背景技术

在大型化工及石化工程的建设安装工程中，管道的现场焊接安装工作量非常巨大，由于管道直径各异、焊缝位置不同、人工施焊空间受限等原因，管道的现场焊接是影响整个工程质量和工期的重要因素之一。传统的人工施焊和经过简单改装的自动焊机无法满足大型工程建设的需求，需要研发适应性更好的高质高效管道焊接装备。

目前，国内外管道常用焊接方法主要有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、熔化极气体保护半自动焊，包括活性气体保护半自动焊、半自动熔化极氩弧焊、自保护药芯焊丝氩弧焊、埋弧焊、熔化极活性气体保护半自动焊及闪光焊等。在我国的西气东输工程中，管道的直径大、焊缝多，对现场安装焊接的适应性、焊接质量要求（包括焊缝成形状况、焊缝质量合格率、焊缝表面质量要求、无损检测要求、常规理化性能要求等要求）比较严格。西气东输管道工程中，除了闪光焊外，其他焊接方法均已被使用过，且主要以自保护药芯焊丝半自动焊和熔化极活性气体保护自动焊为主。

从国内外管道焊接施工情况来看，现场施工焊接主要采用不需要背衬垫板的全位置单面焊双面成形技术，可采用不同的焊接方法和焊接方向，也可以采用组合的焊接方法和不同的焊接方向。针对大直径、厚壁管道，为了便于采用双面焊成形技术，进一步提高管道安装焊接的速度，外国还开发了一种可在管道内进行根焊的高效活性气体保护的内焊机，如英国NCREAST全位置气体保护自动焊机、美国CRC公司开发的全位置气体保护自动焊机。

传统的管道焊接采用人工手工电弧焊施焊，焊接质量与操作者的技术水平有直接关系，焊接质量不能很好保证，工作效率低下，工作强度非常大，还存在高空作业跌落伤亡和烫伤的风险。

目前油气管道已向大直径、大壁厚的方向发展、且施工环境复杂、恶劣，采用管道自动焊机已是大趋势。

管道全位置自动焊接采用熔化极全位置焊接技术，最早出现于20世纪60年代末期，美国CRC公司率先将该项技术应用于管道施工。起初，只是焊接小车带动焊枪行走，焊接参数（焊接电流、电压、焊接速度等）均为手动控制。目前，生产全位置自动焊接设备的除了美国CRC公司外，还有德国的VIETZ公司、美国MAGNATECH公司、荷兰VERAWELD公司、法国SERIMER DASA公司、意大利PWT公司等。CRC公司智能化的P500，P600以及SERIMER DASA公司的双枪焊接系统在世界范围内具有很高的水平。其中，CRC公司生产的自动焊机已累计焊接了长达50000km的管道。这些厂家的设备虽然外形各具特点，但在控制方面，不外乎是计算机控制焊接参数和人工调控参数两种方法。

目前，国内市场的自动化管道焊接设备被欧美等发达国家垄断，国产化水平比较低。我国管道建设起始于20世纪70年代，管道焊接施工很长时间内停滞于手工焊、半自动焊的水平上。近些年，虽然我国管道工程庞大，但具有自主知识产权的管道全位置自动焊机还比较少。我国的管道焊接机器人技术研究开始于20世纪80年代，国内很多高校、科研机构及管道施工单位纷纷开展全位置管道焊接机器人相关技术研究。经过近30年的研究，在管道机器人的结构、控制系统等方面取得了大量的研究成果。中国石油天然气管道科学研究院特种施工机具研究所研制成功了PAW 2000管道全位置自动焊机，并于1999年2月在河南义马—郑州426mm输气管道上完成了现场中试。2005年天然气集团工程技术研究院冯标、李春润、唐德渝、张建护、张田利研制出一种由焊接机头(小车行走系统、焊枪摆动系统、焊枪高度调节系统)、焊接轨道、控制系统、焊接电源四部分组成的PW一2型管道全位置自动焊接机器人，并且在实际工程应用中取得了良好的效果。2006年北京石油化工学院重点实验室曹俊芳、蒋力陪、孙亚玲等人设计出了一种由行走机构、二维记忆跟踪机构、焊枪摆动机构、焊枪高低调节机构四部分组成的导轨式全位置管道焊接机器人。

2、相关产业发展现状及科技创新需求分析。

管道焊接工艺直接关系管线的安装质量、施工效率和投入的成本，关系管线运行的安全性、持久性和经济效益。目前，国内外也只是部分采用了自动焊机作业，管道焊接装备的前景十分广阔。

“小爬虫”管道焊接机是目前应用最广的管道焊接装置，我公司曾一次性购买了十套 “小爬虫”管道焊接设备。相对人工焊接，“小爬虫”具有明显的优点，其焊接效率和质量有了基本保障。但工程实际中，依然存在焊机在管道上安装不方便、小爬虫在行走过程中存在脱落的风险、焊接行走速度不匀、焊枪随焊缝位置变化的适应性差的问题。焊接装备上的缺失已严重制约我公司的建安品质和工程进度，对研发新的适应性更好、自动化智能化程度更高的自动焊接的需求日益强烈，而目前市场还没有类似设备。