Диссертация (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 3

1.1.Автоматическое оборудование для сварки корневого слоя шва изнутри трубы(CRC-Evans, США)Ко второй группе технологий относятся технологии сварки корневого слояшва снаружи трубы, при этом формирование корневого слоя шва обеспечиваетсяза счёт использование медного подкладного кольца, расположенного междурядами жимков специализированного внутреннего центратора (Рис.1.2).Технологии этой группы обеспечиваются оборудованием фирм Serimax(Франция), Pipeline Automatic Welding (Италия) [1,2,6–8].Оборудованиеперемещаетсяпредставляетвдолькольцевогособойшвасварочноюголовку,посредствомкотораяиспользованиянаправляющего пояса, размещаемого на трубеМедное подкладноекольцо на внутреннемцентратореНаправляющий поясснаружи трубыПривод центратораАвтоматическаясварочная головкаРис. 1.2.Оборудования для сварки корневого слоя шва снаружи трубы на медномподкладном кольце (PWT, Италия)14К технологиям третьей группы относятся технологии и оборудование,обеспечивающиеформированиекорневогослоябезиспользованиядополнительных приспособлений «на весу».

Устойчивость формированияобратного валика корня обусловлена применением специализированныхспособов сварки в защитном газе с управляемым каплепереносом, к которымотносятся способы: STT (Surface Tension Transfer, Lincoln Electric, США), УКП(управляемый каплеперенос, ООО «НПП Технотнон») и ВКЗ (вынужденныекороткие замыкания, ЗАО «НПФ ИТС»).Сущность способов сварки с управляемым каплепереносом заключается впрямом управлении переходом жидкой капли с конца проволоки в сварочнуюванну за счёт использования быстродействующих инверторных источниковпитания с обратными связями. Обратные связи по напряжению дуговогопромежутка позволяют динамически отслеживать фазы формирования капли изадавать сварочный ток для управления ими.Рассмотрим принцип управления переносом металла на примере процессаSTT (Рис. 1.3).U, ВT0T1T2T3T4T5 T6T7Рис.

1.3.Диаграмма управления сварочным током в процессе сварки STTНа участке диаграммы T7-T0-T1 происходит нарастание капли металла на концепроволоки, при этом величина тока сварки равна так называемому базовом15значению тока. В момент времени T1 происходит касание капли и сварочнойванны и происходит замыкание дугового промежутка. В этот момент за счётобратных связей значение тока снижается до минимального значения,обеспечивающего стабильный переход металла в сварочную ванну иобразование перемычки между сварочной ванной и электродом. В период T2-T3происходит перенос капли за счёт Пинч-эффекта, при этом за счет изменениянапряжение отслеживается величина перемычки и в момент времени T3осуществляется повторное снижение тока и разрушение перемычки безхарактерного для обычных процессов сварки разбрызгивания: Т4 – моментотделения капли.

На следующем этапе T5-T6 за счет увеличения сварочного токадо пикового значения выполняется наращивание новой капли, а также за счетдействия давления дуги происходит утонение жидкой прослойки под дуговымпромежутком и увеличение глубины проплавления. В момент времени T7происходит плавное снижение тока до базового уровня для подготовки кпереносу капли в ванну.Применительно ко всём трём группам технологий, актуальным вопросомпри сварке корневого слоя шва является обеспечения выполнения требований посборке стыка и подготовке кромок [1,2].MRF(п)RF(л)RF(п)RF(л)MRF(п)RF(л)MG(3)(2)(1)GGРис. 1.4.Параметры геометрии разделки кромок, влияющие на формирование корневогослоя шва (1 - разделка CRC-Evans, 2 - разделка Saturnax, 3 - стандартнаязаводская разделка)16Как правило, применение конкретной технологии и оборудованияподразумевает использование специализированной разделки, либо выполняетсясварка в стандартную заводскую разделку (Рис.

1.4).Требования к точности сборки деталей и к их обработке передавтоматической сваркой трубопроводов являются особенно принципиальными.Это обусловлено тем, что сварочный автомат не обладает способностью канализу процесса и адаптации к неточностям сборки, и поэтому, требования косновным геометрическим параметрам сборки стыка достигают долеймиллиметра (Рис. 1.5).Рис. 1.5.Нормативные диапазоны изменения геометрических параметров кромок передавтоматической сваркой для трёх групп технологийОчевидным является тот факт, что обеспечение точности сборки иподготовки кромок такого порядка является проблематичным в трассовыхусловиях, а значит, при сварке в полностью автоматическом режиме с жёсткимзаданием режима сварки требуемое качество сварного соединения негарантируется.

Это особенно важно при сварке корневого слоя шва, где влияниегеометрических возмущений наиболее существенно. Кроме того, стремление к17наиболееточнойсборкеиобработкетрубзначительноснижаетпроизводительность монтажа трубопровода из-за увеличения временных затратна выполнение соответствующих операций.Также необходимо отметить, что что существующие ручные процедурыконтроляуказанныхгеометрическихпараметровнепредусматриваетобъективной оценки их разброса, что приводит к тому, что реальные значениягеометрии разделки стыка, как правило, выходят за рамки допустимых.Тем не менее даже при обеспечении требуемого качества сборки стыка,выбор конкретных параметров режима не регламентируется, нормативнотехническая документация предоставляет лишь диапазоны их варьирования(Таблица 1), что приводит к тому, что задача настройки и управления возлагаетсяна оператора конкретного сварочного оборудования.Таблица 1.Выбор параметров режима сварки согласно НТДSaturnaxУАСТ/УКП(Франция)(Россия)Скорость сварки, см/мин95..17015..30Скорость подачи проволоки, мм/с160..20040..55Сила тока, А250..295-Базовый ток, А-40..60Пиковый ток, А-250..270Параметр/оборудованиеТаким образом, в настоящее время, все автоматические технологии иоборудование для сварки трубопроводов подразумевают ручную настройкупараметров режима, в том числе в реальном времени при изменяющиесяусловиях сварки (напр.

геометрию разделки), оператором оборудования,наблюдающим за процессом – что во многом нивелирует сам процесс18автоматизации, ведь стабильность и качество сварки полноценно зависит отчеловека, что характерно для ручных и полуавтоматических способов сварки.1.2.Исследования и разработки процессов дуговой сварки с адаптивнымуправлением1.2.1. Анализ процесса сварки корневого слоя шва как объекта управленияПроцесс сварки является многомерным многосвязным процессом [9], ирассматривая его как объект управления, принято считать, что задачейуправления является введение таких управляющих воздействий, которыепозволят компенсировать характерные возмущений процесса, и обеспечитьформированиесварногосоединениясогласноимеющимсяfn(t)...f 1(t)требованиям (Рис.

1.6.)g 1(t)...y 1(t)Объект управленияg k(t)...ym(t)Рис. 1.6.Схема многомерного объекта управления (g1(t), …, gk(t) – управляющиевоздействия, f1(t), …, fn(t) – возмущения процесса, y1(t), …, ym(t) – выходныевеличины) [9]В качестве управляющих воздействий процессом сварки выступаютпараметры режима сварки, которые задаются человеком, либо управляющимустройством. Характер возмущений процесса носит случайный характер, этомогут быть сбои в работе исполнительных устройств (источника питания,приводов сварочной головки), колебания напряжения питающей сети, смещение19оси стыка относительно инструмента или изменение геометрии разделки кромок.Именно из-за наличия подобных возмущений и возникает в необходимостирегулирования процесса. Выходными величинами объекта управления являютсяпараметры получаемого сварного соединения и устанавливаются требованиямиконструкторской документации на свариваемое изделие.Применительно к процессу сварки корневого слоя шва, целью анализаобъекта управления является детализация входов и выходов рассматриваемойсистемы.

Как уже было отмечено ранее, характерной особенностью сваркитрубопроводов является обеспечения выбора корректных параметров режимасварки и обеспечение формирования шва в условиях изменения геометриикромок. В случае геометрии кромок, целесообразно разделить задачи наведенияинструмента на стык и управления непосредственно формированием. Также,особенностью процесса сварки неповоротных стыков труб является измененияположенияванныПеречисленныеприсваркеособенности(нижнее,относятсявертикальное,кпотолочное).возмущениямпроцессаПроцесс автоматической сваркикорневого слоя швастыкового соединения8.0-10.0ПараметрыкромокКоординаты центрастыкаПоложениеванны2.0-3.0......Центр Параметрыгорелки режимаУПРАВЛЯЮЩИЕВОЗДЕЙСТВИЯсварки (Рис.