会按照目标焊接模式下的对应关系，控制焊接小车2在轨道1上运行，从而带动焊枪4移动，将第一管道与第二管道焊接固定在一起。

管道焊接系统还包括保护气输气装置，保护气输气装置的出气管固定在焊接小车2上，出气管的出气方向朝向焊点，保护气输气装置与控制器电性连接；控制器，还用于：在接收开始指令之后，控制保护气输气装置以15L/min～25L/min的气流量输出保护气，其中，保护气为80％Ar+20％CO₂。

控制器可以控制保护气装置的输出的气流量，工作人员可以预先设置好气流量，当控制器接收开始指令后，获取预先设置的气流量，基于该气流量控制保护气装置输出保护气，保护气装置的出气管的管口冲向焊点位置，为焊接体提供保护气体。可选的，工作人员也可以在焊接过程中根据需要调整气流量。

在焊接前，工作人员需要对焊接管道7和控制器实施一些操作，相应过程如下：

首先，工作人员需要打开控制器的开关，使控制器处于开启状态。控制器上设置有人机交互界面，在界面中，工作人员可以在多种焊接模式中，选择当前需要的焊接模式，即目标焊接模式。目标焊接模式可以为根焊、热焊、填充焊或盖面焊。

在本实施例中的焊接过程中，每次焊接都是焊接第一管道和第二管道的一半，即每次都焊接一个半圆，由上至下焊接顶点到仰脸之间的两个半圆，即为完成一个圆周的焊接，或者是由下至上焊接仰脸至顶点之间的两个半圆，即为完成一个圆周的焊接。

如图3所示，对于第一管道和第二管道的焊接，首先要在A区进行根焊，在B区进行热焊，然后在C区进行填充焊，最后在D区进行盖面焊。根焊为两次半圆的焊接即一个圆周的焊接，热焊同样为两次半圆的焊接即一个圆周的焊接，填充焊为多层焊接(如图3中的C1—C6)，且在缝隙较大的焊层中需要进行排道焊接，即一个焊层的需要多次焊接，填充焊进行多次，直到焊面高度距离管道的外壁1～2mm为止。盖面焊也需要排道焊接，且焊接后的宽度要向着两侧方向分别覆盖在第一管道和第二管道上1～2mm。在由填充焊至盖面焊过程中，由于坡口的宽度逐渐增大，所以填充量也相对应的增大，为保证良好的填充效果，焊接速度应相对应的设置的越来越慢。

在开始焊接之前，工作人员需要控制焊接小车2移动到开始位置处，例如，焊接采用的是下向焊工艺，则需要控制焊接小车2运动到第一管道与第二管道的顶点位置，才能开始焊接。若焊接采用的是上向焊工艺，则需要控制焊接小车2运动到第一管道与第二管道的仰脸位置，才能开始焊接。工作人员可以在控制器上控制焊接小车2移动以及停止。

可选的，管道焊接系统还可以包括遥控盒，遥控盒与控制器电性连接，遥控盒上设置有焊接小车2的运动设置，由于遥控盒比较小巧，方便携带，所以工作人员也可以直接在遥控盒上操作，遥控盒将指令发送给控制器，控制器控制焊接小车2移动以及停止。

当确定了目标焊接模式之后，工作人员还需要对焊接方向进行设置。由于在本实施例中的焊接过程中，每次焊接都是焊接第一管道和第二管道的一半，即每次都焊接一个半圆，由上至下焊接顶点到仰脸的位置，或者是由下至上焊接仰脸至顶点的位置，一个圆周的焊接完成需要完成两次半圆的焊接，两次半圆的焊接方向是相反的，所以在确定了目标焊接模式之后，还需要确定焊接方向，即可以确定焊接方向为顺时针或者逆时针。

在完成了上述操作后，可以控制控制器开始进行第一管道和第二管道之间的焊接了，在焊接过程中，控制器控制操作的相应过程可以如下：

步骤一，接收开始指令。

在完成上述操作后，工作人员可以在控制器上点击“开始”按钮，从而使控制器接收到开始指令。

可选的，遥控盒上也设置有“开始”按钮，工作人员可以直接在遥控盒上点击“开始”按钮，遥控盒将开始指令传送给控制器，控制器接收开始指令。

步骤二，获取已选择的目标焊接模式。控制器接收到开始指令后，获取工作人员已选择好的目标焊接模式和焊接方向。

步骤三，获取目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将电焊机3的电焊机工作模式设置为目标电焊机工作模式。

控制器中预先存储了各种焊接模式对应的电焊机工作模式，获取了目标焊接模式之后，控制器获取目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，控制电焊机3将其电焊机工作模式设置为目标电焊机工作模式。在本实施例的设置中，根焊对应的电焊机工作模式为wiseroot+模式，热焊对应的电焊机工作模式为脉冲焊模式，填充焊和盖面焊的电焊机工作模式均为恒压输出模式。根焊采用wiseroot+模式，电焊机3会通过实时反馈的电弧电压来对焊接电流和焊接电压进行微调，从而使根焊的效果更好，极大的减小了出现烧穿和没有熔透的情况。

步骤四，获取目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系，其中，焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，焊接速度是焊点的移动速度。

其中，焊接电压为电焊机3输出电压的有效值，焊接电流为电焊机3输出的电流的有效值。

焊枪4上设置有重力传感器，重力传感器用于周期性的检测焊枪4的姿态信息，并将姿态信息发送给控制器，其中，姿态信息为在垂直于第一管道轴线且通过重力传感器所在位置点的平面上，重力传感器所在位置点到第一管道的轴线的垂线、与铅直线之间的夹角值，即如图4中的γ。重力传感器周期性的向控制器发送该夹角值γ，使得控制器可以获知当前焊枪4所在位置，从而获知焊点所在位置。

焊接速度为焊点的移动速度，当确定了焊接速度时，根据预先存储好的焊点所在的与第一管道截面同心的圆周的直径，和焊接小车2的重心所在的与第一管道截面同心的圆周的直径，计算出焊接小车2的移动速度，然后控制器控制焊接小车2按照移动速度运动。

步骤四更详细的过程可以如下：获取预先存储的所述目标焊接模式下的多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，在每两个基准焊点之间确定预设数目个插入焊接点，基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数、以及多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定所述目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系。

其中，基准焊点为焊接一次中(即焊接的一个半圆中)，在半圆上均匀设置多个焊点，然后设定这些焊点对应的姿态信息与焊接参数。由于焊接过程分为焊接左半圆和右半圆，所在左半圆和右半圆上分别设置有多个基准焊点，左半圆上的基准焊点和右半圆上的基准焊点相对应设置，左半圆上的基准焊点均可以在右半圆的基准焊点中找到一个与之处于同一平面中，且左半圆的基准焊点的数目与右半圆的基准焊点的数目相同。对于不同的目标焊接模式，可以设置相同的基准焊点，也可以设置不同的基准焊点。一般基准焊点至少包括顶点位置和仰脸位置两个点。

对于不同的目标焊接模式，其对应的焊接参数的设置也不同，相应的可以如下：

根焊采用实心焊丝气保护下向焊工艺，根焊对应的焊丝6的型号为ER70S-G，根焊的焊接电压均在14～16V范围内，根焊的焊接电流均在100～160A范围内，根焊的焊接速度均在200～350mm/min范围内。

热焊采用实心焊丝气保护下向焊工艺，热焊对应的焊丝6的型号为ER70S-G，热焊的焊接电压均在21～25V范围内，热焊的焊接电流均在160～220A范围内，热焊的焊接速度均在300～550mm/min范围内。

填充焊采用药芯焊丝气保护上向焊工艺，填充焊对应的焊丝6的型号为E90T1，填充焊的焊接电压均在22～25V范围内，填充焊的焊接电流均在160～240A范围内，填充焊的焊接速度均在150～280mm/min范围内。

盖面焊采用药芯焊丝气保护上向焊工艺，盖面焊对应的焊丝6的型号为E90T1，盖面焊的焊接电压均在22～25V范围内，盖面焊的焊接电流均在160～240A范围内，盖面焊的焊接速度均在150～250mm/min范围内。

工作人员可以预先设置多个基准焊点，基准焊点的数量可以为2～6个。控制器可以获取目标焊接模式下的多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，然后根据相邻的两个基准焊点，确定出两个相邻的基准焊点之间的每个不同姿态信息对应的插入焊接点的焊接参数。可以采用分段差值计算的方式，即根据两个相邻的基准焊点之间的焊接参数的差值，然后根据该差值，使得两个相邻的基准焊点之间的预设数目个插入焊接点的焊接参数均匀分布。例如，第一基准焊点的焊接电压为20V，第二基准焊点的焊接电压为22V，两个基准焊点之间的插入焊接点的数目为19，则每个插入焊接点的焊接电压都在上一个插入焊接点的焊接电压的基础上加上0.1V，即从第一基准点开始的第一个插入焊接点的焊接电压为19.1V，第二个插入焊接点的焊接电压为19.2V，以此类推。焊接电流和焊接速度的计算方式与之相同，在这里不再举例赘述。需要注意的是，一个半圆上的多个基准焊点的焊接参数，并不一定是随着基准焊点的姿态信息的增大而增大或减小的，也有可能是随着姿态信息的增大先减小再增大等等。

根据上述方法，控制器在获取了目标焊接模式和焊接方向后，可以确定这次焊接中的多个插入焊接点的姿态信息与焊接参数的对应关系。

步骤五，周期性检测焊枪4的姿态信息，基于对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于目标焊接速度，确定焊接小车2的移动速度，基于移动速度控制焊接小车2运动，基于目标焊接电压和目标焊接电流控制电焊机3工作。

重力传感器会周期性的检测焊枪4的姿态信息并将其发送给控制器，控制器接收当前的姿态信息，然后基于该姿态信息和姿态信息与焊接参数的对应关系，确定出当前的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流。控制器在当前以确定出的目标焊接电压和目标焊接电流控制电焊机3输出。控制器还控制焊接小车2以焊接速度对应的移动速度运动，带动焊枪4移动，从而完成一次焊接，即一个半圆的焊接。

可选的，管道焊接系统还包括保护气输气装置，保护气输气装置的出气管固定在焊接小车2上，出气管的出气方向朝向所述焊点，保护气输气装置与控制器电性连接。

控制器，还用于：在接收开始指令之后，控制保护气输气装置以15L/min～25L/min的气流量输出保护气，其中，保护气为80％Ar+20％CO₂。

控制器在焊接的同时，还控制保护气装置输出保护气，保护气装置的出气管的管口冲着焊点位置设置，在焊接的同时为其提供保护气体，保护气装置输出的保护气可以为80％Ar+20％CO₂，气流量可以为15L/min～25L/min。工作人员可以在焊接的过程中，根据现场实施情况，通过控制器对气流量进行相应的调整。

可选的，在焊接过程中，工作人员可以根据焊接的现场实施情况，随时改变焊接速度，对应过程可以如下：

控制器，还用于接收焊接速度调整指令，获取焊接速度调整值，基于所述焊接速度调整值，调节所述焊接小车2当前的移动速度，且基于所述焊接速度调整值，调节后续的所述焊接小车2的移动速度。

当焊接过程中，工作人员想要调整焊接速度时，可以之间在控制器上进行调整，也可以在控制盒上直接进行调整，当控制器接收到焊接速度调整指令时，会获取焊接速度调整指令中的焊接速度调整值，然后基于该焊接速度调整值，对当前的焊接速度进行调整，以及对本次焊接之后的基准焊点和插入焊接点对应的焊接速度进行调整，即在原本的焊接速度上，加上该焊接速度调整值，该焊接速度调整值可以为正也可以为负。例如，若当前的焊接速度为300mm/min，焊接速度调整值为20mm/min，则当前的焊接速度调整为320mm/min，后续的基准韩焊点和插入焊接点的焊接速度均加上20mm/min，直至本次焊接完成。需要注意的是，控制器接收到焊接速度调整指令后，只调整这次半圆部分的焊接参数，并不改变后续其他半圆的部分的焊接参数。

在焊接完成半圈后，工作人员通过遥控盒或者控制器，控制焊接小车2停止移动。则完成一次焊接。

本实施例提供了一种管道焊接方法，本实施例以该管道焊接方法应用于图1所示的管道焊接系统来进行说明。如图1所示，管道焊接系统包括轨道1、焊接小车2、电焊机3、焊枪4、送丝机构5、焊丝6和控制器。

其中，轨道1具有环形结构，设置在第一管道的外壁上，焊接小车2设置在轨道1上，焊枪4和送丝机构5设置在焊接小车2上，焊丝6安装在焊枪4和送丝机构5上，焊枪4与电焊机3电性连接，控制器与电焊机3、送丝机构5和焊接小车2分别电性连接。

在本实施例中的焊接过程中，每次焊接都是焊接第一管道和第二管道的一半，即每次都焊接一个半圆，由上至下焊接顶点到仰脸之间的两个半圆，即为完成一个圆周的焊接，或者是由下至上焊接仰脸至顶点之间的两个半圆，即为完成一个圆周的焊接。

如图3所示，对于第一管道和第二管道的焊接，首先要在A区进行根焊，在B区进行热焊，然后在C区进行填充焊，最后在D区进行盖面焊。根焊为两次半圆的焊接即一个圆周的焊接，热焊同样为两次半圆的焊接即一个圆周的焊接，填充焊为多层焊接(如图3中的C1—C6)，且在缝隙较大的焊层中需要进行排道焊接，即一个焊层的需要多次焊接，填充焊进行多次，直到焊面高度距离管道的外壁1～2mm为止。盖面焊也需要排道焊接，且焊接后的宽度要向着两侧方向分别覆盖在第一管道和第二管道上1～2mm。在由填充焊至盖面焊过程中，由于坡口的宽度逐渐增大，所以填充量也相对应的增大，为保证良好的填充效果，焊接速度应相对应的设置的越来越慢。

在开始焊接之前，工作人员需要控制焊接小车2移动到开始位置处，例如，焊接采用的是下向焊工艺，则需要控制焊接小车2运动到第一管道与第二管道的顶点位置，才能开始焊接。若焊接采用的是上向焊工艺，则需要控制焊接小车2运动到第一管道与第二管道的仰脸位置，才能开始焊接。工作人员可以在控制器上控制焊接小车2移动以及停止。

可选的，管道焊接系统还可以包括遥控盒，遥控盒与控制器电性连接，遥控盒上设置有焊接小车2的运动设置，由于遥控盒比较小巧，方便携带，所以工作人员也可以直接在遥控盒上操作，遥控盒将指令发送给控制器，控制器控制焊接小车2移动以及停止。

下面以目标焊接模式为根焊为例，对该管道焊接方法进行进一步的描述，当目标焊接模式为其他焊接模式时，例如热焊、填充焊或者盖面焊，其方法步骤与下述方法步骤相同，不同的目标焊接模式下的姿态信息与焊接参数的对应关系参考本实施例中的上述记载，在此不再赘述。

在焊接前，工作人员需要对焊接管道7和控制器进行一些操作，相应过程如下：

首先，在开始焊接之前，需要先对第一管道和第二管道的端口进行坡口加工和组对。使用坡口机将第一管道和第二管道的端口加工为复合型坡口(如图2所示)，复合型坡口包括上坡口、下坡口和钝边。第一管道或者第二管道的轴线所在的截面上来看，上坡口与竖直直线之间的角度α可以为15°，下坡口与竖直直线之间的角度β可以为22°，下坡口的高度a(即拐点的高度)可以为6mm，钝边(即斜度为0、与竖直直线平行的部分)的高度b可以为1mm～1.5mm，从而组成复合型坡口。对于壁厚不同的管道来说，只需要改变上坡口的高度，上述其他数值保持不变。

然后需要对第一管道和第二管道进行组对，使用气动内对口器进行组对，使得第一管道的轴线与第二管道的轴线重合，组对间隙c(即第一管道的钝边与第二管道的钝边之间的距离)可以为2mm～2.5mm，组对错边量小于1.5mm。

在对第一管道和第二管道的端口进行坡口加工和组对后，工作人员需要将轨道1、焊接小车2、电焊机3、焊枪4、送丝机构5、焊丝6和控制器等进行安装，在安装完成后，可以打开控制器的开关，使控制器处于开启状态。

首先，工作人员需要打开控制器的开关，使控制器处于开启状态。控制器上设置有人机交互界面，在界面中，工作人员可以在多种焊接模式中，选择当前需要的焊接模式，即目标焊接模式。

由于首先需要对第一管道和第二管道进行根焊，所以工作人员可以在控制器上选择目标焊接模式为根焊，然后选择焊接方向为顺时针或者逆时针，例如，此处选择顺时针。由于根焊采用下向焊工艺，工作人员需要在控制器上进行设置或者通过遥控盒进行控制，控制着焊接小车2移动到第一管道和第二管道的顶点位置。

当确定了目标焊接模式之后，工作人员还需要对焊接方向进行设置。由于在本实施例中的焊接过程中，每次焊接都是焊接第一管道和第二管道的一半，即每次都焊接一个半圆，由上至下焊接顶点到仰脸的位置，或者是由下至上焊接仰脸至顶点的位置，一个圆周的焊接完成需要完成两次半圆的焊接，两次半圆的焊接方向是相反的，所以在确定了目标焊接模式之后，还需要确定焊接方向，即可以确定焊接方向为顺时针或者逆时针。

如图5所示，该方法包括如下步骤：

S501、接收开始指令。

在对目标焊接模式和焊接方向进行了设置后，可以在控制器或者遥控盒上点击“开始”按钮，从而使控制器接收到开始指令。

S502、获取已选择的目标焊接模式。

控制器接收到开始指令后，获取工作人员已选择好的目标焊接模式和焊接方向，在进行根焊时目标焊接模式和焊接方向即根焊和顺时针。

S503、获取目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将电焊机3的电焊机工作模式设置为目标电焊机工作模式。

控制器中预先存储了各种焊接模式对应的电焊机工作模式，获取了目标焊接模式之后，控制器获取目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，然后控制电焊机3的电焊机工作模式为该目标电焊机工作模式。根焊对应的电焊机工作模式为wiseroot+模式。根焊采用wiseroot+模式，电焊机3会通过实时反馈的电弧电压来对焊接电流和焊接电压进行微调，从而使根焊的效果更好，极大的减小了出现烧穿和没有熔透的情况。

S504、获取目标焊接模式下的焊枪的姿态信息与焊接参数的对应关系。

其中，焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，焊接速度是焊点的移动速度。焊接电压为电焊机3输出电压的有效值，焊接电流为电焊机3输出的电流的有效值。

焊枪4上设置有重力传感器，重力传感器用于周期性的检测焊枪4的姿态信息，并将姿态信息发送给控制器，其中，姿态信息为在垂直于第一管道截面且通过重力传感器所在位置的平面上，重力传感器所在位置和第一管道截面的圆心的连线、与竖直直线之间的夹角值，即如图4中的γ。重力传感器周期性的向控制器发送该夹角值γ，使得控制器可以获知当前焊枪4所在位置，从而获知焊点所在位置。

焊接速度为焊点的移动速度，当确定了焊接速度时，根据预先存储好的焊点所在的与第一管道截面同心的圆周的直径，和焊接小车2的重心所在的与第一管道截面同心的圆周的直径，计算出焊接小车2的移动速度，然后控制器控制焊接小车2按照移动速度运动。

根焊采用实心焊丝气保护下向焊工艺，根焊对应的焊丝6的型号为ER70S-G，保护气为80％Ar+20％CO₂，气流量为15L/min～25L/min，根焊的焊接电压为14～16V，根焊的焊接电流为100～160A，根焊的焊接速度为200～350mm/min。

S504更详细的过程可以如下：获取预先存储的所述目标焊接模式下的多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，在每两个基准焊点之间确定预设数目个插入焊接点，基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，基于所述多个基准焊点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数、以及多个插入焊接点对应的焊枪4的姿态信息和焊接参数，确定所述目标焊接模式下的焊枪4的姿态信息与焊接参数的对应关系。

在实施中，工作人员预先设置了一次焊接中(即一个焊接的半圆中)的多个基准焊点的姿态信息与焊接参数之间的对应关系，此时控制器可以根据相邻两个基准焊点的焊接参数，确定出两个基准焊点之间的预设数目个插入焊接点的姿态信息与焊接参数的对应关系，从而得到这次焊接的所有焊点(包括基准焊点和插入焊接点)的姿态信息与焊接参数的对应关系。确定两个相邻基准焊点之间的插入焊接点的姿态信息与焊接参数的对应关系的方式为如上述所述的分段差值计算方式，在此不再赘述。

S505、周期性检测焊枪的姿态信息，基于对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于目标焊接速度，确定焊接小车的移动速度，基于移动速度控制焊接小车运动，基于目标焊接电压和目标焊接电流控制电焊机3工作。

焊枪4上的重力传感器会周期性的检测焊枪4的姿态信息并将其发送给控制器，控制器接收当前的姿态信息，然后基于该姿态信息和姿态信息与焊接参数的对应关系，确定出当前的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流。控制器在当前以确定出的目标焊接电压和目标焊接电流控制电焊机3输出。控制器还控制焊接小车2以焊接速度对应的移动速度运动，带动焊枪4移动，从而完成一次根焊的焊接，即一个半圆的根焊的焊接。

可选的，管道焊接系统还包括保护气输气装置，保护气输气装置的出气管固定在焊接小车2上，出气管的出气方向朝向所述焊点，保护气输气装置与控制器电性连接。

控制器，还用于：在接收开始指令之后，控制保护气输气装置以15L/min～25L/min的气流量输出保护气，其中，保护气为80％Ar+20％CO₂。

控制器在焊接的同时，还控制保护气装置输出保护气，保护气装置的出气管的管口冲着焊点位置设置，在焊接的同时为其提供保护气体，保护气装置输出的保护气可以为80％Ar+20％CO₂，气流量可以为15L/min～25L/min。工作人员可以在焊接的过程中，根据现场实施情况，通过控制器对气流量进行相应的调整。

可选的，在焊接过程中，工作人员可以根据焊接的现场实施情况，随时改变焊接速度，对应过程可以如下：

控制器，还用于接收焊接速度调整指令，获取焊接速度调整值，基于所述焊接速度调整值，调节所述焊接小车2当前的移动速度，且基于所述焊接速度调整值，调节后续的所述焊接小车2的移动速度。

当焊接过程中，工作人员想要调整焊接速度时，可以之间在控制器上进行调整，也可以在控制盒上直接进行调整，当控制器接收到焊接速度调整指令时，会获取焊接速度调整指令中的焊接速度调整值，然后基于该焊接速度调整值，对当前的焊接速度进行调整，以及对本次焊接之后的基准焊点和插入焊接点对应的焊接速度进行调整，即在原本的焊接速度上，加上该焊接速度调整值，该焊接速度调整值可以为正也可以为负。需要注意的是，控制器接收到焊接速度调整指令后，只调整这次半圆部分的焊接参数，并不改变后续其他半圆的部分的焊接参数。

在焊接完成半圈后，即焊接小车2到达第一管道和第二管道的仰脸位置，工作人员通过遥控盒或者控制器，控制焊接小车2停止移动。则完成一次根焊的焊接。

然后工作人员可以通过控制器或者遥控盒控制焊接小车2移动到第一管道和第二管道的顶点位置，然后目标焊接模式的选择不变仍旧为根焊，将焊接方向改为逆时针，或者先调整目标焊接模式和焊接方向，再移动焊接小车2。然后依次实施步骤S501—步骤S505，点击“开始”按钮，控制器接收开始指令，从而开始对另一个半圆的部分进行根焊，，直到根焊的第二个半圆焊接完成，即为根焊的一周焊接完成，如图3中的A区所示。

之后工作人员可以再移动焊接小车2至第一管道和第二管道的顶点位置，将目标焊接模式调整为热焊，焊接方向可以选择为顺时针或者逆时针，可以先选择顺时针，然后依次实施步骤S501—步骤S505，点击“开始按钮”，根据热焊对应的预先存储的姿态信息与焊接参数的对应关系，直到热焊的一个半圆焊接完成。然后调整焊接小车2的位置和焊接方向，保持目标焊接模式不变，完成另一半的热焊焊接，如图3中的B区所示。

然后工作人员可以保持焊接小车2在第一管道和第二管道仰脸的位置，将目标焊接模式调整为填充焊，焊接方向可以选择为顺时针或者逆时针，可以先选择顺时针，然后依次实施步骤S501—步骤S505，点击“开始按钮”，根据填充焊对应的预先存储的姿态信息与焊接参数的对应关系，直到填充焊的一个半圆焊接完成。然后调整焊接小车2的位置和焊接方向，保持目标焊接模式不变，完成另一半的填充焊焊接。需要注意的是，填充焊为多层焊接(如图3中的C1—C6)，且在缝隙较大的焊层中需要进行排道焊接，即一个焊层的需要多次焊接，填充焊进行多次，直到焊面高度距离管道的外壁1～2mm为止。

最后工作人员可以移动焊接小车2至第一管道和第二管道的仰脸位置，将目标焊接模式调整为盖面焊，焊接方向可以选择为顺时针或者逆时针，可以先选择顺时针，然后依次实施步骤S501—步骤S505，点击“开始按钮”，根据盖面焊对应的预先存储的姿态信息与焊接参数的对应关系，直到盖面焊的一个半圆焊接完成。然后调整焊接小车2的位置和焊接方向，保持目标焊接模式不变，完成另一半的盖面焊焊接，如图3中的D区所示。需要注意的是，盖面焊也需要排道焊接，且焊接后的宽度要向着两侧方向分别覆盖在第一管道和第二管道上1～2mm。

以上所述仅为本申请的可选实施例，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)

1.一种管道焊接系统，其特征在于，所述管道焊接系统包括轨道(1)、焊接小车(2)、电焊机(3)、焊枪(4)、送丝机构(5)、焊丝(6)和控制器，其中：

所述轨道(1)具有环形结构，设置在焊接管道(7)中的第一管道的外壁上，所述焊接小车(2)设置在所述轨道(1)上，所述焊枪(4)和所述送丝机构(5)设置在所述焊接小车(2)上，所述焊丝(6)安装在所述焊枪(4)和所述送丝机构(5)上；

所述焊枪(4)与所述电焊机(3)电性连接，所述控制器与所述电焊机(3)、所述送丝机构(5)和所述焊接小车(2)分别电性连接；

所述控制器，用于：

接收开始指令；

获取已选择的目标焊接模式；

获取所述目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将所述电焊机(3)的电焊机工作模式设置为所述目标电焊机工作模式；

获取所述目标焊接模式下的焊枪(4)的姿态信息与焊接参数的对应关系，其中，所述焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，所述焊接速度是焊点的移动速度；

周期性检测所述焊枪(4)的姿态信息，基于所述对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于所述目标焊接速度，确定所述焊接小车(2)的移动速度，基于所述移动速度控制所述焊接小车(2)运动，基于所述目标焊接电压和所述目标焊接电流控制所述电焊机(3)工作。

2.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，所述管道焊接系统还包括坡口机和气动内对口器，其中：

所述坡口机用于对所述第一管道和所述焊接管道(7)中的第二管道的端口进行坡口加工，所述气动内对口器用于将所述第一管道和所述第二管道组对。

3.根据权利要求2所述的管道焊接系统，其特征在于，所述第一管道和所述第二管道的端口的坡口形状为复合型坡口，所述复合型坡口包括上坡口、下坡口和钝边，其中：

所述第一管道的钝边的内圈位于所述第一管道的内壁，所述钝边的外圈与所述第一管道的下坡口的内圈相邻接，所述第一管道的下坡口的外圈与所述第一管道的上坡口的内圈相邻接，所述第一管道的上坡口的外圈位于所述第一管道的外壁；

所述第二管道的钝边的内圈位于所述第二管道的内壁，所述钝边的外圈与所述第二管道的下坡口的内圈相邻接，所述第二管道的下坡口的外圈与所述第二管道的上坡口的内圈相邻接，所述第二管道的上坡口的外圈位于所述第二管道的外壁；

所述第一管道上的复合型坡口的形状和尺寸与所述第二管道上的复合型坡口的形状和尺寸均一致。

4.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，所述目标焊接模式为根焊、热焊、填充焊或盖面焊；

所述根焊对应的电焊机工作模式为wiseroot+模式，所述热焊对应的电焊机工作模式为脉冲焊模式，所述填充焊和所述盖面焊的电焊机工作模式均为恒压输出模式。

5.根据权利要求4所述的管道焊接系统，其特征在于，所述根焊对应的焊丝(6)的型号为ER70S-G，所述根焊的焊接电压均在14～16V范围内，所述根焊的焊接电流均在100～160A范围内，所述根焊的焊接速度均在200～350mm/min范围内；

所述热焊对应的焊丝(6)的型号为ER70S-G，所述热焊的焊接电压均在21～25V范围内，所述热焊的焊接电流均在160～220A范围内，所述热焊的焊接速度均在300～550mm/min范围内；

所述填充焊对应的焊丝(6)的型号为E90T1，所述填充焊的焊接电压均在22～25V范围内，所述填充焊的焊接电流均在160～240A范围内，所述填充焊的焊接速度均在150～280mm/min范围内；

所述盖面焊对应的焊丝(6)的型号为E90T1，所述盖面焊的焊接电压均在22～25V范围内，所述盖面焊的焊接电流均在160～240A范围内，所述盖面焊的焊接速度均在150～250mm/min范围内。

6.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，所述焊枪(4)上设置有重力传感器，所述重力传感器用于周期性的检测焊枪(4)的姿态信息，并将所述姿态信息发送给所述控制器，其中，所述姿态信息为在垂直于所述第一管道轴线且通过所述重力传感器所在位置点的平面上，所述重力传感器所在位置点到所述第一管道的轴线的垂线、与铅直线之间的夹角值。

7.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，所述管道焊接系统还包括保护气输气装置，所述保护气输气装置的出气管固定在所述焊接小车(2)上，所述出气管的出气方向朝向所述焊点，所述保护气输气装置与所述控制器电性连接；

所述控制器，还用于：在接收开始指令之后，控制所述保护气输气装置以15L/min～25L/min的气流量输出保护气，其中，所述保护气为80％Ar+20％CO₂。

8.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，控制器，用于：

获取预先存储的所述目标焊接模式下的多个基准焊点对应的焊枪(4)的姿态信息和焊接参数；

在每两个基准焊点之间确定预设数目个插入焊接点；

基于所述多个基准焊点对应的焊枪(4)的姿态信息和焊接参数，确定多个插入焊接点对应的焊枪(4)的姿态信息和焊接参数；

基于所述多个基准焊点对应的焊枪(4)的姿态信息和焊接参数、以及多个插入焊接点对应的焊枪(4)的姿态信息和焊接参数，确定所述目标焊接模式下的焊枪(4)的姿态信息与焊接参数的对应关系。

9.根据权利要求1所述的管道焊接系统，其特征在于，控制器，还用于：

接收焊接速度调整指令；

获取焊接速度调整值；

基于所述焊接速度调整值，调节所述焊接小车(2)当前的移动速度，且基于所述焊接速度调整值，调节后续的所述焊接小车(2)的移动速度。

10.一种管道焊接方法，其特征在于，所述管道焊接方法应用于管道焊接系统，所述管道焊接系统包括所述轨道(1)、所述焊接小车(2)、所述电焊机(3)、所述焊枪(4)、所述送丝机构(5)、所述焊丝(6)和所述控制器，其中：

所述轨道(1)具有环形结构，设置在所述焊接管道(7)中的第一管道的外壁上，所述焊接小车(2)设置在所述轨道(1)上，所述焊枪(4)和所述送丝机构(5)设置在所述焊接小车(2)上，所述焊丝(6)安装在所述焊枪(4)和所述送丝机构(5)上；

所述焊枪(4)与所述电焊机(3)电性连接，所述控制器与所述电焊机(3)、所述送丝机构(5)和所述焊接小车(2)分别电性连接；

所述方法包括：

接收开始指令；

获取已选择的目标焊接模式；

获取所述目标焊接模式对应的目标电焊机工作模式，将所述电焊机(3)的电焊机工作模式设置为所述目标电焊机工作模式；

获取所述目标焊接模式下的焊枪(4)的姿态信息与焊接参数的对应关系，其中，所述焊接参数包括焊接速度、焊接电压和焊接电流，所述焊接速度是焊点的移动速度；

周期性检测所述焊枪(4)的姿态信息，基于所述对应关系，确定当前检测的姿态信息对应的目标焊接速度、目标焊接电压和目标焊接电流，基于所述目标焊接速度，确定所述焊接小车(2)的移动速度，基于所述移动速度控制所述焊接小车(2)运动，基于所述目标焊接电压和所述目标焊接电流控制所述电焊机(3)工作。