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

Эта отличительная способностьоператора оборудования привела к возникновению нового направления в7области автоматических сварочных процессов – интеллектуальных методовуправления, которые позволяют расширить процессы автоматизации за пределытрадиционной теории. Данный тезис красноречиво иллюстрируют словаамериканского математика, профессора университета Беркли, Лофри Заде: «Ясчитаю, что излишнее стремление к точности стало оказывать действие,сводящее на нет теорию управления и теорию систем, так как оно приводит ктому, что исследования в этой области сосредоточены на тех и только техпроблемах, которые поддаются точному решению.

В результате многие классыважных проблем, в которых данные, цели и ограничения являются слишкомсложными или плохо определёнными для того, чтобы допустить точныйматематический анализ, оставались и остаются в стороне по той причине, чтоони не поддаются точной математической трактовке.

Для того чтобы сказать чтолибо существенной для проблем подобного рода, мы должны отказаться отнаших требований точности и допустить результаты, которые являютсяразмытыми и неопределёнными».Анализ и исследование подходов к интеллектуальному управлениюпроцессами формирования сварного соединения является комплексной научнойи инженерной задачей, объединяющей последние достижения в областитехнологий и 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 швастыковыхкольцевыхсоединениймагистральныхтрубопроводовв8автоматическом режиме за счет исследований и реализации алгоритмовадаптивного управления процессом сварки.СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ: диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, содержащего 82наименования и приложения.

Диссертация представлена на 125 страницах исодержит 65 рисунков.В первой главе приведён анализ особенностей технологий и оборудованияавтоматической сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов.Сформирован обзор по современным подходам к адаптивному управлениюсварочным оборудованием. Сформулированы цели и задачи работы.

Во второйглаве выполнен анализ возмущений процесса сварки корневого слоя шва,установлены внутренние взаимосвязи между возмущениями процесса сварки икачественным формированием сварного соединения. В третьей главе выполненыисследования, направленные на разработку научно-обоснованных подходов кформализации законов управления процессом сварки корневого слоя в системе«собранный стык – параметры процесса сварки» и обеспечении непрерывностиуправляющихвоздействийвсистеме.Выполненаэкспериментальнаяверификация предложенных подходов.

В четвертой главе рассмотреныприкладные аспекты реализации автоматического сварочного оборудования садаптивным управлением для сварки корневого слоя шва кольцевых соединениймагистральны трубопроводов. В пятой главе приведена обобщённая методикаадаптации технологии сварки корневого слоя шва кольцевых соединениймагистральных трубопроводов к геометрическим возмущениям сборки стыка.МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЙ:вработеприменялисьметодыпланирования эксперимента, статистической обработки экспериментальныхданных, а также средства инженерного анализа интеллектуальных системуправления на основе аппарата нечеткой логики входящих в программныйкомплекс Matlab компании Mathworks (модули Distribution Fitting, Fuzzy LogicDesigner).

При проведении экспериментов использовался адаптивный сварочный9комплекс ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э. Баумана» в составе сварочнойголовки для сварки кольцевых стыков трубопроводов дооснащенный оптическойсистемой слежения триангуляционного типа.ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДОВ подтверждаетсяиспользованием научно-обоснованных методик и средств инженерного анализаиобработкиданных,результатамиэкспериментальнойверификацииполученных теоретических результатов.ЦЕННОСТЬВЫПОЛНЕННЫХИССЛЕДОВАНИЙ:доказанапрактическая возможность реализации полностью автоматического сварочногооборудования с непрерывным адаптивным управлением формированиемкорневого слоя шва в зависимости от геометрии сборки стыка. Разработанаметодика адаптации процесса сварки корневого слоя шва кольцевых соединениймагистральных трубопроводов.НАУЧНАЯ НОВИЗНА:1.

Установленыположительнаякорреляциямеждузначениемпритупления кромок в стыке и критическим возмущением зазора иотрицательная корреляция между притуплением и критическим возмущениемперекоса кромок.2. Установлено, что законы управления процессом сварки корневого слояшва могут быть формализованы в виде правил вида «если – то» посредствомзаписи и последующего анализа действий оператора сварочного оборудования сучетом минимальных критических возмущений геометрии сборки длярассматриваемой технологии.3.

Разработан подход к непрерывному синтезу управляющих воздействиймногомерной многосвязной системы «геометрия сборки – параметры режимасварки».ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ: разработана методика адаптациитехнологии автоматической сварки корневого слоя шва, позволяющая10непрерывно синтезировать управляющие воздействия процессом сварки иобеспечить качественное формирование шва в условиях возмущений геометриисборки стыка.

Разработанные подходы позволят исключить влияние операторасварочного оборудования на стабильность качества сварного соединения. Порезультатам диссертационной работы разработан и действует нормативныйдокумент Р Газпром 2-2.2-655-2012 «Инструкция по применению адаптивнойцифровой технологии автоматической сварки кольцевых стыков труб большогодиаметра». Результаты диссертационной работы используются в учебномпроцессе на кафедре технологии сварки и диагностики МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Результаты работы рекомендованы к внедрению в организациях, выполняющихсварочные работы на объектах трубопроводного транспорта ПАО «Газпром»,ПАО «Транснефть».ПУБЛИКАЦИИ: по теме диссертации опубликованы 3 научные работы, втом числе 2 в изданиях по перечню ВАК РФ, общим объёмом 1,95 п.л.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Основные положения работы докладывались нанаучных семинарах кафедры технологии сварки и диагностики МГТУ им. Н.Э.Баумана (2012, 2016 г.), научных семинарах кафедры исследований материаловУниверситета Прикладных Наук Оффенбурга (Германия, 2012), научныхсеминарах кафедры технологий сварки Технического Университета Хемница(Германия,2014)инаконференцииинтеллектуальные системы» (Москва, 2011 г.).«Наукоёмкиетехнологиии11ГЛАВА 1.

ОСОБЕННОСТИАВТОМАТИЧЕСКОЙСВАРКИКОРНЕВОГО СЛОЯ ШВА КОЛЬЦЕВЫХ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙМАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.В настоящее время порядок применения технологических процессов иоборудования для сварки магистральных трубопроводов регламентируютсяотраслевыми нормативными документами, инструкциями, стандартами иреестрами. Сварка корневого слоя шва кольцевых сварных соединений являетсянаиболее ответственным и трудоёмким этапом производства работ, а сам слой,во многом является определяющим в контексте обеспечения качества всегосварного соединения.Одним из факторов, усложняющих автоматизацию процессов сваркикорневого слоя шва, является требуемая для сварки автоматическом режиметочность подготовки и сборки кромок перед сваркой, что особеннопроблематично для тяжёлых полевых условий работ при строительствемагистральных трубопроводов.

С самого начала автоматизации сварочныхпроцессов было проведено множество исследований направленных наразработку различных способов по обеспечению компенсации геометрическихвозмущений сборки стыка и снижению их влияния на формирование корневогослоя шва.

В данной главе приведен краткий обзор существующегоавтоматического сварочного оборудования и технологий, применяемых пристроительстве магистральных трубопроводов, и в частности, для сваркикорневого слоя шва, соответствующих требований по сборке стыка и обработкекромок, а также разработанных подходов к адаптивному управлениюсварочными процессами.121.1.Обзор технологий и оборудования для автоматической сваркикорневого слоя шва, применяемых при строительстве магистральныхтрубопроводов.Порядок применения технологии и оборудование для автоматическойсваркимагистральныхтрубопроводовнефтиигазарегламентируетсяотраслевыми нормативными документами.

Анализ требований ОАО «АК«Транснефть» [1] и ПАО «ГАЗПРОМ» [2] позволил выявить несколько групптехнологий сварки корневого слоя шва кольцевых сварных соединений.1. Сварка корневого слоя шва изнутри трубы с применением внутреннихцентраторов-сварочных станций.2. Сварка корневого слов шва снаружи трубы на медном подкладномкольце, расположенном между жимками внутреннего центратора.3.

Сварка корневого слоя шва снаружи трубы «на весу» с применениемпроцессов сварки с управляемых каплепереносом.Технологии первой группы реализуются за счёт применения импортногооборудования компании CRC-EVANS (США)[3,4], являющегося, по сутимонополистом в области создания подобного оборудования. Технология CRCEvansподразумеваетиспользованиекомплексноговнутритрубногооборудования, представляющего собой внутренний самоходный центратор срасположенными на нём от четырёх до восьми (в зависимости от диаметратрубы) сварочных головок для сварки плавящимся электродом в защитных газах(Рис. 1.1).Формирование обратного валика обеспечивается при сварке несколькимиголовками в направлении сверху-вниз полупериметра трубы (по часовойстрелке), после этого выполняется сварка второго полупериметра трубы (противчасовой стрелки) [2,5].13Кольцо с 4..8 горелкамидля сварки корневогослоя изнутриРесивер со сжатывохдухомЗажимная секция,обеспечивающая сборкустыкаСекция с элементамипневмоприводаРис.