Диссертация (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 7

ИССЛЕДОВАНИЕВЛИЯНИЯВОЗМУЩЕНИЙГЕОМЕТРИИ КРОМОК НА ФОРМИРОВАНИЕ КОРНЕВОГО СЛОЯШВАВ настоящее время, существующие технологии контроля геометриисборки не предусматривают объективной и полноценной оценки разбросагеометрическихпараметровсобранногоподсваркустыка.Согласнонормативным документам, контроль геометрии выполняется вручную спомощью стандартных измерительных приспособлений и специализированныхшаблонов. В этой связи, на начальном этапе настоящей работы первоочереднойявляется задача исследования реального разброса геометрических параметровсборки и подготовки кромок и их влияния на устойчивость формированиякорневого слоя шва при сварке в автоматическом режиме.

Актуальностьисследования заключается в необходимости получении обоснованных входныххарактеристик и соответствующих требований к системам для сварки корневогослоя шва с адаптивным управлением.2.1.Исследование разброса геометрических параметров сборкистыка2.1.1. Методика проведения исследованияИсследование разброса геометрических параметров сборки стыкапроводилось на основании полученных данных при проведении независимыхизмерений геометрии разделки с помощью автоматизированных средствадаптивного сварочного комплекса ФГАУ «НУЦСК при МГТУ им. Н.Э.Баумана».

Измерения проводились в полевых условиях в процессе испытанийкомплекса на территории ПАО «Газпром».Адаптивный сварочный комплекс представляет собой модернизированнуюсварочную головку для автоматической сварки всех слоёв шва, дооснащённуюмодулем измерения геометрии стыка на базе лазерного профилометра,работающего по принципу оптической триангуляции.

В процессе перемещения43сварочной головки по направляющему поясу вдоль стыка модулем измерениягеометриистыкавыполняетсясохранениегеометрическихпараметровгеометрии разделки с шагом в 10. (Рис. 2.1)В качестве исследуемых параметров геометрии разделки были выбраны зазорв корне шва ( ), перекос кромок ( ) и притупление правой ((л ),п)и левой кромоктак как именно они оказывают влияние на формирование корневого слояшва.090MRF(п)RF(л)0Направлениеизмеренияо(шаг 1 )0G0180Рис.

2.1.Схема проведения измерений при исследовании геометрии стыка передасваркойВыходнойфайлпараметровгеометрииразделки,формируемыйпрограммным обеспечением адаптивного сварочного комплекса с визуализациейизмеряемых характеристик в процессе сканирования представляет собойпострочную запись геометрических характеристик стыка в формате одна строка– одно измерение, при этом первым столбцом привязки измеренныххарактеристик является угловое положение сенсора на трубе (Рис. 2.2).Исследованияпроводилисьнакольцевыхстыкахмагистральныхтрубопроводов диаметром 1220 мм и толщиной стенки 18 мм, собранных сприменением внутреннего центратора.44Столбцы 2:N - Измеряемые параметрыСтолбец 1 - Орбитальный уголРис.

2.2.Программное обеспечение адаптивного сварочного комплекса ФГАУ "НУЦСКпри МГТУ им. Н.Э. Баумана" и структура выходного файла геометрическихпараметров стыкаВ результате сканирования трёх стыков были получены результаты 1080измерений(по360измеренийнастык),чтопозволиловыполнитьстатистическую обработку и анализ результатов.2.1.2. Обработка полученных результатовОбработка выходных файлов параметров геометрии разделки, полученныхв результате проведения измерений выполнялась в модуле Statistics and MachineLearning toolbox программного комплекса Matlab, который предоставляетудобнуюавтоматизированнуюграфическуюсредудлястатистическойобработки данных.Для каждого исследуемого параметра выполнялись следующие действия:1.

Вычисление точечных значений параметров законов распределениярезультатовизмерений:среднееарифметическоезначение,среднееквадратичное отклонение и значение медианы.2. Построение гистограммы выборки и подбор теоретического законараспределения. Далее определяется доверительный интервал для результатов45измерений в соответствии с выбранным законом распределения и оцениваютсяграницы доверительного интервала с предельными допустимыми значениями,регламентированными нормативами.Применительно к перекосу кромок в стыке выполнялось исследованиеабсолютных значений перекоса, так как физический смысл положительного иотрицательного перекоса одинаковый. В связи с этим, гистограмма имеетнесимметричный вид (Рис. 2.3).Порезультатамобработкиможноотметить,чтосуществующиетехнологии сборки стыка обеспечивают выполнения требований нормативнойдокументации и значение перекоса кромок не превышает допустимого значения.Следовательно, в подборе распределения нет необходимости.Плотность вероятности1.41.210.80.60.40.2000.20.40.60.811.21.41.61.82Перекос кромок, ммРис.

2.3.Гистограмма измерений перекоса кромок в стыкеВ качестве установленного исследуемого интервала разброса в контекстеалгоритмов адаптивного управления был выбран интервал, заданный внормативно технической документации. Таким образом,0. . 2 мм – диапазон изменения перекоса кромок в стыке46Для притупления кромок в стыке был проведён статистические анализ(Рис. 2.4, Рис. 2.5) Число интервалов для гистограммы выбрано ПК Matlabавтоматически.Рис. 2.4.Гистограмма и распределение разброса притупления разделки кромокРис. 2.5.Функция распределения для экспериментальных данных и нормальногозакона разброса притупления кромок47Установлено, что нормальное распределение ( = 1.8247,достаточнохорошоописываетраспределение,= 0.1287)определяемоеэкспериментальными данными. Математическое ожидание и дисперсиянормального распределения приняты равными среднему арифметическому иоценке дисперсии, вычисленным по экспериментальным данным.

Значениемедианы отличается от среднего арифметического менее, чем на 1% (0.73%).Доверительный интервал в случае нормального закона распределенияпринимают равным ±3 : [0.7485, 2.9009] мм.Применительно к притуплению правой и левой кромки было установлено,что технология обработки кромок фактически обеспечивает совпадениесередины интервала разброса геометрических параметров с серединойнормативного диапазона. Однако, сам нормативный интервал разбросапритупления оказался внутри доверительного интервала ±3(Рис.2.4).Поэтому, в качестве установленного интервала разброса притупления накромках для дальнейшей проработки был принят доверительный интервал.л п0.7. .

2.9 мм – диапазон изменения перекоса кромок в стыке.Аналогичная обработка была проведена для зазора в стыке (Рис. 2.6, Рис.2.7).Рис. 2.6.Гистограмма и распределение разброса зазора в корне шва48Рис. 2.7.Функция распределения для экспериментальных данных и нормальногозакона разброса зазора в стыкеВидим, что нормальное распределение с параметрами ( = 3.6696,=0.1133) хорошо описывает данные для параметра зазора в стыке.

Медианноезначение отличается от среднего арифметического не более, чем на 1%.Доверительный интервал ±3для величины зазора определён в следующихдиапазонах: [2.6598, 4.6794] мм.Применительнокзазорувкорнешваустановленосмещениеустановленного интервала разброса относительно нормативного диапазона,поэтому, для дальнейших исследований выбираем доверительный интервал.2.7. . 4.7 мм – диапазон изменения зазора в стыке.Таким образом, в результате установлены интервалы разброса основныхгеометрическихпараметровсборкистыкаиподготовкиреалистичных условий проведения сварочно-монтажных работ.анализа сведены в Таблице 2.кромокдляРезультаты49Таблица 2.Интервалы разброса геометрических параметров сборки стыка передсваркойХарактеристики интервала разброса параметраПараметрНижняяСреднееВерхняяграница, ммЗначение, ммграница, ммЗазор в корне2,7Притупление разделки0,7Перекос кромок0с3,74,71,82,902Указанные параметры являются обоснованной характеристикой входныепараметров адаптивной системы управления и должны быть учтены на этапахпроработки её архитектуры и проведении соответствующих исследований.2.2.Экспериментальное исследование стабильности формированиякорневого слоя шва в условиях возмущения геометрии стыкаЦелью настоящего исследования является разработка и получениекритериев чувствительности технологии автоматической сварки к возмущениямгеометрии собранного стыка.

В качестве входных данных к экспериментальномуисследованию использовались установленные интервалы разброса основныхгеометрических параметров разделки кромок, установленные ранее (Таблица 2).Основной задачей исследования являлось установление количественныхпоказателей - критических возмущений сборки стыка, приводящих к дефектамформирования корневого слоя шва, таким как прожог, непровар, несплавление,нарушение геометрических характеристик обратного валика шва. Вторичнойзадачей исследования являлось сравнение данных показателей для технологийавтоматической сварки на постоянном токе и сварке с управляемымкаплепереносом (процесс УКП).502.2.1. Методика проведения экспериментовДля проведения эксперимента использовались пластины из Стали10Г2ФБЮ толщиной 15 мм с V-образной разделкой кромок.

Угол скоса разделкисоставлял 300 с целью имитации формирования корня шва при сварке взаводскую ломаную разделку (Рис. 2.8). Притупление кромок варьировалось поплану эксперимента.Критическое значение G cНесоответствие требованиямGc15300150Рис. 2.8.Схема подготовки и сборки (на примере исследования зазора) образцовдля экспериментовДля определения критического возмущения зазора и перекоса приводящихк дефектам формирования корневого слоя шва, сборка стыка выполнялась такимобразом, чтобы в начале стыка значение параметра равнялось серединеустановленного интервала (,) и изменялось по длине в большую сторонупри исследовании перекоса кромок и в большую и меньшую сторону приисследовании зазора в корне шва (Рис.

2.8). Сварка выполнялась дляпритупления на кромках фиксированного на,иранее (Таблица 3) и неизменных параметрах режима сварки., установленных51Таблица 3.Параметры сборки образцовЗазорПерекос№ПритуплениеКромок10,73,76,0020,73,70031,83,76,0041,83,70052,93,76,0062,93,70070,73,70481,83,70492,93,704В началеобразцаВ концеобразцаВ началеобразцаВ концеобразцаПри неизменных параметрах режима сварки, место появления дефектаформированиясварногосоединенияпозволялоопередитькритическоевозмущение зазора и перекоса, приводящее к его возникновению.