近年来,我国长输油气管网规模高速发展,对油气管道的高质量建设和服役安全提出了更高的要求。目前,管道服役过程中多采用传统的换管、B型套管、复合套筒等修复方式,需要停输和套筒预制等,修复周期长、成本高。本文针对油气长输管道不停运环焊缝缺陷修复需求,深入分析目前新型增材制造技术和工艺,探索具备修复区域热影响区域小、温度低,能够满足长输油气管道缺陷修复的工艺和技术,针对大口径管道环焊缝缺陷修复要求,设计开发了长输油气管道修复机器人。为了研究适应油气管道环焊缝缺陷的新型修复方法,对激光熔覆、冷喷涂、电弧增材制造三种新型修复技术进行对比分析,并选取22 mm厚的待修复X80管线钢基材试样,人为设计环焊缝缺陷,采用电弧增材制造技术进行环焊缝缺陷修复实验和力学测试,结果表明选取适当的工艺参数可以满足力学性能要求,研究结果可为油气环焊缝修复的可行性和适用性提供技术支持。设计了长输油气管道修复机器人的机械执行结构,包括小车驱动机构、焊枪高度调整机构、焊枪摆动机构、夹紧机构、送丝机构导向轨道等模块。控制系统采用PMAC作为主控单元,以触摸屏为上位机,焊接部分选用Fronius TPS400i焊接电源,触摸屏主要实现焊接参数的编辑、修改、保存等功能,PMAC主控单元采用3次样条插补算法控制焊接小车的伺服运动,控制算法直接由运动控制卡PMAC内部实现。采用三维激光位移传感器对V型焊缝提取点云数据,利用matlab对点云数据进行分析,得出点云数据图,通过焊缝斜率的变化获得焊缝的位置信息和坡口特征信息。研究结果可为实现管道环焊缝的焊接路径自主规划和焊缝跟踪提供技术支持。本课题研制的长输油气管道机器人自动化程度高,机械结构稳定可靠,可满足长输油气管道环焊缝缺陷的在役修复需求。