基于智能技术的机器人小管径内壁防腐喷涂与焊缝检测技术实现

2023-07-12杨卫东

粘接 2023年6期

摘要：在管道防腐工作中大管径管道焊缝采用人工入孔涂覆防腐，而小管径及特征管道人工涂覆不易实现。在供热、供水和消防管道中，小管径管道占据总体管道长度的大部分，管道支线多，焊缝数量大，急需一种能够实现小管径及特征管道内壁防腐喷涂的装置。研究的管道内喷涂机器人可有效解决小管径及特征管道内壁不易喷涂的问题。介绍机器人（CCTV）技术在某环球影视城项目空调冷热水管网及消防管网工程中的应用情况，综合阐述在小管径管道及特征管接口内防腐施工中的优越性。

关键词：内防腐；机器人；冷热水管道

中图分类号：TQ639.3 文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）06-0079-03

Implementation of robot small diameter internal wall anti-corrosion coating and weld seam inspection techniques based on intelligent technology

YANG Weidong

（China Railway Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 100040，China）

Abstract：In the pipeline anti-corrosion work，the welding seam of large diameter pipeline is coated manually，while the manual coating of small diameter and characteristic pipeline is not easy to achieve.However，in the heat supply，water supply and fire-fighting pipelines，small diameter pipelines account for the majority of the overall pipeline length，there are many branch pipelines and a large number of welds，so a device that can realize anti-corrosion spraying on the inner wall of small diameter and characteristic pipelines is urgently needed.The research on pipeline internal spraying robots effectively addresses the problem of difficult coating on the internal walls of small-diameter and special feature pipelines.This paper introduces the application of CCTV technology in the air conditioning hot and cold water pipe network and fire protection pipe network project of Universal Studios，and comprehensively expounds the advantages of this technology in the internal anti-corrosion construction of small-diameter pipes and characteristic pipe joints.

Key words：internal corrosion protection;robot;cold and hot water pipeline

隨着城市化进程的加快，各类公共建筑越来越多，冷热水管道是其重要的组成部分，也是城市基础设施。管道在长期运行过程中，受周围环境和管道老化的影响，难以避免“跑、冒、滴、漏”现象。为延长管道使用寿命，减少水资源浪费，积极探索管道防腐措施，通过在施工过程中涂刷防腐材料改善管道防腐性能，从而提高冷热水管道质量，保障水资源运输的安全性和稳定性［1］。

机器人喷涂技术具有喷涂均匀、效率高等特点，已逐步替代人工喷涂，成为喷涂技术的核心［2］，广泛应用于汽车、船舶、核电工业等领域［3-5］。研究为优化冷热水管道内防腐性能，采用机器人内防腐补口技术，该技术设备由操作车和外控设备两部分构成。普通机器人操作车包含动力设备节（24 V蓄电池提供动力）、除锈设备节、喷涂补口设备节，特殊情况下操作车由动力设备节分别和除锈设备节、喷涂补口设备节组合为独立的2套操作设备。

1 工程概况

北京某主题公园项目包含空调冷热水工程、消防工程等12类专业管线工程。项目空调冷热水管道工程及消防管道工程中小口径管道焊缝内防腐工艺的选择是本工程中的重点和难点。开始施工焊口内防腐拟采用不锈钢内衬法，钢管管口焊接宽为200 mm，长度略小于管道内周长不锈钢环形内衬，在不锈钢内衬与钢管焊接焊缝处涂敷环氧树脂粉末，然后即可对口焊接。但焊接后不锈钢内衬在焊接高温下空鼓，射线探伤不合格，最终给以否定。经过多次考察及各种内防腐工艺可行性研究分析，最终采用机器人内补口法。研究以环球影视城项目相关专业管线工程为载体来介绍机器人内补口技术，以期为类似工程提供借鉴。

机器人内防腐喷涂设备是一套自动化作业设备［6］，包括内部操作车和外控设备。内部操作车上带有摄像、定位、图像输出、信号接收功能；外控设备包括天线、遥控器、蓄电池、影像显示屏、信号接收输出集成盒。外控设备输出各项指令，进而完成操作车在管道内行走、定位、除锈、涂覆。

2 施工工艺流程

机器人内补口操作简单，施工速度快，能够顺利解决小口径管内防腐问题，如三通、异径管、热水管道的胀弯处的焊缝补口问题［7-8］。其具体工艺流程为补口准备→焊口内除杂→除锈质量检测→内防腐层质量检测→焊口内喷涂。

2.1 补口准备

2.1.1 技术准备

项目技术人员在项目技术负责人的组织下熟悉图纸及相关规范，组织进行试验工艺评定，掌握技术工艺参数。掌握喷涂工艺的重点难点。

2.1.2 设备及材料准备

根据不同管径管道及特征管段配备不同规格型号的机器人设备：AK-NF-159/219，2台；AK-NF-219/355，2台；AK-NF-377/630，2个；AK-NF-426/700， 2把。进场后办理报验手续，提供相关的合格证明书及相关法定检测单位的鉴定证书。进场的防腐材料必须有产品合格证书及质量检测报告［9］

2.1.3 现场准备

环境的湿度对补口质量影响大，雨天最好停止作业，如果雨天进行补口作业应频繁检测相对湿度，确保相对湿度不得大于85%。

2.2 管道内焊口除杂

机器人在内补口前应对管道焊缝处进行清杂工作，清除内焊道上的焊瘤、焊杂，确保焊口涂覆质量符合涂覆要求。

机器人设备调试完成后，由操作员将设备送至管口处，操作車由动力节推动前行，进行定位除锈。针对定位，有电阻法、同位素法、超声波法以及摄像头定位法［10］。对比分析：摄像头定位通过外控无线操控设备及影像显示器显示，最终很好的完成除锈定位，减少操作人员的工作量。

除锈设备精确对准焊缝后，操作人员即可操控外控设备，指令动力设备带动驱动轴，高速旋转的除锈装置受驱动轴旋转产生的离心力带动除杂球击打碰撞焊缝口补口处及周边，重复多遍，最终完成除锈［11-12］。定位除锈的质量直接关系到涂层的质量，如何很好的检测其除杂质量效果，让设备本身配备除锈监控，实现可视化检测。

2.3 除杂质量检测

焊缝除杂质量的好坏直接影响补口涂覆质量。所以除杂后必须对其除杂效果进行检验，达标后方口进入下道工序［13］。采用管道内壁检测机器人进行检测，应将检测机器人放进管道内，定位到焊口位置后，内部摄像器采集效果图通过信号传输到监测器的屏幕上，并与规范规定标准比对，实现便捷检测。

2.4 焊口内涂覆

2.4.1 防腐涂料调配

管道内补口防腐材料采用同管内壁防腐相同成分的环氧树脂溶剂。防腐涂料由无溶剂环氧涂料A和无溶剂环氧涂料B（褐色的固化剂）2种材料分别注入机器人A、B储料仓。溶剂配比应由专业操作人员现场按照材料使用说明书要求调试满足A∶B=100∶18（质量比）融合。

2.4.2 防腐涂覆

环球影视城项目空调冷热水及消防管道工程特征性小口径管类型较多，如三通管、胀弯管、异径管、直通管。不同小口径特征管内焊缝采用不同补口方式及设备。机器人喷涂作业严格按照工艺评定参数施工，具体喷涂工艺参数如表1所示。

（1）同径直管内补口。

由于直管线段畅通，无阻挠，可直接采用相匹配管径的机器人补口，可实现长线补口，完全直线段最长可达800 m。但本项目，异径特征管及阀门井的存在最长可达100 m，具体操作如图1所示；

（2）异径管内补口。

异径管是本项目补口需解决的问题之一，由于异径管节的出现，机器人补口不能一次性完成。在喷涂大管径焊口的机器人难以通过小口径管道。喷涂小管径管道的机器人虽能通过异径管走向大径管，但喷涂设备直径太小，不能满足喷涂质量。面对异径管除锈问题，根据管径不同采用不同规格的机器人，从2侧管口分别入管喷涂；

（3）三通管内补口。

管道三通补口理念为：由于三通支管和主管完全垂直，采用一次性补口不可能实现。针对这种情况：直管段和三通接头段采用适合管径的机器人分别补口，具体如图2所示；

（4）胀弯（自然补偿器）段内补口。

空调热水管道隔断设置胀弯，如果胀弯全部对口焊接后在进行补口，现有补口设备难以实现管道多胀弯（90°）环境下作业。即使完成涂覆质量完全不能保证。针对现况在胀弯处采取焊一补一法，具体如图3所示；后一焊口施焊之前则及时对前道焊口补口，依次操作。

普通机器人设备分3大节，各节尺寸均在1.5 m左右，在90°胀弯段不能通行，处于现状，涂覆单位特采用蜈蚣式机器人，除锈设备节和涂覆设备节分离，分别和动力节相连。喷涂设备节采用软链接，能适应90°以上带弧管道内补口。动力节长度通过现场试验，能够确保正常通行胀弯。

2.5 内焊缝防腐层质量检测

机器人补口完成后，待涂层干燥固结后对涂覆厚度检测，利用涂层检测机器人进管道，定位至焊缝涂层处等间距选定的4个点位，检测每1个点位。机器人测厚仪收集的数据通过无线信号反馈到外控设备，具体如图5所示的显示屏，即可得出结果。厚度大于等于设计值（0.5 mm）。检测不符合设计要求应返工至合格。

3 结语

机器人内防腐喷涂设备能替代人工除锈和涂装工艺，实现了机械自动化作业，提高补口速度；解决了本项目特征性小口径管道内防腐补口施工难点。施工时，机器人精确定位。实现了管线内涂层保质的成果。施工过程中，以机器人操作为主导，人员辅助操控，减少了人员投入，降低了成本。在施工环保方面，避免了因开放式喷砂所造成的环境污染问题。面对国内基础设施工程、大型管道输送等工程的兴建，管道内防腐问题是持续被关注的问题之一。通过实际研究与应用可知，机器人补口技术可实现定位、除锈、喷涂自动化操作，具有补口质量效果好、操作效率高、检测定位跟踪随时监测、施工造价低、施工环境影响小等优点。

【参考文献】

［1］陈玉龙.埋地供水管道的腐蚀及内外防腐措施分析［J］.全面腐蚀控制，2020，34（8）：74-76.

［2］刘亚军，訾斌，王正雨，等.智能喷涂机器人关键技术研究现状及进展［J］.机械工程学报，2022，58（7）：53-74.

［3］王海平.汽车涂装喷涂机器人自动化生产线工艺优化研究［J］.上海涂料，2022，60（2）：1-6.

［4］刘子儒，刘雪梅，杨振，等.船舶喷涂机器人双闭环控制研究与运动仿真［J］.机械制造，2022，60（1）：14-20.

［5］田冰.喷涂机器人在核電维修领域的应用分析［J］.现代工业经济和信息化，2021，11（10）：142-143.

[6］田文钊，郑聪聪，肖永飞，等.浅谈管道内防腐补口使用机器人施工新工艺[J].安装，2020（9）：62-64.

[7］邓宗全，张永顺，张晓华，等.水泥砂浆衬里补口作业机器人的研制[J].高技术通讯，2000（2）：71-74.

[8］邓宗全，王永福，张晓华，等.小口径管内补口作业机器人的研究[J].机器人，1997（4）：38-42.

[9］倪红.混凝土构筑物防腐施工质量监理控制要点解析[J].建设监理，2021（5）：58-60.

[10］鲍君龙. 管道智能内补口机补口施工工艺及质量控制[J]. 石油天然气学报，2010（3）：.

[11］杨廷胜.长输管道内补口施工工艺[J].油气田地面工程，2020，39（12）：97-100.