Автореферат (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов)

на правах рукописиШварц Михаил ВалерьевичРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АДАПТАЦИИ ТЕХНОЛОГИИАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ КОРНЕВОГО СЛОЯ ШВАКОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВСпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 2017Работа выполнена на кафедреМГТУ имени. Н.Э. БауманаНаучный руководитель:технологийсваркиидиагностикидоктор технических наук, профессорГЛАДКОВ Эдуард АлександровичОфициальные оппоненты:Доктор технических наук, профессорСАС Анатолий ВасильевичРГУ нефти и газа имени И.М.Губкина,кафедра сварки и мониторинга нефтегазовыхсооружений, профессорКандидат технических наукТЕРЕНТЬЕВ Егор ВалериевичНИУ «МЭИ»,кафедра технологии металлов, доцентВедущая организация:Донской государственный техническийуниверситет (Ростов-на-Дону)Защита состоится «23» марта 2017 г.

в 14:30 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университетеим. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1.Телефон для справок: +7 (499) 267-09-63.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационногосовета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени. Н.Э.

Баумана ина сайте http://www.bmstu.ru.Автореферат разослан «____» _____________ 2017 г.УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬдиссертационного советад.т.н., доцентКоновалов А.В.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В настоящее время вопросы строительства иэксплуатации конструкций трубопроводного транспорта нефти и газа являютсяодними из ключевых в отечественной экономике.

Основным, наиболее сложным ив тоже время, определяющим технологическим процессом при строительстветрубопроводных систем является сварка элементов трубопровода, и, в частности,сварка кольцевых стыков линейной части. Научные и инженерные решения вобласти технологий и соответствующего сварочного оборудования являютсяосновополагающими в широком комплексе работ при строительстветрубопроводов, а возрастающие темпы производства работ, стремление кобеспечению стабильности качества приводят к неизбежному увеличению долиавтоматических сварочных процессов по отношению к ручной сварке.

Наиболееответственным и трудоёмким этапом проведения комплекса сварочно-монтажныхработ при строительстве магистральных трубопроводов является выполнениесварки корневого слоя шва кольцевых сварных соединений. Именно на этом этапе,качество сварного соединения является наиболее подверженным влияниювозмущений различной природы, что существенно осложняет автоматизациюпроцесса сварки, которая традиционно требует установленных алгоритмовуправления, отображающих внутренние взаимосвязи процесса. Многомерность имногосвязность процесса сварки корневого слоя шва существенно усложняет поиски формализацию данных зависимостей, поэтому на настоящий момент, сваркакорневого слоя шва если и проводится с помощью автоматического оборудования,то оператор оборудования постоянно корректирует процесс сварки в соответствиисо своими навыками, опытом и интуицией, - которые позволяют ему управлятьпроцессом в условиях неполной, нечеткой информации, в условияхнеопределённости.

Эта отличительная способность оператора оборудованияпривела к возникновению нового направления в области автоматическихсварочных процессов – интеллектуальных методов управления, которые позволяютрасширить возможности автоматизации процессов за пределы традиционнойтеории.Анализ и исследование подходов к интеллектуальному управлениюпроцессами формирования сварного соединения является комплексной научной иинженерной задачей, объединяющей последние достижения в области технологийи оборудования сварочного производства, следящих систем и теорииавтоматического управления. Для успешного решения данной задачи, и вчастности, применительно к наиболее сложному процессу сварки корневого слояшва, требуется исследование и разработка научно-обоснованных подходов кпостроению интеллектуальных сварочных систем с адаптивным управлением,объединяющих анализ базовых автоматических сварочных процессов, поискаприорных знаний, их формализацию, обработку и реализацию в системахуправления сварочным оборудованием.Цель работы - повышение качества формирования коневого слоя швастыковых кольцевых соединений магистральных трубопроводов в автоматическом1режиме на основе исследований и реализации алгоритмов адаптивного управленияпроцессом сварки.Задачи исследований:1.

Исследование значений разброса геометрических параметров сборки стыкамагистральных трубопроводов и их влияния на формирование сварногосоединения в процессе сварки корневого слоя шва.2. Определение перечня управляющих воздействий, и разработка способаформализации законов управления процессом сварки корневого слоя шва в случаевозмущений геометрии стыка.3.

Разработка способа обеспечения непрерывности синтеза управляющихвоздействий на основе установленных законов управления процессом сваркикорневого слоя шва.4. Рассмотрение прикладных аспектов интеграции системы слежения застыком и автоматического сварочного оборудования в задаче адаптивногоуправления формированием корневого слоя шва.5. Разработка научно-обоснованной методики адаптации технологииавтоматической сварки корневого слоя шва к геометрическим возмущениям сборкистыка.Методы исследования: в работе применялись методы статистическойобработки и средств инженерного анализа программного комплекса Matlab.

Припроведении экспериментов использовался адаптивный сварочный комплекс ФГАУ«НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана» дооснащенный оптической системойслежения.Ценностьвыполненныхисследований:доказанапрактическаявозможность реализации полностью автоматического сварочного оборудования снепрерывным адаптивным управлением формированием корневого слоя шва взависимости от геометрии сборки стыка. Разработана методика адаптации процессасварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1.

Установлены положительная корреляция между значением притуплениякромок в стыке и критическим возмущением зазора и отрицательная корреляциямежду притуплением и критическим возмущением перекоса кромок.2. Установлено, что законы управления процессом сварки корневого слояшва могут быть формализованы в виде правил вида «если – то» посредством записии последующего анализа действий оператора сварочного оборудования с учетомминимальных критических возмущений геометрии сборки для рассматриваемойтехнологии.3. Разработан подход к непрерывному синтезу управляющих воздействиймногомерной многосвязной системы «геометрия сборки – параметры режимасварки».Практическая значимость: разработана методика адаптации технологииавтоматической сварки корневого слоя шва, позволяющая непрерывносинтезировать управляющие воздействия процессом сварки и обеспечить2качественное формирование шва в условиях возмущений геометрии сборки стыка.Разработанные подходы позволят исключить влияние оператора сварочногооборудования на стабильность качества сварного соединения.

По результатамдиссертационной работы разработан и действует нормативный документР Газпром 2-2.2-655-2012 «Инструкция по применению адаптивной цифровойтехнологии автоматической сварки кольцевых стыков труб большого диаметра».Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедретехнологии сварки и диагностики МГТУ им. Н.Э. Баумана. Результаты работырекомендованы к внедрению в организациях, выполняющих сварочные работы наобъектах трубопроводного транспорта ПАО «Газпром», ПАО «Транснефть».Достоверность и точность результатов работы подтверждаетсяиспользованием научно-обоснованных и апробированных методик инженерногоанализа и обработки данных, результатами опытной верификации полученныхтеоретических результатов.На защиту выносятся:1. Критические значения возмущений зазора и перекоса кромок в стыкеприводящие к дефектам формирования корневого слоя шва в процессеавтоматической сварки.2.

Практический подход к формализации законов управления процессомсварки корневого слоя шва и обеспечению непрерывного синтеза управляющихвоздействий многосвязной системы «геометрия сборки – параметры режима».3. Комплексная методика адаптации технологии автоматической сваркикорневого слоя шва, обеспечивающая качественное формирование шва в условияхвозмущений геометрии сборки стыка.Апробация работы: основные положения работы докладывались нанаучных семинарах кафедры технологии сварки и диагностики МГТУ им. Н.Э.Баумана (2012, 2016 г.), кафедры исследований материалов УниверситетаПрикладных Наук Оффенбурга (Германия, 2012), кафедры технологий сваркиТехнического Университета Хемница (Германия, 2014) и на конференции«Наукоёмкие технологии и интеллектуальные системы» (Москва, 2011).Личный вклад соискателя заключается в непосредственном участии висследовательской работе по теме диссертации на всех её этапах.

Им личновыполнен литературный обзор по теме диссертации, выполнены теоретические иэкспериментальные исследования, проведены численные эксперименты,выполнена обработка результатов и их обобщение, подготовлены и сделаныдоклады на конференциях и семинарах.Публикации по теме диссертации: по теме диссертации опубликованы 3научные работы, в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК РФ, общим объёмом1,95 п.л.Структура и объём диссертации: диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, содержащего 82наименования и приложения. Диссертация представлена на 125 страницах исодержит 65 рисунков.32.