Сварка труб является достаточно обычным делом во время строительства или ремонта оборудования промышленных предприятий, атомных и тепловых электростанций, при прокладке газовых или нефтяных трубопроводов. В большинстве случаев такие сварочные работы выполняются вручную или при помощи специализированных «орбитальных» сварочных агрегатов. Такие подходы достаточно хорошо работают при прокладке прямых участков трубопроводов, проходящих по открытым пространствам, но если требуется прокладка труб внутри помещений нефте- или газоперерабатывающего завода, к примеру, сварочные работы превращаются в дорогостоящую процедуру, требующую больших затрат рабочего времени.

Для решения проблемы автоматизации процесса сварки труб в условиях тесных помещений или на опасных для жизни людей объектах специалисты компаний OC Robotics и TWI Ltd разработали специализированного робота-змею LaserPipe.

За счет своей гибкой природы этот робот может действовать изнутри прокладываемого трубопровода, сваривая секции труб при помощи мощного промышленного лазера.

Основой нового сварочного робота является манипулятор OC Robotics Series II X125, снабженный лазерной сварочной головкой.

Собственно лазер, мощностью в 5 кВт, установлен неподалеку от места работы робота LaserPipe, а излучение этого лазера передается к лазерной головке робота через достаточно толстый оптоволоконный кабель.

Конструкция робота LaserPipe достаточно сильно отличается от конструкций других роботов, предназначенных для работы внутри трубопроводов. Вместо того, чтобы тянуть за «головой» все тело робота, тело робота LaserPipe удерживает его «голову» следуя строго по траектории, задаваемой оператором при помощи дистанционного управления. Когда робот покидает трубопровод, он движется по тому же самому пути, практически не прикасаясь к стенам трубы.

Рис. 1.

Вся подвижная часть робота LaserPipe весит около 5 килограмм, а его размеры позволяют роботу проникать в трубопроводы не самого большого диаметра. Сварочная головка робота вращается на 360 угловых градусов, а всего его тело имеет 22 степени свободы.

Головная часть робота снабжена камерами с высокой разрешающей способностью, устройствами подсветки и лазерной системой стабилизации положения, которая позволяет ему перемещаться внутри трубопровода, практически не касаясь его стен. Мощности лазера достаточно для обеспечения скорости сварки порядка 1 метра в минуту, а погрешность прокладки сварочного шва составляет 0.2 миллиметра.

Для того, чтобы луч сварочного лазера не вышел за пределы свариваемой трубы, на место сварки снаружи накладывают специальный «воротник», который отражает назад луч лазера и через который подается поток азота, служащего в качестве защитной атмосферы и для охлаждения места сварки одновременно. А специальные воздушные заслоны защищают оптику робота LaserPipe от попадания на поверхность линз искр и брызг расплавленного металла.

В самом скором времени специалисты компании OC Robotics планирую заняться улучшением работы технологий воздушных заслонов, технологии лазерной стабилизации, миниатюризацией оптической системы и разработкой новых головок, предназначенных для выполнения лазерной резки и других операций. После этих модернизаций робот LaserPipe может быть использован не только на объектах ядерной энергетики, для чего он изначально и разрабатывался. Его также можно будет использовать в космосе, в строительстве, в химической, нефтяной и газовой промышленности.