基于智能技術的機器人小管徑內壁防腐噴涂與焊縫檢測技術實現

摘 要：在管道防腐工作中大管徑管道焊縫采用人工入孔涂覆防腐，而小管徑及特征管道人工涂覆不易實現。在供熱、供水和消防管道中，小管徑管道占據總體管道長度的大部分，管道支線多，焊縫數量大，急需一種能夠實現小管徑及特征管道內壁防腐噴涂的裝置。研究的管道內噴涂機器人可有效解決小管徑及特征管道內壁不易噴涂的問題。介紹機器人（CCTV）技術在某環(huán)球影視城項目空調冷熱水管網及消防管網工程中的應用情況，綜合闡述在小管徑管道及特征管接口內防腐施工中的優(yōu)越性。

關鍵詞：內防腐；機器人；冷熱水管道

中圖分類號：TQ639.3 文獻標志碼：A文章編號：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

隨著城市化進程的加快，各類公共建筑越來越多，冷熱水管道是其重要的組成部分，也是城市基礎設施。管道在長期運行過程中，受周圍環(huán)境和管道老化的影響，難以避免“跑、冒、滴、漏”現象。為延長管道使用壽命，減少水資源浪費，積極探索管道防腐措施，通過在施工過程中涂刷防腐材料改善管道防腐性能，從而提高冷熱水管道質量，保障水資源運輸的安全性和穩(wěn)定性［1］。

機器人噴涂技術具有噴涂均勻、效率高等特點，已逐步替代人工噴涂，成為噴涂技術的核心［2］，廣泛應用于汽車、船舶、核電工業(yè)等領域［3-5］。研究為優(yōu)化冷熱水管道內防腐性能，采用機器人內防腐補口技術，該技術設備由操作車和外控設備兩部分構成。普通機器人操作車包含動力設備節(jié)（24 V蓄電池提供動力）、除銹設備節(jié)、噴涂補口設備節(jié)，特殊情況下操作車由動力設備節(jié)分別和除銹設備節(jié)、噴涂補口設備節(jié)組合為獨立的2套操作設備。

1 工程概況

北京某主題公園項目包含空調冷熱水工程、消防工程等12類專業(yè)管線工程。項目空調冷熱水管道工程及消防管道工程中小口徑管道焊縫內防腐工藝的選擇是本工程中的重點和難點。開始施工焊口內防腐擬采用不銹鋼內襯法，鋼管管口焊接寬為200 mm，長度略小于管道內周長不銹鋼環(huán)形內襯，在不銹鋼內襯與鋼管焊接焊縫處涂敷環(huán)氧樹脂粉末，然后即可對口焊接。但焊接后不銹鋼內襯在焊接高溫下空鼓，射線探傷不合格，最終給以否定。經過多次考察及各種內防腐工藝可行性研究分析，最終采用機器人內補口法。研究以環(huán)球影視城項目相關專業(yè)管線工程為載體來介紹機器人內補口技術，以期為類似工程提供借鑒。

機器人內防腐噴涂設備是一套自動化作業(yè)設備［6］，包括內部操作車和外控設備。內部操作車上帶有攝像、定位、圖像輸出、信號接收功能；外控設備包括天線、遙控器、蓄電池、影像顯示屏、信號接收輸出集成盒。外控設備輸出各項指令，進而完成操作車在管道內行走、定位、除銹、涂覆。

2 施工工藝流程

機器人內補口操作簡單，施工速度快，能夠順利解決小口徑管內防腐問題，如三通、異徑管、熱水管道的脹彎處的焊縫補口問題［7-8］。其具體工藝流程為補口準備→焊口內除雜→除銹質量檢測→內防腐層質量檢測→焊口內噴涂。

2.1 補口準備

2.1.1 技術準備

項目技術人員在項目技術負責人的組織下熟悉圖紙及相關規(guī)范，組織進行試驗工藝評定，掌握技術工藝參數。掌握噴涂工藝的重點難點。

2.1.2 設備及材料準備

根據不同管徑管道及特征管段配備不同規(guī)格型號的機器人設備：AK-NF-159/219，2臺；AK-NF-219/355，2臺；AK-NF-377/630，2個；AK-NF-426/700， 2把。進場后辦理報驗手續(xù)，提供相關的合格證明書及相關法定檢測單位的鑒定證書。進場的防腐材料必須有產品合格證書及質量檢測報告［9］

2.1.3 現場準備

環(huán)境的濕度對補口質量影響大，雨天最好停止作業(yè)，如果雨天進行補口作業(yè)應頻繁檢測相對濕度，確保相對濕度不得大于85%。

2.2 管道內焊口除雜

機器人在內補口前應對管道焊縫處進行清雜工作，清除內焊道上的焊瘤、焊雜，確保焊口涂覆質量符合涂覆要求。

機器人設備調試完成后，由操作員將設備送至管口處，操作車由動力節(jié)推動前行，進行定位除銹。針對定位，有電阻法、同位素法、超聲波法以及攝像頭定位法［10］。對比分析：攝像頭定位通過外控無線操控設備及影像顯示器顯示，最終很好的完成除銹定位，減少操作人員的工作量。

除銹設備精確對準焊縫后，操作人員即可操控外控設備，指令動力設備帶動驅動軸，高速旋轉的除銹裝置受驅動軸旋轉產生的離心力帶動除雜球擊打碰撞焊縫口補口處及周邊，重復多遍，最終完成除銹［11-12］。定位除銹的質量直接關系到涂層的質量，如何很好的檢測其除雜質量效果，讓設備本身配備除銹監(jiān)控，實現可視化檢測。

2.3 除雜質量檢測

焊縫除雜質量的好壞直接影響補口涂覆質量。所以除雜后必須對其除雜效果進行檢驗，達標后方口進入下道工序［13］。采用管道內壁檢測機器人進行檢測，應將檢測機器人放進管道內，定位到焊口位置后，內部攝像器采集效果圖通過信號傳輸到監(jiān)測器的屏幕上，并與規(guī)范規(guī)定標準比對，實現便捷檢測。

2.4 焊口內涂覆

2.4.1 防腐涂料調配

管道內補口防腐材料采用同管內壁防腐相同成分的環(huán)氧樹脂溶劑。防腐涂料由無溶劑環(huán)氧涂料A和無溶劑環(huán)氧涂料B（褐色的固化劑）2種材料分別注入機器人A、B儲料倉。溶劑配比應由專業(yè)操作人員現場按照材料使用說明書要求調試滿足A∶B=100∶18（質量比）融合。

2.4.2 防腐涂覆

環(huán)球影視城項目空調冷熱水及消防管道工程特征性小口徑管類型較多，如三通管、脹彎管、異徑管、直通管。不同小口徑特征管內焊縫采用不同補口方式及設備。機器人噴涂作業(yè)嚴格按照工藝評定參數施工，具體噴涂工藝參數如表1所示。

（1）同徑直管內補口。

由于直管線段暢通，無阻撓，可直接采用相匹配管徑的機器人補口，可實現長線補口，完全直線段最長可達800 m。但本項目，異徑特征管及閥門井的存在最長可達100 m，具體操作如圖1所示；

（2）異徑管內補口。

異徑管是本項目補口需解決的問題之一，由于異徑管節(jié)的出現，機器人補口不能一次性完成。在噴涂大管徑焊口的機器人難以通過小口徑管道。噴涂小管徑管道的機器人雖能通過異徑管走向大徑管，但噴涂設備直徑太小，不能滿足噴涂質量。面對異徑管除銹問題，根據管徑不同采用不同規(guī)格的機器人，從2側管口分別入管噴涂；

（3）三通管內補口。

管道三通補口理念為：由于三通支管和主管完全垂直，采用一次性補口不可能實現。針對這種情況：直管段和三通接頭段采用適合管徑的機器人分別補口，具體如圖2所示；

（4）脹彎（自然補償器）段內補口。

空調熱水管道隔斷設置脹彎，如果脹彎全部對口焊接后在進行補口，現有補口設備難以實現管道多脹彎（90°）環(huán)境下作業(yè)。即使完成涂覆質量完全不能保證。針對現況在脹彎處采取焊一補一法，具體如圖3所示；后一焊口施焊之前則及時對前道焊口補口，依次操作。

普通機器人設備分3大節(jié)，各節(jié)尺寸均在1.5 m左右，在90°脹彎段不能通行，處于現狀，涂覆單位特采用蜈蚣式機器人，除銹設備節(jié)和涂覆設備節(jié)分離，分別和動力節(jié)相連。噴涂設備節(jié)采用軟鏈接，能適應90°以上帶弧管道內補口。動力節(jié)長度通過現場試驗，能夠確保正常通行脹彎。

2.5 內焊縫防腐層質量檢測

機器人補口完成后，待涂層干燥固結后對涂覆厚度檢測，利用涂層檢測機器人進管道，定位至焊縫涂層處等間距選定的4個點位，檢測每1個點位。機器人測厚儀收集的數據通過無線信號反饋到外控設備，具體如圖5所示的顯示屏，即可得出結果。厚度大于等于設計值（0.5 mm）。檢測不符合設計要求應返工至合格。

3 結語

機器人內防腐噴涂設備能替代人工除銹和涂裝工藝，實現了機械自動化作業(yè)，提高補口速度；解決了本項目特征性小口徑管道內防腐補口施工難點。施工時，機器人精確定位。實現了管線內涂層保質的成果。施工過程中，以機器人操作為主導，人員輔助操控，減少了人員投入，降低了成本。在施工環(huán)保方面，避免了因開放式噴砂所造成的環(huán)境污染問題。面對國內基礎設施工程、大型管道輸送等工程的興建，管道內防腐問題是持續(xù)被關注的問題之一。通過實際研究與應用可知，機器人補口技術可實現定位、除銹、噴涂自動化操作，具有補口質量效果好、操作效率高、檢測定位跟蹤隨時監(jiān)測、施工造價低、施工環(huán)境影響小等優(yōu)點。

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收稿日期：2023-02-06；修回日期：2023-05-16

作者簡介：楊衛(wèi)東（1968-），男，高級工程師，研究方向：市政工程；E-mail：479809613@qq.com。

引文格式：楊衛(wèi)東.基于智能技術的機器人小管徑內壁防腐噴涂與焊縫檢測技術實現[J].粘接，2023，50（6）：79-81.