[00128682]压力容器及管道柔性割焊工艺装备与系统研制

1、课题来源与背景： 焊接是金属加工的核心工艺,焊接装备作为钢铁的“裁缝”,蕴涵了巨大的市场需求。随着我国经济持续发展,中国已经开始进入现代工业化时代,重型机械、冶金机械、矿山工程机械、电站锅炉、压力容器、石油化工、机车车辆、汽车等以焊接工艺为主导的行业,逐步进入世界同行业先进行列,国内自动化焊接装备行业也进入了高速发展阶段,但是与国外同类行业、企业相比,在自动化焊接装备的数量、自动化焊接技术水平等方面还有相当大的差距。主要原因在于智能焊接装备的研发涉及机、电、控、软多个领域,技术难度大。 在国家战略性新兴产业智能制造装备专项、两项自治区科学技术厅高技术研究发展项目、四项克拉玛依市科技计划项目和两项自治区科技型中小企业创新基金项目的支持下,“产学研用”联合攻关,开展焊接切割工艺基础理论、应用技术、系统集成等创新研究。攻克了上述难题,成功研制出具有自主知识产权的系列化压力容器制造和压力管道智能焊接切割系统成套产品,并实现产业化。 2.主要技术指标 1)研制系列化单体数控焊接装备及辅助装置,设备控制核心采用工业控制计算机（IPC）,并研制开发了上位数控系统、焊接参数工艺包,控制精度0.005mm; 2)压力容器生产线满足直径3－5米、直径3米以下的特种材质及不锈钢三类容器（锅炉）自动化切割焊接; 3)压力管道生产线满足长度为50米,管径范围：DN50－600的长管道的自动化、流程化生产; 4)压力容器排版和管理软件可实现数字化、可视化设计、排版、切割、焊接、检测生产过程自动化管理。 3.技术的创新性 1)研制开发了焊、割一体压力容器压力管道的柔性制造生产平台,并实现了3000mm压力容器焊接生产线、4500mm压力容器数控切割焊接自动生产与检测系统,成功的实现了4.5m直径压力容器卧式精准组对,组对间隙≤3mm,变立式组对焊接工艺为卧式组对焊接工艺,打破了打破国际行业垄断。 2)研制开发了以计算机数控为核心的RM－S焊接工作站、RM－H数控切割焊接工作站、R3悬挂式马鞍形数控焊接机器人、10米伸缩式内缝焊接工作站、全数字马鞍形全自动焊接机等主要单体的数控焊接、切割装置,实现4－7轴数字控制模式的焊缝连续全自动切割和焊接工艺;同时还研制开发的升降翻转变位机、60T精密型焊接滚轮架、20T组对滚轮架等辅助设备,辅助完成各类马鞍形焊缝开孔及焊接功能,多方位解决切割焊接企业对单体自动化设备的迫切需求。 3)建立自动焊接和切割数学模型库,运用切焊运动轨迹回归算法和三维运动轨迹实时仿真算法,同时结合焊接有限元数值模拟分析软件,实现切焊轨迹规划和路径优化,并实现了焊接过程的实时轨迹仿真和焊接过程在线控制;结合自主研发的激光焊缝跟踪系统和焊接工艺包,实现智能化焊接功能。 4)压力容器排版管理系统和压力容器（含管道）生产管理软件实现了压力容器排版和管理的数字化设计和可视化,生成的加工数据可以通过单体自动化设备的进行自动切割与焊接;在融入高级焊工多年经验的基础上,开发了涵盖TIG、MIG、埋弧焊3种焊接方法,壁厚范围4－40mm范围的10余种压力容器和压力管道常用材料的专用焊接工艺包。压力容器排版管理系统和压力容器（含管道）生产管理软件、专用焊接工艺包的开发为提升设计效率、加工质量以及焊接生产线的实现,提供了强有力的信息平台支撑。 4.应用情况 该项目执行期间直接经济效益,目前已在北京燕山石化、天津炼达、乌石化、新疆油建、新疆安泰等多家单位使用,产品累计已销售151台（套）,生产线及自动焊接设备直接销售收入9852.6万元,实现净利润1873万元,上缴各种税金1067万元,取得了较好的经济效益。 通过可视化仿真技术、焊枪摆动技术、焊接工艺包技术实现了焊接工艺的信息化、智能化,一次性焊接合格率提升20%,达到95%以上;综合多学科交叉技术和多类型组对、焊接生产线技术集成实现了容器和管道流程化、自动化,可满足多种类型容器的高效生产,提高了产品生产的柔性化能力,比传统机械化、自动化技术生产能力提升1倍。研制的产品和技术得到用户的认可,逐步成为行业技术的领先者。产品已销售到新疆、北京、天津、山东、河北、河南、黑龙江、湖北、江苏、甘肃、云南等。 5.历年获奖情况 WPW-1000系列焊接工作站的研制和改进的成果2011年获得新疆克拉玛依市科学技术进步奖一等奖;压力容器水平机械组对及自动化焊接系列的研制和自动化的成果2012年获得新疆克拉玛依市科学技术进步奖一等奖;马鞍式焊接设备焊枪升降摆动装置2012年获得新疆专利二等奖;压力容器水平机械组对及自动化焊接系列的研制和自动化项目2014年获得第七届中国技术市场金桥奖,全数字T型管焊接机获得新疆大学科技进步奖二等奖。在此期间学生参与的焊接类科技作品便携式数控马鞍形焊缝焊接机在2012年全国三维数字化创新设计大赛中获得新疆赛区特等奖、获得全国总决赛一等奖;作品便携式数控焊接机在2012年全国大学生工业设计大赛新疆赛区获得一等奖,全国入围奖。