数控切管机一次完成多次搭接相贯坡口切割的方法.pdf

1999年12月
焊接学报
December 1999
HAN TE XUEBAO
数控切管机一次完成多次搭接相贯
坡口切割的方法
贾安东李宝清闫祥安郑玮
(天津大学
摘要在实现数控切管机国产化的工作中,研究并建立相贯线的数学模型是至关重要的,这不仅包括
常用的管-管、管·-板的相贯,构成Mter接头的相贯线,包括多个管、板相贯线的数学模型,而且包括完
成与?面角有关的坡口角切割的数学模型,其依据为SYT4802-92(等同采用 API RP2A1989)标准和
AWS标准。本文在建立上述模型基础上,设计了相的计算机程序,该程序实现了管-管、管-板的相
贯、Mr接头的相贯的切割,包括小角度的相贯切割、而且.拟定了一次完成原需要多次切割能完成的
多管、板相贯炇其坡1的切割一所谓搭接接头的切割的计算机程序,实现了搭接接头的快速切割。上
述数学模利计算机程序稍作收动也可用于导管架,以及类似的管桁架节点,自行车架节点等相贯焊缝
的机器人焊接程序。
关键词:相贯线两面角坡1角切割角
0序
在进行本引进的数控火焰切管机的数控系统改造工作中,在建立管-管、管-板相贯、 Miter
接头相贯的数学模型之后、遇到需建立多次搭接相贯线的数学模型的要求。过该机対多次搭接
相贯线,按每一次搭接进行一次切割,即多次切割完成多次搭接相贯线的切割。当导出统一的相
贯线数学模型之后,采用最人Z坐标原则,则研制出一次切割完成多次搭接相贯线坡口切割的训
算机程序。
1管-管、管-板Mter接头等一次相贯的数学模型
1.1管·管相贯线的解析式
如图1所示被切管(支管)直径d与相贯管(主管)D的相贯线方程如下
z=Dcos D/(2sina)+(d-20 6/(2tga
s=/(d-21リ/2/0x/180
2
式中
相贯线的Z坐标?利弧坐标;一主管圆心角;の= arcsin[(dl-2)sine/D+2A/D]
B被切管弧线的圆心角:a,1一被切管的直径,壁厚:z,A一相贯管的轴交角,偏心值
将cos④
sin2④代入式(1)则得到无中间变最的相贯线方程
:=N(D/2)2-I(D-21 sin 0/2+47/sing +(d- 21 6/2g a
式中符号如前所述。
1.2相贯线上的两面角
两面角即为垂直于焊缝线的半面内量得的两根管材的外表面切线同的夹角,如图1所示。相
贯线上任一点M通过该点作两曲而(即两圆柱甬)的切半面,此两半雨的交角,即可作为两面角的
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数控切管机一次完成多次搭接相贯坡口切割的方法
解。设为y则有
arc cos (cos Ecos cos a-sin esin p)
式中一炳面角;0、、x同前。根据能源部
SY标准《海上固定半台规划,设计和建造的推荐
标准法》规定,管·管相处焊鏠的坡口角取决
于此处的炳面角。
坡口角和实际切割角的确定
根据SYT4802-92( API RP2A)?和美国标准
学会/焊接学会( ANST AWS)有关规范,依决
定坡口角p。如按SY14802-92( APRP2A)当
灼面角较小,如y<90°则坡口角p取2
y>90时p収45°等
在焫面角y和坡口角p都决定后,理论切
割角B亦决定了,如图2所示,则:
图1管-管相贯图
B=90-y+
Fig. I Schematic of the intersection of pipe-pipe
式中B理论切割角;、p如前。
但上述炳面角、理论切割角都在垂点
丁焊缝(即相贯线)的平面内,该平面沿相
贯线不断地改变方向,这给实现机械切割
y
带米很大因难。一般切割机的切割面都
是在被切文管素线与其轴线所构成的径
向平面内,因此必须根据理论切割角B求
出割煩所在径向平面内的切割角,称为实
图2两面角、坡口角和理论切割角
际切割角。
Fig 2 Schematic of dihedral angle, groove angl
上述径向平面与理论切割角、树面角
and theoretic cutting angle
所在半面的交角设为Y,则可以解Y
tgr=(cos acos (Dsin 0+cos sinp)/cos sin a
若实际切割角为の,根据经验公式[2]有
tg w=tg B/cosr
1.4被切支管外表面的切割线
由式(1)(2)决定的相贯线是被切支管内表面与相贯卞管外表面相贯的相贯线,初始制煩垂直
」被切支管表面,割师中心对准相贯线,当炬偏转出实际切割角吋,是绕外表面相贯线进行偏转
的,其偏转结果不应使被切管内表面的切割线偏离被切管内表面与主管外表面的相贯线。如图3
所示,沿z轴移动ム值,获得被切管外表面的切割线。
式中1管壁厚度gの如式(5)所示。
5管-板(包括Mter管接头)相贯解
设被切支管中心轴与板半面交点为坐标原点O,d为管内径,管-板交角x,管壁厚1,则相贯
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