長輸管道自動焊數(shù)字化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
——數(shù)據(jù)采集及無線傳輸技術(shù)

張 毅 張 鋒 苗群福 李華平 王東坡

1. 天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2. 中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司 3. 中國石油天然氣管道局第三工程分公司

0 引言

自動焊作為一種高效焊接技術(shù)已在國外廣泛應(yīng)用，隨著國內(nèi)自動焊技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，自2015年以來，國產(chǎn)自動焊裝備從技術(shù)先進(jìn)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、裝備可靠性等方面逐步提升，被管道施工用戶接受，逐漸進(jìn)入國內(nèi)管道建設(shè)的市場中。隨著焊縫跟蹤、運動控制、數(shù)字化通訊等關(guān)鍵技術(shù)的突破，國產(chǎn)自動焊裝備在國內(nèi)長輸管道施工所占比例越來越大。

2017年中石油集團(tuán)公司提出“全生命周期”管道建設(shè)的目標(biāo)和要求，將管道施工技術(shù)推向新高度，從設(shè)計到采辦到施工到驗收提供全數(shù)字化的資料統(tǒng)計，建立統(tǒng)一平臺，將過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄、傳輸，通過平臺進(jìn)行分析、處理和存儲，建立完整的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。其中在管道施工環(huán)節(jié)，焊接過程的數(shù)字化技術(shù)對自動焊提出新要求。

為達(dá)到管道建設(shè)要求數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、感知交互多模態(tài)協(xié)同、各系統(tǒng)兼容數(shù)據(jù)互聯(lián)、運行狀態(tài)可知可控、趨勢預(yù)警可防有效的目標(biāo)[1]，現(xiàn)場焊接施工的自動焊裝備必須具備實時數(shù)據(jù)采集和無線數(shù)據(jù)傳輸功能[2]。按照管道建設(shè)數(shù)字化技術(shù)要求，建立自動焊裝備的數(shù)字化系統(tǒng)，勢在必行。該系統(tǒng)通過對焊接過程參數(shù)的實時采集，遠(yuǎn)程傳輸，可提供真實詳細(xì)的焊接數(shù)據(jù)，為長輸管道施工環(huán)節(jié)的數(shù)字化提供可行的技術(shù)條件。

1 智慧管道建設(shè)的由來

2014年5月21日中俄簽署了《中俄東線天然氣合作項目備忘錄》，該管道于2015年6月30日開工，由于高鋼級、大口徑、高效率、高質(zhì)量的建設(shè)要求，使自動焊焊接技術(shù)得以大面積推廣[3-5]，中俄東線90%以上的管道建設(shè)采用自動焊技術(shù)。2017年7月，中國石油天然氣集團(tuán)有限公司提出以中俄東線為智慧化管道建設(shè)的第一示范工程，設(shè)計管道“全生命周期”建設(shè)，由此掀開了智慧化管道建設(shè)的新篇章，成為熱點，結(jié)合實際應(yīng)用，諸多文章已開展相關(guān)定義和論述[2-25]，其中智能工地作為中俄東線施工的標(biāo)桿旗幟，打響了智慧化管道建設(shè)的第一槍[26-27]。

1.1 涵蓋范圍

管道建設(shè)施工是一項傳統(tǒng)工程，隨著信息技術(shù)、自動化技術(shù)的融合與應(yīng)用，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法。近些年大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0的提出，不斷促進(jìn)該行業(yè)的智能化融合水平，消除孤島環(huán)節(jié)，建立統(tǒng)一平臺，整理、顯示、分析、處理數(shù)據(jù)。將管道設(shè)計、物資采購、現(xiàn)場施工、工程驗收整套流程數(shù)據(jù)化、可視化、可量化，開展“全生命周期”的數(shù)字化移交工作，將各階段業(yè)務(wù)數(shù)字化移交數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、共享，將管道建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)歸檔[28]。

1.2 焊接過程數(shù)字化提出的要求

現(xiàn)場施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是焊接，近幾年要求通過數(shù)字化手段將每道管口數(shù)據(jù)實時采集、上傳，用于焊接過程的監(jiān)控、查看、分析，作為管道建設(shè)竣工資料的數(shù)據(jù)存底，便于分析焊口出現(xiàn)的質(zhì)量問題，為施工單位、監(jiān)理機(jī)構(gòu)及業(yè)主單位調(diào)整、監(jiān)督、管控現(xiàn)場焊接過程提供技術(shù)支持。

1.3 焊接過程數(shù)字化存在的問題

1）數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)問題[29]：管道建設(shè)過程中尚未明確統(tǒng)一的采集標(biāo)準(zhǔn)，項目管理者根據(jù)自身管理經(jīng)驗及需求，制訂不同采集標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)計方、施工方、監(jiān)理方提出針對性的開發(fā)、使用、監(jiān)管要求。

2）數(shù)據(jù)使用問題：近幾年自動焊裝備已大量推廣應(yīng)用，但自動焊技術(shù)提升主要在“如何代替人工”方面，對于智慧化管道建設(shè)的數(shù)字化采集、無線傳輸技術(shù)屬于初步開發(fā)階段，目前已實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、保存、傳輸鏈路功能，但如何有效、有用地整合數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)成為智能化技術(shù)發(fā)展的深層風(fēng)向標(biāo)。

2 國內(nèi)外長輸管道焊接過程數(shù)據(jù)采集和無線傳輸技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

2017年至今，國內(nèi)的自動焊裝備已推廣應(yīng)用焊接過程的數(shù)據(jù)采集和無線傳輸技術(shù)[30-36]。按照建立的數(shù)據(jù)字典（表1），自動焊裝備可實現(xiàn)焊接過程中關(guān)鍵參數(shù)的實時采集。

表1 數(shù)據(jù)字典表

2.1.1 采集系統(tǒng)組成

1）硬件方面。主要采用2種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作：①結(jié)合自動焊裝備控制系統(tǒng)加裝對應(yīng)傳感器（包括：電壓傳感器、電流傳感器、角度傳感器、位置傳感器），直接獲取采集參數(shù)；②通過控制系統(tǒng)內(nèi)部的閉環(huán)反饋計算、換算間接獲取采集參數(shù)。

2）軟件方面。將采集到的焊接參數(shù)，按照規(guī)定格式進(jìn)行分類和整理；通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，建立數(shù)據(jù)包處理數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)發(fā)送做好準(zhǔn)備工作。

2.1.2 無線傳輸及本地存儲系統(tǒng)組成

現(xiàn)場自動焊裝備通過局部區(qū)域組網(wǎng)，每臺自動焊裝備安裝數(shù)據(jù)采集和無線傳輸設(shè)備，采用通用協(xié)議將采集數(shù)據(jù)無線傳輸至現(xiàn)場主站接收系統(tǒng)。主站接收系統(tǒng)通過4G網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)無線傳輸回基地中。

當(dāng)現(xiàn)場無法建立網(wǎng)絡(luò)時，先將數(shù)據(jù)預(yù)存儲于本機(jī)系統(tǒng)中，在有網(wǎng)絡(luò)的地域?qū)С鰯?shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程上傳。該方式是一種數(shù)據(jù)備份措施，本地存儲主要包括以下3種方式：

1）通過控制系統(tǒng)內(nèi)部Flash、鐵電存儲器、RAM等存儲空間完成采集參數(shù)的本地存儲工作，采用專用軟件導(dǎo)出、打開、讀取數(shù)據(jù)，沒有標(biāo)注和格式，只包含完整數(shù)據(jù)；

2）通過控制系統(tǒng)內(nèi)部建立數(shù)據(jù)庫，按照規(guī)定格式存儲，可通過SD卡、U盤等外部存儲設(shè)備導(dǎo)出，數(shù)據(jù)多以.Xlsx、.Csv等通用格式讀??；

3）通過Internet網(wǎng)頁登錄系統(tǒng)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查看、導(dǎo)出，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)多以.Xlsx格式讀取。

目前國內(nèi)自動焊裝備制造廠家均已開發(fā)數(shù)據(jù)采集、無線傳輸系統(tǒng)，并由中油龍慧科技有限公司（以下簡稱龍慧公司）開發(fā)的管道工程建設(shè)管理系統(tǒng)（Pipeline Engineering Construction Management System，PCM系統(tǒng)）完成對數(shù)據(jù)整理、分類、顯示、分析等工作，如CPP900自動焊數(shù)據(jù)和無線傳輸系統(tǒng)（圖1）所示。

圖1 CPP900自動焊數(shù)據(jù)采集和無線傳輸系統(tǒng)圖

2.2 國外技術(shù)現(xiàn)狀

20世紀(jì)70～80年代，國外已大面積推廣應(yīng)用自動焊裝備，以其焊接效率和質(zhì)量的明顯優(yōu)勢迅速推廣，較為知名的國外自動焊裝備廠商包括：美國CRC-Evans公司和法國Serimax公司。

1）CRC-Evans公司主要在陸地管道建設(shè)中使用，推出一款具有自診斷功能、實時數(shù)據(jù)記錄、無線傳輸和衛(wèi)星定位功能的輕型P-625型雙焊炬自動焊系統(tǒng)。該自動焊系統(tǒng)依托GPS技術(shù)，可實時監(jiān)測群組內(nèi)各臺自動焊動態(tài)參數(shù)變化、系統(tǒng)運行狀態(tài)，上傳質(zhì)量分析性能數(shù)據(jù)。此外，通過藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)上傳、下載焊接參數(shù)，為用戶修改焊接參數(shù)提供便利。但由于國內(nèi)自動焊技術(shù)的發(fā)展推廣，從技術(shù)層面上已和國際水平相當(dāng)，P-625國內(nèi)引進(jìn)較少。對于之前引進(jìn)的P600自動焊裝備沒有此項功能，通過國內(nèi)代理機(jī)構(gòu)設(shè)計外部采集和傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取工作。

2）Serimax公司主要在海洋管道建設(shè)中使用，推出的Saturnax系列，具有數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄功能，在海洋上施工很少能夠建立無線網(wǎng)絡(luò)，因此Saturnax系列屬于一種本地數(shù)據(jù)存儲。

目前國外設(shè)備在國內(nèi)管道建設(shè)使用過程中，其數(shù)據(jù)的采集、無線傳輸可通過現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò)傳輸至主站接收系統(tǒng)，上傳于龍慧公司的PCM系統(tǒng)中。

3 焊接電源的數(shù)據(jù)采集和無線傳輸技術(shù)現(xiàn)狀

1）奧太焊接電源的奧太智能化焊機(jī)群控管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)焊機(jī)狀態(tài)實時監(jiān)控、焊接參數(shù)在線控制、焊接數(shù)據(jù)海量存儲以及焊接數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析。系統(tǒng)可選擇Wifi、4G、有線網(wǎng)絡(luò)完成連接，采用瀏覽器/服務(wù)器（簡稱B/S）架構(gòu)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程共享與現(xiàn)有MES、ERP等系統(tǒng)的對接。也可通過APP軟件實時與群控管理系統(tǒng)進(jìn)行交互。

2）福尼斯焊接電源的Fronius-WELDCUBE焊接系統(tǒng)，組網(wǎng)管理，可實現(xiàn)來自生產(chǎn)線的焊接數(shù)據(jù)記錄和分析，記錄焊接過程如：持續(xù)時間、電流、電壓、線速、功率、焊接操作、故障、事件過濾、時間過濾等，可導(dǎo)出PDF/CSV文檔；極限違規(guī)時將所涉焊縫用紅色標(biāo)注，即時反饋優(yōu)化流程，監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，識別故障。開發(fā)的WeldConnect一款A(yù)PP程序，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)信息（如：焊接工藝、母材、焊縫形狀和保護(hù)氣體），自動計算TIG和MIG/MAG理想焊接參數(shù)，并通過無線傳輸方式發(fā)送至焊接系統(tǒng)和相關(guān)人員。

3）肯倍焊接電源的ArcInfo，用于記錄、展示和分析焊接數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁服務(wù)，將原始焊接參數(shù)數(shù)據(jù)通過直觀的視覺效果進(jìn)行展示。DataCatch硬件用于收集焊機(jī)數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)焦P記本電腦，通過SMART READER 2D將每臺焊接電源數(shù)據(jù)傳送至云端WeldEye管理系統(tǒng)，可提供100%的焊接過程可追溯性、實時質(zhì)量控制、焊接偏差報警，可收集多型號焊接電源的焊接數(shù)據(jù)，也可通過APP軟件WeldEye Mobile實時與WeldEye管理系統(tǒng)進(jìn)行交互。

4）伊薩焊接電源的WELDCLOUD焊接云系統(tǒng)，用于焊接數(shù)據(jù)的分析平臺，可有效跟蹤每一個焊縫的關(guān)鍵參數(shù)，記錄完整的焊接過程，實時追蹤焊接質(zhì)量，對整個焊接機(jī)組進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理，具有雙向通訊接收、發(fā)送焊接參數(shù)、自動報警、多機(jī)聯(lián)控、歷史追溯等功能。也可通過APP軟件實時與WELDCLOUD云系統(tǒng)進(jìn)行交互。

5）林肯焊接電源的焊接智能管理系統(tǒng)以及Checkpoint?軟件，通過Wi-Fi、藍(lán)牙、服務(wù)器、云端服務(wù)器具備查看和分析焊接數(shù)據(jù)，跟蹤設(shè)備使用情況、存儲焊接數(shù)據(jù)、配置故障限值、數(shù)據(jù)追溯等功能，可使用在多種焊接電源機(jī)型上。

6）米勒焊接電源的Insight焊接智能?，整體焊接數(shù)據(jù)解決方案，通過Insight焊接監(jiān)測系統(tǒng)可提供電弧數(shù)據(jù)監(jiān)測、指導(dǎo)、控制、報警、糾正。內(nèi)置Wi-Fi和有線以太網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)生成后會自動發(fā)送到云端進(jìn)行處理、組織和安全存儲。

7）松下焊接電源的智能焊接云服務(wù)平臺iWeldCloud，依托G系列物聯(lián)網(wǎng)和焊接機(jī)器人，通過4G網(wǎng)絡(luò)將焊接數(shù)據(jù)實時從設(shè)備傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、分析和統(tǒng)計，設(shè)備用戶可通過PC瀏覽器或APP進(jìn)行監(jiān)控和管理。

綜上所述國內(nèi)外知名的焊接電源廠家在數(shù)據(jù)可視化、可量化、可控化進(jìn)行研發(fā)攻關(guān)，融合大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，逐漸引入智能化算法、數(shù)據(jù)庫，對比分析焊接過程的參數(shù)、方法、質(zhì)量并形成反饋和指導(dǎo)。

4 對比分析

4.1 自動焊系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及無線傳輸特點分析

4.1.1 采集對象

采集管道環(huán)焊縫焊接過程中的相關(guān)參數(shù)，包括焊接參數(shù)和運動參數(shù)，其中焊接參數(shù)包括焊接電流和焊接電壓，運動參數(shù)包括焊接角度、焊接層數(shù)、焊接速度、送絲速度、擺動寬度、擺動時間和邊緣停留時間。按照0～6點位置的焊接過程，將焊接區(qū)域分段成12個區(qū)域，在不同的區(qū)域中采集上述參數(shù)，且全位置焊接屬于多層、多道焊接方法，在每一層均會采集12個區(qū)域的相關(guān)參數(shù)，采集區(qū)域劃分及多層、多道焊接示意如圖2所示，采集對象相對固定。

圖2 數(shù)據(jù)采集區(qū)域劃分及多層多道焊接示意圖

4.1.2 焊接工藝

對于長輸管道自動焊焊接，主體管道大部分采用窄間隙復(fù)合“V”形坡口（圖3），內(nèi)焊機(jī)根焊+雙焊炬熱焊填充蓋面，屬于實芯氣保下向焊焊接工藝。2017年后大部分管道均采用X80管道鋼作為主體施工材料，根焊焊材選用?0.9 mm實芯焊絲，一般為70S型。熱焊填充蓋面焊材選用?1.0 mm實芯焊絲，一般為80S型，焊接工藝相對固定。

圖3 窄間隙坡口示意圖

4.1.3 焊接過程中的監(jiān)測手段

由于長輸管道焊接屬于野外特殊施工作業(yè)，環(huán)境相對惡劣，對焊接作業(yè)的空間、布局、自動焊系統(tǒng)尺寸等均有要求。因此，對于自動焊裝備本身所具有的監(jiān)測手段如熔池監(jiān)測、熔深監(jiān)測、坡口尺寸監(jiān)測等，具有局限性。在長輸管道自動焊數(shù)據(jù)采集中，重點任務(wù)是采集數(shù)據(jù)字典中的相關(guān)參數(shù)，并不對焊接的外界條件、過程狀態(tài)進(jìn)行采集工作。

4.1.4 數(shù)據(jù)傳輸

由于自動焊裝備主要采集為數(shù)據(jù)格式，幾乎沒有圖像、音頻等復(fù)雜格式，因此，數(shù)據(jù)傳輸過程中的字節(jié)占有量較小，按照?1 219 mm、壁厚18.4 mm計算，單層焊接厚度為2.5～3.0 mm，共焊接8層，相關(guān)采集參數(shù)如表2所示。

表2 采集數(shù)據(jù)的相關(guān)信息表

計算單個自動焊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集量，按照二進(jìn)制計算，16 bit，所代表的最大數(shù)值為216=65 536，可包含上述9種采集參數(shù)的最大值。因此每一個參數(shù)選取16 bit即2個字節(jié)，作為數(shù)據(jù)存儲量。按照500 ms/次的發(fā)送頻率，焊接速度按300 mm/min計算，從0點位置運動至6點位置焊接單層發(fā)送的總數(shù)據(jù)量為0.1 Mb。整道焊口按照焊接8層計算，1 km按照83根鋼管計算，一個標(biāo)段按照100 km計算，一個焊接機(jī)組一般配備12臺自動焊系統(tǒng)，傳輸總數(shù)據(jù)量為160.8 Gb屬于小容量數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

現(xiàn)階段，由于長輸管道焊接材料（鋼材、焊材）、坡口形式、焊接區(qū)域（全位置焊接）相對固定，數(shù)據(jù)采集的重點主要是在焊接過程中針對不同焊接層數(shù)、不同焊接區(qū)域的實時采集過程。焊接后采用AUT/RT的檢測手段，將檢測結(jié)果與不同焊層、不同焊接區(qū)域的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比，驗證不同區(qū)域焊接參數(shù)與運動參數(shù)的匹配性，人為分析結(jié)果，并通過實際操作系統(tǒng)調(diào)整、優(yōu)化工藝參數(shù)，保證焊接質(zhì)量。自動焊數(shù)據(jù)采集和無線傳輸屬于小容量、小集群、實時性強(qiáng)的參數(shù)匹配性驗證無反饋開環(huán)采集傳輸系統(tǒng)。

4.2 焊接電源數(shù)據(jù)采集及無線傳輸特點分析

4.2.1 采集對象

焊接種類繁多，針對不同的焊接母材如碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金或復(fù)合材料以及配套的多種焊材等。焊接電源開發(fā)設(shè)計滿足多種材料的焊接技術(shù)需求，采集系統(tǒng)的采集對象須涵蓋所涉及的所有相關(guān)參數(shù)，除了焊接過程中相關(guān)的焊接參數(shù)、運動參數(shù)外，還需獲取母材信息、焊材信息、焊縫輪廓、保護(hù)氣體等，采集對象根據(jù)不同工藝要求相對寬泛。

4.2.2 焊接工藝

焊接電源對應(yīng)的應(yīng)用市場廣泛，焊接工藝繁多，如MIG/MAG焊、TIG焊、埋弧焊、激光焊、電阻焊等，對應(yīng)的焊縫類型多樣，對接焊縫、角焊縫、船形焊縫，屬于全位置焊接。具有焊接數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)母材信息、焊材信息、焊縫輪廓，焊接角度等相關(guān)參數(shù)的輸入，也可采用掃面焊件二維碼獲取相關(guān)信息，調(diào)用推薦焊接工藝，或根據(jù)自行焊接工藝特點擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫焊接工藝方式，焊接工藝寬泛且包含焊接工藝庫。

4.2.3 焊接過程中的監(jiān)測手段

由于焊接電源一般配套使用，在車間、船廠、工廠等環(huán)境較為良好的場景，針對固定場地的焊接作業(yè)，可采用多種監(jiān)測手段進(jìn)行焊接外觀檢測、激光輪廓掃描、熔池監(jiān)測等輔助工具，與焊接過程的焊接參數(shù)、運動參數(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步的對比分析。因此對于焊接電源的使用場景，可多維度地分析焊接過程，優(yōu)化焊接工藝。

4.2.4 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸與自動焊系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方法一致，采集為數(shù)據(jù)格式，幾乎沒有圖像、音頻等復(fù)雜格式，數(shù)據(jù)采集量略大，傳輸協(xié)議各家自定義。但焊接電源具有遠(yuǎn)程有線或無線的數(shù)據(jù)庫更新、工藝優(yōu)化的反饋功能，可將新的、優(yōu)化后的工藝，通過平臺系統(tǒng)反饋傳回至焊接電源系統(tǒng)，自動更新工藝。并可通過系統(tǒng)的級聯(lián)、群控采用廣播方式發(fā)送給所有同款電源。

現(xiàn)階段，焊接電源對應(yīng)的焊接材料（鋼材、焊材）、坡口形式、焊接位置（全位置焊接）相對寬泛，數(shù)據(jù)采集除了焊接參數(shù)、運動參數(shù)的實時采集，還會針對特殊的焊接工藝增加采集對象。并通過多種相關(guān)參數(shù)的信息輸入，調(diào)取內(nèi)部的焊接數(shù)據(jù)庫，完成焊接任務(wù)。焊接過程中可采用多種監(jiān)測手段，多維度地分析、優(yōu)化焊接工藝，通過群控、級聯(lián)的方式反饋發(fā)送至焊接電源進(jìn)行自動更新。焊接電源的數(shù)據(jù)采集和無線傳輸同屬于小容量、中集群、實時性強(qiáng)的多維度帶反饋的閉環(huán)采集傳輸系統(tǒng)。

4.3 對比分析總結(jié)

1）采集對象：自動焊系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集對象相對單一，而焊接電源相對寬泛。

2）焊接工藝：自動焊系統(tǒng)焊接工藝單一，未生成專用的焊接數(shù)據(jù)庫。焊接電源焊接工藝多樣化，具有專用的焊接數(shù)據(jù)庫。

3）焊接過程中的監(jiān)測手段：由于應(yīng)用場景的優(yōu)劣，焊接電源更容易增加多種監(jiān)測配套設(shè)備，多維度的分析焊接過程，優(yōu)化焊接工藝，但未將監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)與焊接電源、自動焊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、無線傳輸融合集成。

4）數(shù)據(jù)傳輸：自動焊系統(tǒng)屬于開環(huán)系統(tǒng)，焊接電源屬于閉環(huán)系統(tǒng)。

4.4 自動焊控制系統(tǒng)組成

自動焊控制系統(tǒng)主要組成部分包括：手持盒、控制系統(tǒng)、焊接電源、焊接小車、軌道和保護(hù)氣瓶（圖4），其中控制系統(tǒng)和焊接電源是數(shù)據(jù)采集、無線傳輸?shù)妮d體。

圖4 自動焊系統(tǒng)組成圖

5 發(fā)展趨勢

5.1 數(shù)據(jù)采集從單一到多樣化

隨著自動焊技術(shù)的推廣應(yīng)用，多種形式的施工場景將采用多種自動焊焊接工藝，對應(yīng)數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)，結(jié)合焊接電源系統(tǒng)的多樣性，擴(kuò)展長輸管道焊接工藝種類的多樣化數(shù)據(jù)采集，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，將逐步建立起適用于長輸管道自動焊裝備的多種焊接工藝數(shù)據(jù)庫，通過輸入管徑、壁厚、材質(zhì)等信息，可自動調(diào)用成熟焊接工藝參數(shù)。

5.2 數(shù)據(jù)采集分析方法的多維化

隨著激光技術(shù)、熔池監(jiān)測技術(shù)逐漸成熟，以及5G技術(shù)的推廣應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸容量和速度將進(jìn)一步提升，在采集監(jiān)測分析焊接參數(shù)、運動參數(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，增加對坡口輪廓、焊接過程的動態(tài)監(jiān)測等多維度、全方位相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、傳輸，并結(jié)合檢測結(jié)果分析焊接質(zhì)量，更加具體化和數(shù)據(jù)化。

5.3 數(shù)據(jù)信息的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化

隨著數(shù)字化管道建設(shè)的大面積推廣使用，大數(shù)據(jù)積累、多維化的數(shù)據(jù)分析將逐漸成熟。關(guān)鍵、重要的焊接因子將趨于明晰，根據(jù)工程需求、業(yè)主監(jiān)理要求，進(jìn)行采集傳輸工作的自主定義數(shù)據(jù)采集、傳輸將逐漸規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

5.4 數(shù)據(jù)采集、傳輸實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)

長輸管道數(shù)據(jù)采集、傳輸閉環(huán)反饋系統(tǒng)將現(xiàn)場與基地閉環(huán)連接，通過對焊接過程的分析，優(yōu)化當(dāng)前焊接工藝，并通過遠(yuǎn)程推送，將優(yōu)化后的工藝自動廣播于現(xiàn)場施工機(jī)組，程序自動更新升級。當(dāng)多維度分析手段的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)傳輸容量、速率大幅提升，將實現(xiàn)焊接過程中的實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、監(jiān)測與動態(tài)調(diào)整的閉環(huán)實時系統(tǒng)，真正達(dá)到智能化焊接的初級階段。

6 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)、人工智能時代已經(jīng)到來，管道焊接也將從“經(jīng)驗化”過渡為“數(shù)字化”，管道自動焊技術(shù)已實現(xiàn)國產(chǎn)化，近3年自動焊數(shù)據(jù)采集、無線傳輸在國家重點建設(shè)項目中的應(yīng)用，證明“數(shù)字化”已成為管道建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對于數(shù)據(jù)的后期處理、分析，建立影響質(zhì)量的預(yù)測算法，用于指導(dǎo)焊接過程將會成為智能化的關(guān)鍵步驟。