一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法技术

本发明专利技术属于焊接技术领域，公开了一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，方法包括：建立待焊复合管侧壁开孔的数学模型，且使得复合管侧壁开孔的轴线与水平面保持平行；基于数学模型，绘制出复合管侧壁开孔的投影图形，并基于投影图形确定堆焊时的马鞍线轨迹；将马鞍线轨迹划分为若干个焊道，焊道均采用下坡焊工艺，并规划焊道的堆焊顺序；建立待焊复合管侧壁开孔的三维模型和CMT堆焊系统仿真模型；基于堆焊顺序，规划仿真模型对三维模型的堆焊路径，并基于堆焊路径生成堆焊离线指令；基于离线指令，按照堆焊顺序对待焊的复合管侧壁开孔进行CMT堆焊，以获取堆焊层。本发明专利技术实现了复杂曲线的自动化堆焊。了复杂曲线的自动化堆焊。了复杂曲线的自动化堆焊。

【技术实现步骤摘要】
一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法


[0001]本专利技术属于焊接
，更具体地，涉及一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法。

技术介绍

[0002]目前,石油天然气工艺管道中已逐渐推广应用镍基复合管线材料，内衬Incone1625+基管X65的镍基复合管便是其中一种。在油气资源的开发过程中，工艺管道根据工艺需要会设置高点放空和低点排放，基本都是用管座引出分支，当以镍基衬层管道作为主管道来使用时，镍基合金复合管道在预制过程中，难免要涉及安装管座来连接分支管道。
[0003]当主管与管座以骑座式T形接头安装时，在主管开孔截面位置会裸露出碳素钢基材，形成薄弱点，留下较大的质量与安全隐患。为了保证镍基合金复合层管道在开孔位置仍保持良好的硬度、韧性、抗腐蚀、耐摩擦等性能，需要对开孔截面表面进行补充堆焊镍基复合层，以防止复合层覆盖区域外的碳素钢材质直接接触管道介质。
[0004]由于基管侧壁开孔后的截面形状为马鞍形，属于复杂曲线，目前通常采用手工电弧焊进行堆焊。随着对海底油气管道需求量的提升以及对焊接质量和效率的要求越来越高，传统的手工焊接已经逐渐无法满足生产的要求。因此，机器人焊接已经成为最好的解决方法，机器人焊接使焊工摆脱了繁重的工作。同时，焊接生产的可靠性和产品稳定性将不再取决于焊工的技能和经验。面对这样的需求，需要采取适当的焊接任务规划方法，综合考虑焊接机器人焊枪位姿、运动轨迹和工艺参数进行焊接任务的规划。
[0005]冷金属过渡(CMT，Cold Metal Transfer)焊接作为一种新技术，以热输入小，稀释率低，无飞溅等优势在堆焊领域得到了广泛的应用。CN201910394287.3公开了一种用于合金槽的镍基合金堆焊工艺，使用CMT焊接工艺进行了镍基合金堆焊，降低了堆焊表面的稀释率，CN202110908692.X提出了一种CMT法制造耐腐蚀镍基合金堆焊层的方法，所得到的堆焊层耐晶间腐蚀性能优越。两者均使用CMT+摆动的堆焊方式在平板上得到了成型良好的堆焊层。
[0006]以上公开的技术与工艺均是在平板上进行堆焊，机器人的轨迹及焊接工艺并不复杂。CN202110961947.9公开了一种制造镍基合金镀层的方法、处理器及介质，使用CMT+P工艺结合旋转工作台在P110套管内壁上堆焊了一层镍基合金。但是，旋转台工作时进行的也是简单的圆周运动。目前，还没有任何针对复合管侧壁开孔后形成的管管相贯复杂曲线进行CMT堆焊的技术。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能针对复合管侧壁开孔后形成的管管相贯复杂曲线进行CMT堆焊的方法，以解决现有石油天然气工艺管道的管管相贯复杂曲线均采用手工电弧焊进行低效率堆焊的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，所述方法包括：
[0009]S1、建立待焊复合管侧壁开孔的数学模型，且使得所述复合管侧壁开孔的轴线与水平面保持平行；
[0010]S2、基于所述数学模型，绘制出复合管侧壁开孔的投影图形，并基于所述投影图形确定堆焊时的马鞍线轨迹；
[0011]S3、将所述马鞍线轨迹划分为若干个焊道，所述焊道均采用下坡焊工艺，并规划所述焊道的堆焊顺序；
[0012]S4、建立所述待焊复合管侧壁开孔的三维模型和CMT堆焊系统仿真模型；
[0013]S5、基于所述堆焊顺序，规划所述CMT堆焊系统仿真模型对所述三维模型的堆焊路径，并基于所述堆焊路径生成堆焊离线指令；
[0014]S6、基于所述离线指令，按照所述堆焊顺序对待焊的所述复合管侧壁开孔进行CMT堆焊，以获取堆焊层。
[0015]进一步的，所述数学模型的表达式为复合管侧壁开孔的壁厚方向上任意一点处的马鞍线焊缝的参数方程：
[0016][0017]式中，r为侧壁开孔半径，R1为复合管内壁半径，R
t
为壁厚方向上任意一点处的半径，且R
t
∈(R1,R2)，R2为复合管外壁半径，t∈[0,2π]。
[0018]进一步的，步骤S2中，基于所述投影图形比较复合管内壁马鞍线与复合管外壁马鞍线的弯曲程度：
[0019]若待焊复合管内壁孔口马鞍线的弯曲程度L1与其外壁孔口马鞍线的弯曲程度L2的差值小于预设数值，则将复合管外壁孔口的马鞍线轨迹作为堆焊时所述复合管侧壁开孔上的所有马鞍线轨迹；
[0020]若复合管内壁孔口马鞍线的弯曲程度L1与复合管外壁孔口马鞍线弯曲程度L2的差值不小于所述预设数值，则堆焊时，将所述复合管侧壁开孔内中间位置的马鞍线轨迹替换为复合管外壁孔口的马鞍线轨迹；
[0021]优选的，所述预设数值为1mm
‑
2mm。
[0022]进一步的，步骤S3中，所述堆焊顺序包括：将所述开孔上的马鞍线轨迹以其水平中线为界划分为上半部分和下半部分，且下半部分的焊道均位于所述水平中线下；焊接时，先将下半部分上的所有焊道采用下坡焊依次焊接，然后绕所述轴线将所述复合管侧壁开孔翻转180
°
，再将下半部分的所有焊道采用下坡焊依次焊接，直至焊接完所有焊道；优选的，所述焊道包括4段；更优选的，4段焊道的长度相同。
[0023]进一步的，步骤S3中，每个所述焊道至少被划分为4截，且每截焊道设置的焊接速度不同；优选的，所述焊接速度位于45cm/min
‑
55cm/min之间。
[0024]更进一步的，每截焊道的长度相同或不同。
[0025]进一步的，在步骤S5中，规划所述仿真模型中的堆焊路径，并基于所述堆焊路径生成堆焊离线指令的步骤包括：
[0026]S501、建立所述待焊复合管侧壁开孔的三维模型和CMT堆焊系统模型；
[0027]S502、基于所述三维模型获取复合管侧壁开孔后的管管相贯特征曲线；
[0028]S503、从所述特征曲线中提取每段焊道的下坡焊堆焊路径轨迹特征，并基于所述路径轨迹特征设置CMT堆焊系统模型中每段焊道对应的焊枪位姿信息；
[0029]S504、基于所述焊枪位姿信息，生成所述离线指令。
[0030]更进一步的，所述焊枪位姿信息包括焊枪外倾角、焊枪前倾角、机器人关节配置信息和轨迹接近点与退出点的位置与速度；优选的，所述外倾角位于0
°‑
45
°
范围内；更优选的，所述前倾角位于5
°‑
10
°
范围内。
[0031]进一步的，步骤S6中，所述CMT堆焊的工艺参数包括：送丝速度在6.0m/min
‑
8.0m/min内，电流为159A
‑
205A，电压为11.9
‑
15.2V，焊丝干伸长为12mm
‑
15mm，且气体流量25L/min
‑
30L/min；优选的，所述CMT堆焊工艺的保护气体为纯氩气；更优选的，按照所述堆焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立待焊复合管侧壁开孔的数学模型，且使得所述复合管侧壁开孔的轴线与水平面保持平行；S2、基于所述数学模型，绘制出复合管侧壁开孔的投影图形，并基于所述投影图形确定堆焊时的马鞍线轨迹；S3、将所述马鞍线轨迹划分为若干个焊道，所述焊道均采用下坡焊工艺，并规划所述焊道的堆焊顺序；S4、建立所述待焊复合管侧壁开孔的三维模型和CMT堆焊系统仿真模型；S5、基于所述堆焊顺序，规划所述CMT堆焊系统仿真模型对所述三维模型的堆焊路径，并基于所述堆焊路径生成堆焊离线指令；S6、基于所述离线指令，按照所述堆焊顺序对待焊的所述复合管侧壁开孔进行CMT堆焊，以获取堆焊层。2.如权利要求1所述的一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，其特征在于，所述数学模型的表达式为复合管侧壁开孔的壁厚方向上任意一点处的马鞍线焊缝的参数方程：式中，r为侧壁开孔半径，R1为复合管内壁半径，R
t
为壁厚方向上任意一点处的半径，且R
t
∈(R1,R2)，R2为复合管外壁半径，t∈[0,2π]。3.如权利要求1所述的一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，其特征在于，步骤S2中，比较所述投影图形中复合管内壁马鞍线与复合管外壁马鞍线的弯曲程度：若待焊复合管内壁孔口马鞍线的弯曲程度L1与其外壁孔口马鞍线的弯曲程度L2的差值小于预设数值，则将复合管外壁孔口的马鞍线轨迹作为堆焊时所述复合管侧壁开孔上的所有马鞍线轨迹；若复合管内壁孔口马鞍线的弯曲程度L1与复合管外壁孔口马鞍线弯曲程度L2的差值不小于所述预设数值，则堆焊时，将所述复合管侧壁开孔内中间位置的马鞍线轨迹替换为复合管外壁孔口的马鞍线轨迹；优选的，所述预设数值为1mm
‑
2mm。4.如权利要求1所述的一种双金属复合管侧壁开孔CMT自动化堆焊方法，其特征在于，步骤S3中，所述堆焊顺序包括：将所述开孔上的马鞍线轨迹以其水平中线为界划分为上半部分和下半部分，且下半部分的焊道均位于所述水平中线下；焊接时，先将下半部分上的所有焊道采用下坡焊依次焊接，然后绕所述轴线将所述复合管侧壁开孔翻转180
°
，再将下半部分的所有焊道采用下坡焊依次焊接，直至焊接完所有焊道；优选的，所述焊道包括4段；更优选的，4段焊道的长度相同。5.如权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩永典，薛朝伟，徐连勇，赵雷，郝康达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：