Автореферат (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 2

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобосновываетсяактуальностьвыбраннойтемы,формулируются цели и задачи работы, научная новизна и практическаязначимость.В первой главе приведён обзор оборудования и технологий автоматическойсварки корневого слоя шва кольцевых стыков магистральных трубопроводов.Выполнен анализ требований отраслевых нормативных документов к точностисборки стыка перед сваркой и к выбору конкретных значений параметров режимасварки стыка применительно к технологиям автоматической сварки корневого слояшва.

Отмечено, что качественная автоматическая сварка корневого слоя спомощью существующего оборудования возможна лишь при идеальной геометриисборки стыка, что проблематично обеспечить в трассовых условиях, характерныхдля трубопроводного транспорта. Поэтому качество сварных соединений приавтоматической сварке, как и при ручных способах, обеспечивается операторомсварочного оборудования, наблюдающего за процессом и корректирующегопараметры режима в соответствии со своими навыками в диапазонахрегламентированных нормативно-технической документацией.

Далее в главеприведён литературный обзор существующих подходов к построению сварочныхсистем с адаптивным управлением, не требующих участия человека. Основнойвклад в развитие адаптивных сварочных систем внесли: Гладков Э.А., Акулов А.И.,Киселевский, Ф.Н., Березовский Б.М, Чернышов Г.Г., Перковский Р.А., ГорбачВ.Д., Суздалев И.В., Киселёв О.Н., Ерофеев В.А., Судник В.А, Трегубов Г.П. идругие.В работах показано, что построение сварочного оборудования с адаптивнымуправлением неразрывно связано с решением задач разработки и интеграцииследящих систем и получения законов управления процессом, обеспечивающихполучение сварного соединения в соответствии с требованиями к изделию.В обзоре приведены особенности современных следящих систем на основедуговых сенсоров и систем, работающих по принципу оптической триангуляции.Однако,ключевымаспектомзадачиадаптивногоуправленияавтоматическим сварочным оборудованием является установление взаимосвязимежду возмущениями процесса сварки и управляющими воздействиями получение законов управления.

Сложность данной задачи заключается в том, чтосварка - это многомерный многосвязный процесс с множеством входных ивыходных параметров. Одним из способов получения законов управления ипоследующего синтеза управляющих воздействий является разработка численнойматематической модели процесса, позволяющей исследовать взаимосвязипараметров и получать необходимые зависимости. Однако, эффективность данныхподходов резко снижается при рассмотрении конкретных производственныхусловий процесса сварки, когда количество взаимосвязанных параметров слишкомвелико.

Поэтому, при использовании аналитических моделей многиеисследователи и разработчики выбирают путь значительных упрощений моделей,4вплоть до кратких эмпирических зависимостей, которые подходят для конкретногослучая и условий, но не всегда пригодны в практическом применении.На практике более эффективным инструментом для получения зависимостимежду входными и выходными параметрами сложного процесса являютсяинтеллектуальные методы. Вклад в развитие подходов к управлению сварочнымипроцессами с использованием методов на основе искусственного интеллектавнесли Гладков Э.А., Перковский Р.А., Малолетков А.В., (Россия) Shan-Ben Chen,Jing Wu (Китай), YuKang Liu, G.E.

Cook (США) и другие. Интеллектуальныеметоды часто используются на практике для разработки закрытых моделей, илимоделей типа «черный ящик», при этом характеризуются высокой точностью иробастностью, так как параметры и структура моделей определяется на основеэкспериментальных данных. Однако, это также является и основным недостаткомсистем этого типа, так как создание подобной системы всегда носитиндивидуальный характер, при том что специфика моделируемого процесса неучитывается в архитектуре математической модели, отсутствуют универсальныеподходы к использованию интеллектуальных методов в задаче управленияформированием сварного соединения, и в частности корневого слоя шва, длякоторого это проблема стоит наиболее остро.Для повышения качества сварных соединений трубопроводов в условияхвозмущений геометрии сборки стыка при автоматической сварке корневого слоянеобходима разработка научно-обоснованной методики адаптации технологиисварки корневого слоя шва к геометрическим возмущениям сборки стыка.

В главеобоснована актуальность, поставлены цели и задачи исследований.Во второй главе представлены результаты исследований точностиобработки и сборки кромок труб перед автоматической сваркой в полевыхусловиях для предъявления обоснованных требований к законам адаптивногоуправления оборудованием и электронным средствам адаптивной системы.В качестве исследуемых параметров геометрии разделки были выбраны зазорв корне шва ( ), перекос кромок ( ) и притупление правой ( п ) и левой кромок( л ), так как именно они оказывают ключевое влияние на формированиекорневого слоя (Рисунок 1, а).

Исследование геометрии разделки выполнялось вполевых условиях в процессе испытаний адаптивного сварочного комплекса ФГАУ«НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана» на территории ПАО «Газпром».Адаптивный комплекс оснащён модулем измерения геометрии стыка на базелазерного профилометра, работающего по принципу оптической триангуляции.В процессе перемещения комплекса по направляющему поясу вдоль стыкамодулем измерения выполнялось сохранение геометрических параметровгеометрии разделки в выходной файл параметров геометрии с привязкойизмерений к угловому положению сенсора на трубе с шагом в 1о.Исследования проводились на кольцевых стыках магистральныхтрубопроводов диаметром 1220 мм и толщиной стенки 18 мм, собранных сприменением внутреннего центратора.

В результате сканирования были полученырезультаты 1080 измерений (по 360 измерений на стык), что позволило выполнить5MRF(п)RF(л)статистический анализ результатов по каждому из параметров и определитьхарактеристики их разброса (Рисунок 1, б).Gа)б)Рисунок 1. Анализ параметров геометрических возмущений сборки стыка (напримере притупления кромок) при сварке корневого слоя шва: а – составанализируемых параметров; б – разброс притупления кромокИскомыми параметрами разброса являлись среднее значение разброса идоверительный интервал ±3 .

Далее выполнялось сравнение установленныхпараметров с требованиями нормативной документации к точности указанныхпараметров: больший из сравниваемых диапазонов принимался в качествеустановленного и служил в качестве требований к элементам следящих систем,рассмотренных в 4 главе, и учитывался при планировании дальнейшихисследований.Таблица 1.Принятые интервалы разброса геометрических параметровХарактеристики интервала разброса параметраНижняяСреднееВерхняяПараметрграница, ммзначение, ммграница, ммЗазор в корне2,73,74,7Притупление разделки0,72,9с 1,8Перекос кромок002Далее в главе выполнялось исследование влияния геометрическихвозмущений сборки стыка на формирование корневого слоя шва, с учетомустановленных параметров возмущений. Основной задачей исследования являлосьустановление количественных показателей - критических возмущений сборкистыка, приводящих к дефектам формирования корневого слоя шва, таким какпрожог, непровар, несплавление или нарушение геометрических характеристикобратного валика.6Для проведения эксперимента использовались пластины толщиной 15 мм сV-образной разделкой кромок.

Угол скоса разделки составлял 300 с цельюимитации формирования корня шва при сварке в заводскую ломаную разделку. Дляопределения критического возмущения зазора и перекоса, сборка стыкавыполнялась таким образом, чтобы в начале стыка значение параметра равнялосьсередине установленного интервала ( ,) и изменялось по длине в большуюсторону при исследовании перекоса кромок и в большую и меньшую сторону (вразных экспериментах) при исследовании зазора в корне шва. Сварка выполняласьсериями экспериментов для притупления на кромках фиксированного на,и .Сварка каждого стыка выполнялась на неизменных режимах сварки,предварительно подобранных для комбинаций геометрии кромок в началесвариваемых образцов и обеспечивающий качественное формирование корневогослоя шва. Исследование проводилось для сварки на постоянном токе и сварке суправляемым каплепереносом (процесс УКП).В результате эксперимента были получены критические значениявозмущений зазора и перекоса кромок для фиксированного притупления кромок(Рисунок 2).

Первоочередным выводом по результатам экспериментов являлосьсовпадение установленных критических значений возмущения зазора прираскрытии и сужении. Также, в результате проведения экспериментов былиполучены экспериментальные зависимости критических возмущений зазора иперекоса от значения притупления разделки. Отличительной особенностьюзависимости, является увеличение критического возмущения зазора приувеличении притупления, и, противоположным образом, уменьшениекритического значения возмущения перекоса кромок.Рисунок 2. Экспериментальные зависимости критических возмущений зазора иперекоса кромок от притупления разделки7Третья глава работы посвящена разработке способа формализации законовуправления формированием корневого слоя шва при рассмотрении многомерноймногосвязной системы «геометрия сборки – параметры режима сварки».Входным вектором рассматриваемой системы является вектор,компонентами которого являются притупление правой и левой кромки п и л ,зазор в корне шва , перекос кромок , диапазоны их изменений известны.Первоочередной задачей исследований являлось установление необходимогоперечня компонент выходного вектора, которыми являются управляющиевоздействия системы (параметры режима сварки), набор которых достаточен дляобеспечения качественное формирования корневого слоя шва при наличии векторавозмущений .

Следующей задачей был поиск взаимосвязи между векторамии, или их компонентами, которая и будет являться формализованнымизаконами управления системы, на основе которых станет возможным непрерывныйсинтез вектораиз вектора .Для выполнения данных задач на адаптивном сварочном комплексе ФГАУ«НУЦСК при МГТУ им. Н.Э.

Баумана» был проведён эксперимент по сваркекорневого слоя шва стыков труб. Эксперимент проходил в несколько этапов. Напервом этапе выполнялась сборка стыков труб диаметром 1220 мм и толщинойстенки 21 мм на специализированном стенде согласно требованиям нормативнотехнической документации.Далее выполнялось сканирование геометрии сборки лазернымпрофилометром, входящим в состав адаптивного сварочного комплекса(Рисунок 3) с привязкой измерений к угловому положению сенсора на трубе сшагом в 10. В случае получения значений основных параметров стыка вустановленных ранее интервалах разброса, выполнялась фиксация геометриисборки на равномерно расположенных по стыку прихватках.Рисунок 3.