高压大口径厚壁管件制造工艺及专用设备研究

论文摘要

针对国内高压大口径厚壁管件（弯头、三通、管帽和异径接头）市场庞大,制造技术滞后,缺乏成熟工艺和成套设备的现状,研究开发了一套包括操作机、变位焊接机、坡口切边机等的高压大口径厚壁管件制造的专用设备,并通过数值模拟和实验相结合,提出了一套以热压制和焊接为基础的管件制造工艺。论文重点对管件热压制过程中工件的搬运、位姿变换以及弯头的焊接工艺过程进行了研究,同时对锻压操作机、切边坡口机和自动化埋弧变位焊接机等成套专用设备进行了设计和计算分析。根据管件种类与规格繁多的特性,在设计锻压操作机时考虑了多种工况的多种动作需求,设计了5-6个自由度的操作动作和可拆换的操作机械手套件,实现了“一机多用”的目标。根据管件压制工艺流程的要求,综合分析了操作机要完成的功能以及要实现的动作、动作的方法、次序和时间,充分缩短了工件从在加热炉到压机之间的操作时间,确保了热压制对温度的要求。变位焊接机的设计采用了“扇一笼”式结构,同时,创造性采用了上、下弦变位焊接机配合使用的模式,不仅简化了单台设备的结构、尺寸重量、成本和制造难度,解决了弯头内焊缝焊接的难题,而且实现了焊接的流水作业,提高了工作效率。根据弯头的结构特点和下弦变位焊接机的焊缝特点,研究了新的变位原理,提出了基于平行四边形原理的绕近似重心回转的连杆联动式同步变位焊接机和绕近似重心回转的伺服驱动式变位焊接机。申请了国家专利一项。切边坡口机的设计考虑了管线钢的热敏感性,增加了火焰切割热去除影响区工序,在加工坡口时采用铣削的方式避免再次形成热影响区。相对于目前较为普遍的半手工制造或功能相对单一的自制简陋设备,成套专用设备自动化程度高,操作时的劳动强度低,管件的质量有了质的提高。因此,专用设备的研制为高压大口径厚壁管件的制造提供了有力的技术支撑,同时也间接的支持了西气东输二线和中亚管线等大型工程的建设。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外高端管件的生产状况
• 1.2.1 国外生产状况
• 1.2.2 国内生产状况
• 1.3 研究目标
• 1.3.1 目标产品
• 1.3.2 要达到的技术指标
• 1.4 论文内容
• 1.4.1 论文的研究内容
• 1.4.2 取得的成果
• 1.4.3 关键技术
• 1.4.4 创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 高压大口径厚壁管件制造总体方案
• 2.1 国内管件生产现状分析
• 2.1.1 产品质量现状
• 2.1.2 造成质量偏低的原因
• 2.2 关键工艺研究
• 2.2.1 三通制造关键工艺
• 2.2.2 弯头制造关键工艺
• 2.3 总体方案
• 2.4 专用设备的研制
• 2.5 本章小结
• 第三章 锻压操作机
• 3.1 功能要求
• 3.1.1 动作要求
• 3.1.2 速度要求
• 3.1.3 载荷要求
• 3.2 总体设计及系统组成
• 3.3 伸缩臂设计
• 3.3.1 强度校核
• 3.3.2 挠曲变形计算
• 3.3.3 解决方法
• 3.4 操作手设计
• 3.4.1 铲臂设计
• 3.4.2 挑杆设计
• 3.4.3 夹持机械手设计
• 3.5 先进性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 变位焊接机
• 4.1 弯头用变位焊接机概述
• 4.1.1 弯头用变位焊接机现状分析
• 4.1.2 高压大口径厚壁弯头用变位焊接机
• 4.2 总体设计和系统总成
• 4.2.1 系统原理设计
• 4.2.2 系统总成
• 4.2.3 三种下弦变位焊接机机械系统对比
• 4.3 运动学分析
• 4.3.1 绕弯头中心回转的下弦变位焊接机运动学分析
• 4.3.2 绕近似重心回转的连杆联动式下弦变位焊接机运动学分析
• 4.3.3 绕近似重心回转的伺服控制式下弦变位焊接机运动学分析
• 4.4 动力学分析
• 4.5.1 绕弯头中心回转的上、下弦变位焊接机主驱动功率计算
• 4.5.2 绕近似重心回转的下弦变位焊接机主驱动功率计算
• 4.6 齿隙影响的分析和消除
• 4.6.1 齿隙影响的产生
• 4.6.2 消除办法
• 4.7 本章小结
• 第五章 切边坡口机
• 5.1 总体设计及系统组成
• 5.2 动力铣头的选型
• 5.2.1 热影响区分析
• 5.2.2 铣头和刀具的选型
• 5.2.3 铣削功率的计算
• 5.3 振动的影响及消除
• 5.3.1 振动的产生和影响
• 5.3.2 振动的消除
• 5.4 本章小结
• 第六章 现场运用情况
• 6.1 设备运行情况
• 6.2 高端管件产品
• 6.3 使用情况
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢