第 26卷 　第 5期

2 0 0 5 年 5 月

焊

接

学

报

TRAN SACT ION S O F THE CH INA W ELD IN G IN ST ITU T ION

Vo l. 26　　No. 5

M ay　　

　 2 0 0 5

管锥相贯焊接坡口数控切割

肖聚亮

,

　阎祥安

,

　王国栋

,

　贾安东

　　　　　　　　　　

(

天津大学 机械工程学院

,

天津 　

300072)

摘 　要

:

利用空间解析几何的原理建立了管锥相贯数学模型

,

用参量方程描述了管端

相贯线焊接坡口的几何形状

,

该数学模型可应用于三轴联动火焰数控切管机 。针对三

轴联动火焰数控切管机

,

分析了管锥相贯焊接坡口数控切割运动

,

将切割运动分解为割

炬绕被切管的回转 、

沿管轴线的平移及在轴剖面内的倾斜三轴联动

,

给出了数控切割所

需相贯线 、

两面角 、

实际切割角等参数的参量表达式 。并研究了应用过渡切割方法解决

小角度存在的问题

,

给出了过渡切割时各参数的数学表达式 。切割试验结果表明

,

所切

焊接坡口完全符合美国石油协会标准

(AP I)

规范 。

关键词

:

相贯

;

焊接坡口

;

数控切割

;

割炬

;

曲面

中图分类号

: TG48

　　文献标识码

: A

　　文章编号

: 0253 - 360X ( 2005) 05 - 69 - 04

肖聚亮

0

　序 　　言

在海洋采油平台加工制造过程中 ,存在大量的

管端相贯线需要加工 。管管相贯 、

管板相贯和多管

板相贯产生的管端相贯线焊接坡口数控切割已有文
献报道

[ 1

～

4 ]

,但对管锥相贯产生的管端相贯线焊接

坡口数控切割 ,尚未有报道 。目前对这种相贯线焊
接坡口均采用人工放样 、

制样板 、

划线 、

手工切割 ,最

后经人工打磨的工艺方法来进行加工 。虽存在众多
的三维建模软件 ,具有丰富的造型手段 ,但其相贯线
数据难以以数字的形式提取出来 。为了改变这种加
工质量差 ,效率低的状况 ,研究管锥相贯焊接坡口数
控切割具有重要的理论意义和实际应用价值 。

作者根据空间解析几何的原理建立了管锥相贯

数学模型 ,用参量方程描述了管锥相贯焊接坡口的
几何形状 ,给出了数控切割参数的数学描述 ,分析了
管锥相贯焊接坡口数控切割过程 。对管锥相贯焊接
坡口数控切割过程中存在的小角度问题进行了研

究 ,并且给出了应用过渡切割方法解决小角度存在
的问题 。

1

　管锥相贯数学模型

在海洋平台加工制造中 ,对于管锥相贯焊接结

构一般均采用贴接式焊接 ,即锥面不加工 ,只对管端
相贯线进行加工 ,且焊接坡口在管端相贯线上 。

由

收稿日期

: 2004 - 06 - 16

于采用贴接式焊接 ,管端必须与锥面紧密贴合 ,即相
贯 。文中相贯线如没特别说明 ,统一指管内壁与锥
面的相贯线 。

加工管端相贯线 ,必须研究管锥相贯数学模型 ,

为数控切割提供理论依据 。管锥相贯有多种形式 ,
为使相贯线数学模型更具一般性 ,选取如图 1所示
的相贯形式 。

图

1

　管锥相贯图

F ig. 1

　

In te rse c ting g rap h o f p ip e a nd co ne

如图 1所示 ,选取圆锥顶点为坐标原点 ,分别建

立两个坐标系 。

O

-

X YZ

坐标系的

Z

轴与圆锥轴线

重合 ,

O

-

xyz

坐标系的

z

轴与管的轴线平行 。

在

O

-

X YZ

坐标系中 ,锥面的参量方程为