长输油气管道焊接机器人的技术现状与发展趋势

来源：石油科学通报杂志2021年第1期北京时间：

作者：尹铁；赵弘；张倩；吴婷婷；周伦；王新升

单位：中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 102249;中国石油天然气管道科学研究院有限公司,廊坊 065000%中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 102249%中国石油天然气管道科学研究院有限公司,廊坊 065000

摘要：随着清洁能源需求的快速增长,管道建设用钢管的钢级、管径、壁厚和输送压力逐步提高,管道自动焊技术以其环焊缝强韧性匹配高,焊接效率高、劳动强度低等技术优点,在管道建设中日渐成为主流技术.本文阐述了以管道全位置自动焊技术为载体的长输油气管道焊接机器人技术的发展历程及其在我国工程应用情况,介绍了管道焊接机器人的工程应用特点和技术现状,列举了多焊炬管道焊接机器人、激光—电弧复合管道焊接机器人、双丝管道焊接机器人、搅拌摩擦焊机器人几种先进管道焊接机器人的技术特点和工程应用情况.通过对管道焊接机器人发展存在的问题进行梳理和总结,指出焊接运动轨迹的规划、焊缝跟踪、焊接质量在线监测、特殊工况适应性以及配套焊接电源等是目前油气工程应用存在的技术瓶颈.鉴于对油气管道焊接质量一致性和稳定性提出的高要求,笔者对今后管道焊接机器人智能化研发道路的发展趋势进行了展望,认为3个方向将是未来管道焊接机器人智能化发展趋势:(1)焊接路径的自主规划和自适应焊缝跟踪.对坡口和焊缝信息进行提取、识别和分析,获取理想的路径点和焊枪姿态,并且能够根据工况实时控制焊枪位置,实现管道环焊缝的柔性焊接规划和自适应焊缝跟踪;(2)远程故障诊断.依托大量管道工程应用积累,建立完备的焊接专家系统,对焊接机器人实施远程监控及故障实时诊断,建立网络化的实时监控系统和故障处理系统,实现焊接质量在线监控;(3)人机共融的焊接方式.通过系统深度学习将熟练焊工的经验转化为焊接机器人的训练样本,指导非熟练焊接人员开展焊接培训,人机关系由主仆变为伙伴,共同完成管道焊接作业.

关键词：管道焊接机器人,焊接路径,焊缝跟踪,焊接质量在线监测,人机共融