CN104325224A - 一种管体类裂纹环加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工装置及方法，该装置包括：转动轴，转动轴包含有第一发轮盘，转动轴用于固定待加工管体；第一支撑架，第一支撑架用于固定转动轴；电动机，电动机包括第二发轮盘；链条，链条用于连接第一发轮盘和第二发轮盘；激光器，用于通过激光切割方式在待加工管体上制造管体类裂纹环；第二支撑架，用于支撑激光器。

Description

一种管体类裂纹环加工装置及方法

技术领域

本发明油气管道系统技术领域，尤其涉及一种管体类裂纹环加工装置及方法。 

背景技术

管道内检测是目前油气管道类裂纹检测最有效的技术手段，含类裂纹管道牵拉试验是管道内检测器性能指标校验的基本手段，而制备不同宽度与深度的高精度管体类裂纹环是校验内检测器环向均匀分布各传感器的灵敏度、精度及信噪比的关键。 

对于普通的管体类裂纹环，目前工程上可以采用线切割、电火花侵蚀等工艺来加工，技术手段相对较成熟；然而对于高精度的管体类裂纹环，国内外尚没有成熟的加工制作方法和装置可供借鉴，因此限制了内检测器环向均匀分布各传感器的灵敏度、精度及信噪比的准确校验。由此可见，现有技术中存在着无法制造出高精度的管体类裂纹环的技术问题。 

发明内容

本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工装置及方法，以解决现有技术中的无法制造出高精度的管体类裂纹环的技术问题。 

第一方面，本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工装置，包括： 

转动轴，所述转动轴包含有第一发轮盘，所述转动轴用于固定待加工管体； 

第一支撑架，所述第一支撑架用于固定所述转动轴； 

电动机，所述电动机包括第二发轮盘； 

链条，所述链条用于连接所述第一发轮盘和所述第二发轮盘； 

激光器，用于通过激光切割方式在所述待加工管体上制造所述管体类裂纹 环； 

第二支撑架，用于支撑所述激光器。 

可选的，所述第一支撑架包括： 

第一子支撑架，所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架； 

第二子支撑架，所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。 

可选的，所述装置还包括： 

固定端带座轴承，用于将所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架； 

游动端带座轴承，用于将所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。 

可选的，所述装置还包括： 

第一支撑杆，用于将所述待加工管体的第一端固定于所述转动轴的第一侧； 

第二支撑杆，用于将所述待加工管体的第二端固定于所述转动轴的第二侧。 

第二方面，本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工方法，包括： 

将待加工管体固定于转动轴，所述转动轴包含有第一发轮盘； 

将所述转动轴固定于第一支撑架； 

将所述第一发轮盘与一电动机的第二发轮盘通过链条连接； 

将激光器固定于第二支撑架； 

运行所述电动机，以通过所述电动机控制所述待加工管体转动； 

启动所述激光器，并将所述激光器的激光聚焦镜头对准所述待加工管体，以通过激光切割方式在所述待加工管体上制造所述管体类裂纹环。 

可选的，所述第一支撑架包括第一子支撑架和第二子支撑架，所述将所述转动轴固定于支撑架，具体包括： 

将所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架； 

将所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。 

可选的，所述将所述转动轴固定于支撑架，具体包括： 

将所述转动轴的第一端通过固定端带座轴承固定于所述第一子支撑架； 

将所述转动轴的第二端通过游动端带座轴承固定于所述第二子支撑架。 

可选的，在所述启动所述激光器之后，所述方法还包括： 

调整所述激光器所产生的激光光束的聚焦后光斑的直径；和/或 

调整所述激光器所产生的激光光束的激光波长。 

本发明有益效果如下： 

由于在本发明实施例中，提供了一种管体类裂纹环加工装置，包括：转动轴，转动轴包含有第一发轮盘，转动轴用于固定待加工管体；第一支撑架，支撑架用于固定转动轴；电动机，电动机包括第二发轮盘；链条，链条用于连接支撑架和第二发轮盘；激光器，用于通过激光切割方式在待加工管体上制造管体类裂纹环；第二支撑架，用于支撑激光器。其中，通过电动机就可以带动待加工管体匀速转动，而调节激光的切割图案可以改变管体类裂纹环的宽度，调节激光加工时间，可以改变管体类裂纹环的深度，故而即使在管道存在局部变形的情况下，仍能够加工出高精度、尺寸均一的管体类裂纹环。并且，该装置结构简单，进而操作更加方便。 

附图说明

图1为本发明实施例中管体类裂纹环加工装置立体图； 

图2为本发明实施例中管体类裂纹环加工装置侧视图； 

图3为本发明实施例中管体类裂纹环加工方法的流程图； 

图4为本发明实施例中管体类裂纹环加工方法的实际应用的流程图。 

具体实施方式

本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工装置及方法，以解决现有技术中无法制造出高精度的管体类裂纹环的技术问题。 

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下： 

由于在本发明实施例中，提供了一种管体类裂纹环加工装置，包括：转动 轴，转动轴包含有第一发轮盘，转动轴用于固定待加工管体；第一支撑架，支撑架用于固定转动轴；电动机，电动机包括第二发轮盘；链条，链条用于连接支撑架和第二发轮盘；激光器，用于通过激光切割方式在待加工管体上制造管体类裂纹环；第二支撑架，用于支撑激光器。其中，通过电动机就可以带动待加工管体匀速转动，而调节激光的切割图案可以改变管体类裂纹环的宽度，调节激光加工时间，可以改变管体类裂纹环的深度，故而即使在管道存在局部变形的情况下，仍能够加工出高精度、尺寸均一的管体类裂纹环。并且，该装置结构简单，进而操作更加方便。 

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。 

第一方面，本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工装置，请参考图1和图2，包括： 

转动轴1，转动轴1包含有第一发轮盘2，转动轴1用于固定待加工管体3； 

第一支撑架4，第一支撑架用于固定转动轴1； 

电动机5，电动机5包括第二发轮盘6；在具体实施过程中，可以通过电动机5带动转动轴1旋转，进而通过转动轴1的旋转带动待加工管体3的旋转； 

链条7，链条7用于连接第一发轮盘2和第二发轮盘6； 

激光器8，用于通过激光切割方式在待加工管体3上制造管体类裂纹环； 

第二支撑架9，用于支撑激光器8。 

在具体实施过程中，首先打开激光器8并校准激光聚焦镜头8a，接着待加工管体3置于激光光束的焦点上；然后将激光器8接入电源，设置刻蚀参数并启动激光控制程序即可加工出高精度、尺寸均一的管体类裂纹环。其中，调节激光器8的激光光束的切割图案可以改变管体类裂纹环的宽度，调节激光加工 时间，可以改变管体类裂纹环的深度。 

另外在加工过程中，可通过设置激光切割的参数(例如：激光光束的聚焦后光斑的直径、激光光束10的激光波长)对管体类裂纹环的宽度和深度进行控制，而在管体类裂纹环的制造过程中，也可以测量管体类裂纹环深度与宽度，并结合测量结果进一步对激光光束的参数进行调整，进而对管体类裂纹环的尺寸和精度控制更加精确。 

聚焦后光斑的直径、以及激光波长的控制通过超宽带可调谐激光器实现。设置该可调谐激光器产生较短波长激光，聚焦后的光斑直径减小，激光能量增高，加工出的类裂纹缺陷开口宽度变窄，根据该条件下激光的刻蚀速率，设置相应的刻蚀时间，即可在管体表面刻蚀出相应深度的类裂纹缺陷。激光的刻蚀速率可提前测定。例如：获得取样材料后，在同样的条件下运行该可调谐激光器激光器，然后通过该可调谐激光器对取样材料进行打孔，最后获取打孔时间和打孔深度，就可以确定出刻蚀速率。 

作为进一步的优选实施例，请继续参考图1，第一支撑架4包括： 

第一子支撑架4a，转动轴1的第一端固定于第一子支撑架4a； 

第二子支撑架4b，转动轴1的第二端固定于第二子支撑架4b。 

由于在上述方案中，将转动轴1的两端都进行固定，故而达到了将转动轴1固定的更加稳定的技术效果。 

作为进一步的优选实施例，请继续参考图1，装置还包括： 

固定端带座轴承11，用于将转动轴1的第一端固定于第一子支撑架4a； 

游动端带座轴承12，用于将转动轴1的第二端固定于第二子支撑架4b。 

由于在上述方案中，转动轴1的第一端通过固定端带座轴承11固定于第一子支撑架4a，转动轴1的第二端通过由游动端带座轴承12固定于第二子支撑架4b，故而可以防止震动对该装置造成损害。 

作为进一步的优选实施例，装置还包括： 

第一支撑杆13，用于将待加工管体3的第一端固定于转动轴1的第一侧； 

第二支撑杆，用于将待加工管体3的第二端固定于转动轴1的第二侧。 

在具体实施过程中，待加工管体3可以通过第一支撑杆13和第二支撑杆对中焊接于转动轴1。 

由于在上述方案中，将待加工管体3的两端都固定于转动轴1，故而达到了将待加工管体3固定于转动轴1更加稳定的技术效果。 

在具体实施过程中，上述管体类裂纹环加工装置的结构又可以分为以下三个部分： 

钢管固定旋转单元：钢管固定旋转单元的主要功能是将待加工管体3固定并控制其旋转，包括待加工管体3、第一支撑杆13、第二支撑杆、转动轴1、固定端带座轴承11、游动端带座轴承12、第一子支撑架4a、第二子支撑架4b； 

电动机5发轮盘链条7传动单元：电动机5齿轮链条7传动单元的主要功能是带动转动轴1及待加工管体3转动，包括电动机5、第一发轮盘2、链条7和第二发轮盘6； 

激光刻蚀单元：激光刻蚀单元主要功能是加工高精度、尺寸均一的管体类裂纹环，包括第二支撑架9、激光器8。 

第二方面，基于同一发明构思，本发明实施例提供一种管体类裂纹环加工方法，该方案应用于本发明实施例第一方面所介绍的管体类裂纹环加工装置，请参考图3，包括： 

步骤S301：将待加工管体3固定于转动轴1，转动轴1包含有第一发轮盘2； 

作为进一步的优选实施例，将转动轴1固定于支撑架，具体包括： 

将转动轴1的第一端通过固定端带座轴承11固定于第一子支撑架4a； 

将转动轴1的第二端通过游动端带座轴承12固定于第二子支撑架4b。 

步骤S302：将转动轴1固定于第一支撑架4； 

作为进一步的优选实施例，第一支撑架4包括第一子支撑架4a和第二子支撑架4b，将转动轴1固定于支撑架，具体包括： 

将转动轴1的第一端固定于第一子支撑架4a； 

将转动轴1的第二端固定于第二子支撑架4b。 

步骤S303：将第一发轮盘2与一电动机5的第二发轮盘6通过链条7连接； 

步骤S304：将激光器8固定于第二支撑架9； 

步骤S305：运行电动机5，以通过电动机5控制待加工管体3转动； 

步骤S306：启动激光器8，并将激光器8的激光聚焦镜头对准待加工管体3，以通过激光切割方式在待加工管体3上制造管体类裂纹环。 

作为进一步的优选实施例，在启动激光器8之后，还可以对激光器8的参数进行控制，下面介绍其中的两种控制参数，当然，在具体实施过程中，不限于以下两种情况，另外，以下两种情况可以组合使用。 

第一种，调整激光器8所产生的激光光束的聚焦后光斑的直径，其中，如果直径越小的话，则说明激光光束能量越集中；而直径越大，则说明激光光束的能量越分散，从而可以依据实际需求，对某一刻蚀位置的激光光束10的能量进行精确的控制。 

第二种，调整激光器8所产生的激光光束的激光波长。其中，如果激光波长越长，则说明激光光束所产生的能量越小，而激光波长越长，则说明激光光束所产生的能量越大，故而可以实现对激光光束10的能量进行控制。 

下面将基于管体金属损失环加工装置的实际应用来对本发明的方案进行介绍。 

管体类裂纹环加工装置主要由钢管固定旋转单元、电动机5齿轮链条7传动单元、激光刻蚀单元等组成。第一子支撑架4a和第二子支撑架4b的整体尺寸为2000mm(L)×800mm(H)。转动轴1上的直齿发轮盘齿数z1＝150，模数m＝4，分度圆直径D1＝600mm；电动机5为低速交流电动机5，第二发轮盘6齿数z2＝15，模数m＝4，分度圆直径D2＝60mm；转动杆尺寸为1500mm(L)×(100mm×100mm)(A)；激光切割设备(也即激光器8)的波长1064nm，冷却方式为水冷，最大输出功率620W。 

请参考图4，该管体类裂纹环加工方法包括以下步骤： 

步骤S401：待加工管体3长度为1200mm，外径d＝813mm，厚度t＝14mm，将待加工管体3通过两端各三根支撑杆对中焊接固定在转动轴1上； 

步骤S402：将焊接好待加工管体3的转动轴1通过固定端带座轴承11和游动端带座轴承12固定在第一子支撑架4a和第二子支撑架4b上； 

步骤S403：将转动轴1上的第一发轮盘2与电动机5上的第二发轮盘6通过链条7连接起来； 

步骤S404：将激光器8固定安装在第二支撑架9上，根据需要调节激光聚焦镜头； 

步骤S405：启动低速交流电动机5，根据需要调节电动机5转速来控制待加工管体3的转动速度，带动待加工管体3匀速旋转； 

步骤S406：将激光器8接入电源，根据需要调节激光切割图案的宽度d＝1.5mm，并对准待加工管体3； 

步骤S407：加工过程中，调整激光切割的图案及波长，并且测量类裂纹环深度与宽度，结合测量结果进一步聚焦激光光束，即可加工出满足设计要求的宽1.5mm、深2mm的高精度、尺寸均一的管体类裂纹环； 

步骤S408：沿轴向移动激光器8的位置，重复步骤S404～步骤S407，即可在待加工管体3上进行其他尺寸类裂纹环的加工； 

步骤S409：加工过程中，调节激光的切割图案可以改变管体类裂纹环的宽度，调节激光加工时间，可以改变管体类裂纹环的深度。 

本例经多次加工，加工方法简单可靠，加工效果良好，制备出了不同宽度与深度的高精度、尺寸均一的管体类裂纹环，校验了内检测器均匀分布各传感器的灵敏度、精度及信噪比。 

本发明一个或多个实施例，至少具有以下有益效果： 

由于在本发明实施例中，提供了一种管体类裂纹环加工装置，包括：转动轴1，转动轴1包含有第一发轮盘2，转动轴1用于固定待加工管体3；第一支 撑架4，支撑架用于固定转动轴1；电动机5，电动机5包括第二发轮盘6；链条7，链条7用于连接支撑架和第二发轮盘6；激光器8，用于通过激光切割方式在待加工管体3上制造管体类裂纹环；第二支撑架9，用于支撑激光器8。其中，通过电动机5就可以带动待加工管体3匀速转动，而调节激光的切割图案可以改变管体类裂纹环的宽度，调节激光加工时间，可以改变管体类裂纹环的深度，故而即使在管道存在局部变形的情况下，仍能够加工出高精度、尺寸均一的管体类裂纹环。并且，该装置结构简单，进而操作更加方便。 

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (8)

1.一种管体类裂纹环加工装置，其特征在于，包括：

转动轴，所述转动轴包含有第一发轮盘，所述转动轴用于固定待加工管体；

第一支撑架，所述第一支撑架用于固定所述转动轴；

电动机，所述电动机包括第二发轮盘；

链条，所述链条用于连接所述第一发轮盘和所述第二发轮盘；

激光器，用于通过激光切割方式在所述待加工管体上制造所述管体类裂纹环；

第二支撑架，用于支撑所述激光器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一支撑架包括：

第一子支撑架，所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架；

第二子支撑架，所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

固定端带座轴承，用于将所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架；

游动端带座轴承，用于将所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。

4.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一支撑杆，用于将所述待加工管体的第一端固定于所述转动轴的第一侧；

第二支撑杆，用于将所述待加工管体的第二端固定于所述转动轴的第二侧。

5.一种管体类裂纹环加工方法，其特征在于，包括：

将待加工管体固定于转动轴，所述转动轴包含有第一发轮盘；

将所述转动轴固定于第一支撑架；

将所述第一发轮盘与一电动机的第二发轮盘通过链条连接；

将激光器固定于第二支撑架；

运行所述电动机，以通过所述电动机控制所述待加工管体转动；

启动所述激光器，并将所述激光器的激光聚焦镜头对准所述待加工管体，以通过激光切割方式在所述待加工管体上制造所述管体类裂纹环。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一支撑架包括第一子支撑架和第二子支撑架，所述将所述转动轴固定于支撑架，具体包括：

将所述转动轴的第一端固定于所述第一子支撑架；

将所述转动轴的第二端固定于所述第二子支撑架。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述转动轴固定于支撑架，具体包括：

将所述转动轴的第一端通过固定端带座轴承固定于所述第一子支撑架；

将所述转动轴的第二端通过游动端带座轴承固定于所述第二子支撑架。

8.如权利要求5-7任一所述的方法，其特征在于，在所述启动所述激光器之后，所述方法还包括：

调整所述激光器所产生的激光光束的聚焦后光斑的直径；和/或

调整所述激光器所产生的激光光束的激光波长。