管道内部焊缝处理机器人的应用研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇管道内部焊缝处理机器人的应用研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：目前，在油气、化工及核设施建设等领域，管道机器人都发挥了积极作用，已经能够满足管道在建设、检测、维护的一些基本要求。由于油气管道内部环境恶劣，光线昏暗，所以对管道机器人的要求也更加严格，不但要求其具有良好的自我保障能力，还要实现恶劣环境下完成对焊缝位置的定位监测以及焊缝处理，喷涂，以及分析最后处理结果验证其是否达到处理要求。
关键词：管道 焊缝处理 机器人
0 引言
随着全球经济的迅速发展，人们对能源的依赖程度也逐渐加强[1]。油气作为一种重要社会资源，在经济发展的过程中需求量也日益加大。因此，油气输送管道的增多，管道腐蚀造成的危害也逐渐凸显出来[2]，其中产生腐蚀的一个重要原因就是管道穿孔。在管道出现穿孔的现象前的腐蚀过程中，焊接部位最为明显。这是由于在焊接的过程引发局部的受热较集中引发对油气管道的防腐涂层的损害以及焊接产生的形变和物化性质的不平衡增加了接头处的腐蚀。因此对油气管路的焊缝连接位置进行有益的的防腐蚀处理具有很重要的价值。
1 管道机器人由来
管道装置的主要作用是定向输送气体和各类常用的流体材料，该系统由动力站（泵、压缩机等）、各类控制件（阀门、减压阀、安全阀等）、测量仪表（流量计、压力表、温度计）及相关管件（弯头、三通、伸缩节等）等组成，它满足了各类工艺需要，进而达到人们预想的目的系统[3]。
20世纪60年代以来，随着化工，石油，天然气的大量需求以及满足长远输送的要求，管道作为输送载体而被广泛的使用[4]。但是潮湿，酸碱不平衡等恶劣环境极易加剧管道的腐蚀，而管道由于一般深埋于地下或位置特殊等原因造成了正常检修和维护的困难。传统方法――“随机抽样”和“全段挖掘”工程量巨大且不能及时发现问题。鉴于此，管道机器人的出现为这些问题的解决带来很大前景[5，6]。管道机器人作为一类自动化集成程度较高的机电产品，它能够沿着管道内部或外部爬行行走[7]，整个过程由工作人员通过有线或者无线信号传输进行远程操控。机器人携带有多种执行机构：焊枪，刷子、传感器对实现对管道进行焊接、清洁、环境测定，并且管道破损，裂纹，断裂等进行检测维护等工作[8，9]。
随着我国对油气需求量的增加，油气集输管道的数量也日益增加。管道在加工完成出厂时会进行相应的防腐处理技术，但若在安装过程中未对焊缝进行处理，会导致其极易发生腐蚀，泄漏，断裂，造成严重的环境污染和不必要的经济损失等。
由于石油管道内部空间狭小，在工作中人很难进入管道对内部焊缝进行防腐处理。而且管道内部工作环境恶劣，危险性极大。鉴于焊缝防腐的重要价值，针对石油管道铺设过程中对内部焊缝防腐处理的需求，油气管道内部焊缝处理机器人的工作流程大致为首先对焊缝进行打磨，去除表面焊渣达到一定的表面质量；然后对其喷涂防腐漆，通过去除焊渣和防腐喷涂，从而达到延长使用寿命的目的。
3 管道内部焊缝处理机器人的设计方案
管道机器人的总体设计包括对各子系统的设计，其中包括车架、轮腿、打磨、CCD云台、喷涂、无线传输、上位机、下位机、电器等子系统。在设计中不仅要根据子系统的功能特点来进行设计，也要考虑到工作环境因素，制造工艺，装配工艺，设计研发能力等因素，并且充分发挥虚拟样机设计和数学建模以及静力学分析和动力学分析能力对机构系统进行设计及优化。
石油管道机器人的重要实现功能是对管道内部焊接处的表面处理，工作流程是：
1）表面打磨处理：去除表面焊渣达到一定的喷涂要求。
2）喷涂防腐漆：通过去除焊渣和喷涂，从而达到提高管道使用寿命，延长维修和更换管道间隔的目的。
4总结
油气管道内部由于环境较为恶劣，光线昏暗，所以对管道机器人的要求也更加严格，不但要具有良好的自我保障能力而且还要要实现在比较恶劣的环境下完成对焊缝位置的定位监测以及焊缝处理，喷涂，在最后对处理结果进行分析是否达到处理要求。为了满足功能要求，管道机器人要具有较好的越障能力，良好的通过性，自我稳定性和误差补偿等要求，只有这样才能使得管道机器人满足预期的工作任务。
参考文献：
[1] 郭四代， 杜念霜， 陈刚. 我国新能源发展的驱动因素、制约原因及对策分析[J]. 经济导刊， 2012：92-93.
[2] 张士刚， 张军. 浅谈热力管道的腐蚀、防腐与施工对策[J]. 资源节约与环保， 2007：45-47.
[3] GRADESKY V. Serice Robot for Cleaning of Vertical Surfaces[J]. JARP Service and Personal Robots， 1997.
[4] 李庆凯. 三轴差动式管道机器人及其性能的研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2011.
[5] 杨荣根. 长输石油管道泄漏检测与定位技术研究[D]. 南京：南京理工大学， 2010.
[6] 陈光. 地下管线三维CAD与信息管理软件开发[D]. 西安：西安理工大学， 2008.
[7] ROBIN E. JONES， Francesco， et al. The Effect of Bends on the Long-Range Microwave Inspection of Thermally Insulated Pipelines for the Detection of Water[J]. Journal of Nondestructive Evaluation， 2012， 218（46）：117-127.
[8] ZHANG. SG， XIAO. X， SUN. DC. Research on Maneuverability and Simulation of UnderwaterVehiclesfor Pipeline Detection and Maintenance[J]. CHINA OCEAN， 2006， 23（1）：147-154.
[9] 肖玉瑛， 王子文. 石油管道焊缝处理机器人设计及仿真[J]. 制造业自动化， 2014（1），36：45-47.