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随着陆地油气资源的不断开采,大量油田储量趋于枯竭,产油量日益下降,海洋油气资源成为人们关注的焦点。管道运输是海洋油气资源安全高效的输送方式之一,而高效稳定的管道焊接技术可以减少海底管道铺设的成本,降低工人的劳动强度。在海底管道铺设过程中,由于坡口组对的误差、热变形误差和轨道的安装误差等造成焊接过程不稳定,在焊接过程中需要对焊炬的高低方向和横向实时调节,保证对焊缝的实时跟踪,并得到良好的焊接效果。本文研究内容来源于国家自然科学基金:海底管道铺设窄坡口焊接机器人电弧传感技术研究项目。搭建了基于CAN总线的电弧传感焊缝跟踪系统,进一步设计基于CAN总线高频摆动焊接平台,最高摆动频率可以达到40HZ。建立了电弧传感数学模型,并研究不同滤波器参数对电弧传感信号的影响规律,实验结果表明,滑动平均滤波器滑动点数为100,中值滤波的领域窗口为5,得到了比较好的滤波效果。对焊缝跟踪过程中偏差信号提取方法进行了研究,得到了不同焊接规范下焊接电流与焊炬高度之间的静态数学模型。对常用的焊缝高低跟踪方法进行了研究,得到了不同焊接规范下的焊接电流给定值。提出了基于模糊切换规则的多模型控制器进行管道全位置焊接高低跟踪控制。在高频摆动平台上进行了摆动频率对电弧敏感性影响规律研究,实验结果表明,焊炬摆动频率在10HZ左右可以得到良好偏差信号。分析了30°V形坡口、60°V形坡口和J形窄坡口对焊接电流的影响规律,实验结果表明30°V形坡口和60°V形坡口的实际焊接电流值相差不大,可以采用相同的焊接电流给定值,其平均焊接电流比J形窄坡口焊接电流值增加20A。分析了不同焊接区位对焊接电流的影响规律,从0°位置到180°位置,焊接电流从小增大再从大到小的变化过程。在焊炬高度线性增加实验中,焊炬高度从9mm增加到18mm,拟合出了焊炬高度与焊接电流的一阶线性关系。研究了大口径UOE海管全位置焊接工艺参数,焊接质量符合API 1104-2005标准。采用LabVIEW编写了基于电弧传感的焊缝跟踪程序,能够实现焊缝高低跟踪,跟踪效果良好,能够满足焊接过程的需要。本文通过研究管道全位置焊接高低跟踪过程中的信号处理方法、偏差信号的提取方法和高低跟踪过程中的控制方法,分析不同坡口形式对焊接电流的影响规律,研究了全位置管道焊接工艺参数,得到了良好的焊缝高低跟踪效果,提高了海底管道铺设的效率,保证了焊接质量。研究成果对管道焊接行业提供了技术储备,具有重大的科学指导意义和工程应用前景。