CN104551519A - 一种钢管合缝内焊系统、悬臂本体套模及钢管合缝内焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接设备技术领域，涉及一种钢管合缝内焊系统，为了解决无法确保待焊接段中焊接坡口间距保持一致的问题，本发明提供了一种钢管合缝内焊系统，包括合缝液压机架、合缝台车以及内焊机，所述合缝内焊系统还包括抵挡部件，所述抵挡部件包括固定部分、与固定部分连接的深入钢管内的悬臂部分以及设置在合缝台车上的悬臂槽，所述悬臂部分包括悬臂本体以及设置在悬臂本体上并在悬臂槽内滚动的滚轮机构，所述悬臂本体包括设有将钢管向合缝液压机架方向抵的托辊的托辊段，采用以上技术方案即可有效的解决上述技术问题。

Description

一种钢管合缝内焊系统、悬臂本体套模及钢管合缝内焊方法

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，涉及一种钢管合缝内焊系统，另外，本发明还提供了一种悬臂本体套模及一种钢管合缝内焊方法。为了便于说明，将通过合缝内焊工艺进行内部焊接的钢管分成至少四个部分，依次为待夹持段、夹持段、待焊接段以及焊接段，所述待夹持段为钢管由钢带或钢板弯曲成型后形成的部分钢管，所述夹持段为对待夹持段进行夹持从而缩小焊接坡口间距的部分钢管，焊接段为接受内焊机焊接，形成焊缝的部分钢管，待焊接段为连接夹持段与焊接段的部分钢管，虽然本发明说明书附图部分均未展示钢管合缝内焊系统中的内焊机、合缝液压机架以及合缝台车，但这不会妨碍本领域技术人员顺利理解本发明的技术方案，如不加特别说明，如图12，本发明所述坡口间距(也即焊缝宽度)均为B(即g+2a)，钢管的厚度均不超过20mm。

背景技术

焊接钢管是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、锥形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管，目前焊接钢管需要经历至少钢管内部焊接与钢管外部焊接等多道工序才可制备完成，而钢管内部焊接是制备钢管必不可少的一道工序，合缝内焊机是完成钢管内部焊接工序的一种可选设备，通常包括将钢管夹持的机架以及对钢管进行内焊接的内焊机。

然而，随着焊接的不断进行，钢管需要持续的移动，焊接钢管依次经历待夹持段阶段、夹持段阶段、待焊接段阶段以及焊接段阶段，钢管焊接坡口间距无法保持在一个合理的区间，特别是待焊接段，从而严重影响即将进行的钢管内部焊接的焊接质量。

发明内容

夹持段的焊接坡口间距可以通过调节夹持力而得以改变，而待焊接段并没有夹持力的直接作用，只能依靠钢管本身的形变力，导致坡口间距较夹持段变大的趋势。本发明希望在对钢管进行内部焊接时，至少采取措施减少甚至避免焊接处(也即待焊接段与焊接段的连接处)坡口间距与夹持段坡口间距之间的差距，可行的方案是在钢管内部焊接处也施加一定的夹持力，这需要将机架的夹持作用区域从夹持段延长至钢管焊接处，扩充了机架参与夹持作用的结构，使设备成本显著提高，当然，也可以缩小待焊接段的长度直至取消待焊接段，这样对钢管的内部焊接就可以直接在夹持段进行了，但现有技术将钢板或钢带弯曲成钢管的工艺无法确保弯曲的均匀性，由此造成的一个后果是采用相同的夹持力对夹持段进行夹持，随着钢管各部分经历夹持段阶段，极可能出现不同坡口间距区间段之间较大的差距，从而使焊缝的宽度出现较大的变动幅度，影响钢管内部焊接的焊接质量。

为了确保焊接质量，本发明倾向于保留钢管待焊接段，由此而产生的技术弊端，本发明希望通过其他途径解决，因此，本发明提供了一种解决无法确保待焊接段中焊接坡口间距保持一致这一技术问题的方案，该方案为一种钢管合缝内焊系统，包括合缝液压机架、合缝台车以及内焊机，其特征在于所述合缝内焊系统还包括抵挡部件，所述抵挡部件包括固定部分、与固定部分连接并在钢管合缝内焊时伸入钢管内的悬臂部分以及设置在合缝台车上的悬臂槽，所述悬臂部分包括悬臂本体以及设置在悬臂本体上并在悬臂槽内滚动的滚轮机构，所述悬臂本体包括设有将钢管向合缝液压机架方向抵的托辊的托辊段。

抵挡部件通过托辊段至少与合缝液压机架构成一套夹持机构，对钢管焊接处构成夹持，实现了减少坡口间距与夹持段坡口间距之间的差距的技术目的，虽然本领域技术人员可以设法对整根钢管进行夹持，以控制钢管坡口间距，但本发明并不倾向于对钢管的不同部位均进行夹持，焊接处坡口间距是影响焊接质量的重要参数，对钢管的不同部位进行夹持使得焊接处坡口间距受多个夹持力的综合影响，使焊接处坡口间距的调节变得复杂繁琐。为此，本发明在实现减少坡口间距与夹持段坡口间距之间的差距的基础上，可以使托辊段直接作用于焊接处，焊接处施加给托辊段的作用力可以通过滚轮机构直接作用在合缝台车上，不需要额外的设置承受所述作用力的支撑结构，从而消除了支撑结构妨碍合缝台车通行的担忧。

在控制合缝液压机架，调节施加在钢管上的夹持力的过程中，除了可以改变钢管坡口间距之外，钢管本身也可能会发生相对于合缝台车的细微偏转，可能是合缝液压机架夹持结构无法协调夹持所造成的后果，解决的方式是增设导向轮，将所述导向轮插入钢管坡口之间，钢管的细微偏转即可得到制止，为此，需要针对钢管坡口间距选择宽度合适的导向轮，而在钢管坡口间距发生较大变化时又不得不更换导向轮，本发明希望减少更换导向轮的频率，进而提高导向轮对不同钢管坡口间距的适应能力。

本发明对悬臂本体做了进一步改进，所述悬臂本体还包括连接固定部分与托辊段的导向段，所述导向段包括插入钢管两个相对坡口面之间的导向轮、限位槽、在限位槽内滑动的导向轮座以及移动导向轮座的移动机构。

通过移动机构在限位槽内滑动导向轮，使导向轮插入较窄的坡口间距区间，保证导向轮制止钢管细微偏转的预期效果。

以下技术方案至少可以增加导向轮寻找较窄坡口区间的主动性：

所述导向段还包括测量导向轮两侧分别与钢管两个相对坡口面距离的测距传感器，所述移动机构包括设置在限位槽一端的螺纹轴套、在螺纹轴套内转动的螺纹杆以及电机，所述螺纹杆一端与导向轮座连接，另一端由电机带动，所述钢管合缝内焊系统还包括控制电路，所述测距传感器及电机均与控制电路连接。

设定导向轮与钢管坡口面的距离，就可以在所述距离随着钢管内部焊接的进行发生不良变化时，主动调整。

上文已经介绍，对于焊接处施加给托辊段的作用力可以通过滚轮机构直接作用在合缝台车的悬臂槽上，滚轮机构在悬臂槽上的滚动应当确保合缝台车在垂直于托辊段的方向上不发生任何移动，与悬臂槽精确匹配的滚轮机构是一种高成本的确保合缝台车在垂直于托辊段的方向上不发生任何移动的高成本方案，而且一旦发生较大的使用磨损，就无法继续保持。而本发明提供的解决方案确是简单的、低成本的且长期有效：滚轮机构包括设置在悬臂本体底部的主滚轮、设置在悬臂本体两侧的侧滚轮、偏心轴以及侧滚轮安装座，所述侧滚轮通过偏心轴安装在侧滚轮安装座上，所述偏心轴设有开有长孔的转动调节板，侧滚轮安装座上还设有与长孔相对的螺栓固定位。在台车通过托辊段前，转动偏心轴，使悬臂本体两侧侧滚轮边缘的距离与悬臂槽两侧槽壁的距离一致，然后再将螺栓通过长孔并固定在螺栓固定位的方式固定偏心轴即可。

当然，相对于转动偏心轴，事先测量悬臂槽两侧槽壁的距离以使偏心轴的转动角度有依据是一项繁琐的工作，本发明设计了一种悬臂本体套模，包括套住托辊段的托辊段模以及托辊段模连接的校正模，所述校正模与悬臂槽的形状大小一致，校正模与托辊段模为一体结构。使用时将悬臂本体套入悬臂本体套模，托辊段紧密贴在托辊段模内壁上，同时将两个相对侧滚轮的边缘紧密贴在校正模上，然后再将螺栓通过长孔并固定在螺栓固定位的方式固定偏心轴，确保两个相对侧滚轮的边缘之间的距离与悬臂槽两侧槽臂的距离精确一致。

另外，本发明所述托辊段包括设有托辊安装座的托辊段本体以及密封机构，所述托辊段本体顶面设有供托辊抵住钢管坡口间距的突出部分突出的开口，所述密封机构包括固定在开口上并设有向开口内侧方向延伸的延伸部分的开口边框、由开口边框延伸部分、开口及托辊构成的封闭空间以及设置在封闭空间内的填料。

钢管内部焊接所产生的焊接废渣尽管会落在托辊与托辊段本体之间的间隙上，但所述间隙在本发明中已被密封机构完全占据，进一步的，所述填料为密封棉线。

附图说明

图1是实施例所述钢管合缝内焊系统抵挡部件的结构示意图；

图2是实施例所述钢管合缝内焊系统抵挡部件的俯视结构示意图；

图3是实施例所述抵挡部件托辊段的结构示意图；

图4是实施例所述抵挡部件托辊段的俯视结构示意图；

图5是实施例所述抵挡部件导向段的结构示意图；

图6是实施例所述导向轮的放大结构示意图；

图7是实施例所述辊轮与开口之间的正面结构示意图；

图8是图7画圈处的放大结构示意图；

图9是实施例所述辊轮与开口之间的侧面结构示意图；

图10是实施例所述转动调节板的结构示意图；

图11是实施例所述悬臂本体套模的结构示意图；

图12是一种反映坡口间距的结构示意图。

具体实施方式

为帮助本领域技术人员充分发挥本发明所述技术效果，本具体实施方式着重介绍一种钢管合缝内焊方法，在实施该方法之前，先将钢板或钢带通过弯曲变形为圆形、锥形等形状，形成钢管坡口，然后把焊接钢管放置在合缝台车上，并转动焊接钢管，使焊接钢管坡口的位置位于6点钟方向，随后再往合缝液压机架方向推动合缝钢管，所述钢管合缝焊接方法包括：

a、滚动机构在悬臂槽上滚动的步骤；

b、导向轮在钢管坡口面之间滚动的步骤；

c、托辊将钢管向合缝液压机架方向抵的步骤；

d、内焊机对钢管坡口的焊接步骤；

所述b步骤包括通过测距传感器实时测量导向轮与坡口面距离的步骤以及根据与测距传感器连接的控制电路的指令启动或关闭与导向轮连接的电机的步骤，所述导向轮与坡口面的距离为1mm-1.5mm。

将导向轮与坡口面的距离控制在1mm-1.5mm能够得到最佳的导向作用，良好的导向作用相当程度上反映在了焊缝直线度上，表1反映了不同的钢管厚度，如采用相同的焊缝宽度，调整导向轮与坡口面之间的距离，得到不同的焊缝直线度的情况。

表1

注：所述焊缝直线度是指任意300mm长度内单边差值的最大值。

显然，本具体实施方式只要将导向轮与坡口面之间的距离控制在1mm-1.5mm之后，所得到的焊缝直线度是相当优异的(小于等于0.5mm)，从而十分有利于提高焊接质量。

进一步的，所述钢管厚度、钢管焊缝宽度以及导向轮和坡口面之间距离的关系如下：

钢管厚度/mm	钢管焊缝的宽度/mm	导向轮和坡口面之间距离/mm
			6	6-7	1.0-1.2
8	7-8	1.1-1.3
			10	8-10	1.1-1.4
12	9-11	1.2-1.4
			14	10-13	1.2-1.4
16	11-15	1.3-1.5
			18	13-18	1.3-1.5

。

所得到的焊缝直线度将进一步缩小至0.3mm之内，更为可喜的是所设定的焊缝宽度对各自对应的钢管厚度是极为合适的，对于宽度较大的焊缝(例如10mm以上)，保持焊缝直线度在0.3mm之内是非常理想的。

当然，导向轮能够正常发挥作用，需要使导向轮能够精确的插入钢管坡口之间，技术人员可以通过调整导向轮位置实现使导向轮精确插入钢管坡口之间的目的，假定导向轮在限位槽内滑动的方向为纵向方向，则只需增加使导向轮横向方向的机构即可，现有技术已经报道了不少使某一物体在纵向及横向移动的设备结构，这对技术人员而言显然是比较容易的，但导向轮的工作环境相当恶劣，焊接产生的焊渣及焊接热传导都会加快移动导向轮的设备结构的老化，本具体实施方式杜绝了制造成本高昂，平时又需维护的技术设计方案，而是采用制造一个至少部分与所述悬臂槽一致的合缝台车移动路径校正结构，该结构为悬臂本体套模，所述悬臂本体套模包括套住托辊段的托辊段模以及托辊段模连接的校正模，所述校正模与悬臂槽的形状大小一致，校正模与托辊段模为一体结构，即至少保证部分悬臂本体套模(如校正模)与悬臂槽的形状大小一致。

同时本具体实施方式建议技术人员规范的使用所述悬臂本体套模，使所述悬臂本体套模充分发挥合缝台车移动路径的精确性，例如在使用前在a步骤之前将悬臂本体套入悬臂本体套模，然后转动偏心轴，使侧滚轮边缘紧贴校正模内壁，随后使螺栓穿过长孔并将转动调节板固定在螺栓固定位上。将侧滚轮边缘紧贴校正模内壁并以此固定侧滚轮，则可以在合缝台车经过悬臂本体时，侧滚轮紧贴在悬臂槽两侧壁滚动，确保合缝台车移动的精确性，以使导向轮精确的插入钢管坡口之间。

实施例

见图1-11，一种钢管合缝内焊系统，包括合缝液压机架、合缝台车、内焊机、抵挡部件以及控制电路，所述抵挡部件包括固定部分40、与固定部分40连接的深入钢管内的悬臂部分以及设置在合缝台车上的悬臂槽。

所述悬臂部分包括悬臂本体以及设置在悬臂本体上并在悬臂槽内滚动的滚轮机构，所述悬臂本体包括托辊段13、连接固定部分40与托辊段13的导向段10，所述托辊段包括托辊段本体以及密封机构，托辊段本体设有3个托辊安装座，而在托辊段本体顶面设置分别供3个托辊6抵住钢管坡口间距的突出部分突出的3个开口41，密封机构包括分别固定在3个开口41上并设有分别向3个开口41内侧方向延伸的延伸部分22的3个开口边框12、由开口边框延伸部分22、开口41及托辊6构成的封闭空间以及设置在封闭空间内的填料。

见图8-9，所述填料为密封棉线30，图8中开口41与密封棉线30的接触面与水平面成45°角。

所述导向段包括插入钢管两个相对坡口面之间的导向轮3、限位槽11、在限位槽11内滑动的导向轮座47、移动导向轮座47的移动机构以及测量导向轮3两侧分别与钢管两个相对坡口面距离的测距传感器20，为便于测量导向轮的实时精确的对导向轮3两侧分别与钢管两个相对坡口面的距离进行测量，所述测距传感器20设置在导向轮座47上。所述限位槽底部设有废料孔14，用于及时排出焊接废料，所述移动机构包括设置在限位槽11一端的螺纹轴套17、在螺纹轴套17内转动的螺纹杆15、长轴16、齿轮组9以及带动齿轮组9转动的电机1，长轴16一端与螺纹杆15铰接，另一端与齿轮组9连接，螺纹杆15相对于与长轴16铰接的另一端与导向座连接，从而只要开动电机1，就可以使导向轮3在限位槽11上自由滑动。在本实施例所述钢管合缝内焊系统工作的过程中，测距传感器20实时监测导向轮3与钢管坡口面之间的距离，将测距传感器20与电机1和控制电路连接，就可以自动调节导向轮3与钢管坡口面之间的距离，使所述距离保持在合理的区间内。

所述滚轮机构包括设置在悬臂本体底部的两个主滚轮4以及小型滚轮7、设置在悬臂本体两侧的两对侧滚轮(5和42)、偏心轴8以及侧滚轮安装座43，两对侧滚轮中的一对位于托辊段13相对于与导向段10连接的另一端，另一对位于托辊段13与导向段10连接处，所述两个主滚轮4位于托辊段13，并起到通过合缝台车的悬臂槽支撑3个托辊6的作用，小型滚轮7同样设置在托辊段13相对于与导向段10连接的另一端，小型滚轮7最先在合缝台车的悬臂槽上滚动v使所述抵挡部件有所支撑，降低抵挡部件固定部分的固定压力b而在内焊机开始对钢管进行内部焊接，3个托辊6就开始受到合缝液压机架的间接作用力，此时托辊段13自动转为主要由两个主滚轮4支撑。

所述侧滚轮均通过侧滚轮安装座43设置在悬臂本体上，而侧滚轮本身则通过偏心轴8安装在侧滚轮安装座43上，所述偏心轴8设有开有长孔45的转动调节板46，侧滚轮安装座43上还设有与长孔45相对的螺栓固定位，技术人员通过转动调节板46，带动偏心轴8转动，使侧滚轮的轴心发生变动，达到调节两个相对侧滚轮之间距离的目的，调节完成后，再用螺栓穿过长孔45，固定在螺栓固定位上即可，本实施例还提供了一种悬臂本体套模，包括套住托辊段13的托辊段模50以及与托辊段模50连接的校正模51，所述校正模51与悬臂槽的形状大小一致，校正模51与托辊段模50为一体结构，使用所述悬臂本体套模将使两个相对侧滚轮之间距离的调节变的更为准确。

本实施例建议技术人员参考具体实施方式的内容实施本实施例，以使本发明的技术效果得到充分的发挥，需要进一步说明的是，虽然具体实施方式部分未对d步骤作进一步说明，但本领域技术人员知晓可以将现有的各种焊接方法用于对钢管坡口的焊接，事实上，不同的焊接方法不会影响本发明技术效果的顺利发挥，另外，本发明附图部分未展示所述钢管合缝内焊系统中的合缝液压机架、合缝台车以及内焊机，这些部件均是本领域技术人员易得的工业商品，并且不同的商品型号不影响本发明效果的发挥。

Claims (10)

1.一种钢管合缝内焊系统，包括合缝液压机架、合缝台车以及内焊机，其特征在于所述合缝内焊系统还包括抵挡部件，所述抵挡部件包括固定部分、与固定部分连接并在钢管合缝内焊时伸入钢管内的悬臂部分以及设置在合缝台车上的悬臂槽，所述悬臂部分包括悬臂本体以及设置在悬臂本体上并在悬臂槽内滚动的滚轮机构，所述悬臂本体包括设有将钢管向合缝液压机架方向抵的托辊的托辊段。

2.根据权利要求1所述的一种钢管合缝内焊系统，其特征在于所述悬臂本体还包括连接固定部分与托辊段的导向段，所述导向段包括插入钢管两个相对坡口面之间的导向轮、限位槽、在限位槽内滑动的导向轮座以及移动导向轮座的移动机构。

3.根据权利要求2所述的一种钢管合缝内焊系统，其特征在于所述导向段还包括测量导向轮两侧分别与钢管两个相对坡口面距离的测距传感器，所述移动机构包括设置在限位槽一端的螺纹轴套、在螺纹轴套内转动的螺纹杆以及电机，所述螺纹杆一端与导向轮座连接，另一端由电机带动，所述钢管合缝内焊系统还包括控制电路，所述测距传感器及电机均与控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种钢管合缝内焊系统，其特征在于滚轮机构包括设置在悬臂本体底部的主滚轮、设置在悬臂本体两侧的侧滚轮、偏心轴以及侧滚轮安装座，所述侧滚轮通过偏心轴安装在侧滚轮安装座上，所述偏心轴设有开有长孔的转动调节板，侧滚轮安装座上还设有与长孔相对的螺栓固定位。

5.根据权利要求1所述的一种钢管合缝内焊系统，其特征在于所述托辊段包括设有托辊安装座的托辊段本体以及密封机构，所述托辊段本体顶面设有供托辊抵住钢管坡口间距的突出部分突出的开口，所述密封机构包括固定在开口上并设有向开口内侧方向延伸的延伸部分的开口边框、由开口边框延伸部分、开口及托辊构成的封闭空间以及设置在封闭空间内的填料。

6.根据权利要求2所述的一种钢管合缝内焊系统，其特征在于限位槽底部设有废料孔。

7.一种悬臂本体套模，包括套住托辊段的托辊段模以及托辊段模连接的校正模，所述校正模与悬臂槽的形状大小一致，校正模与托辊段模为一体结构。

8.一种钢管合缝内焊方法，包括：

a、滚动机构在悬臂槽上滚动的步骤；

b、导向轮在钢管坡口面之间滚动的步骤；

c、托辊将钢管向合缝液压机架方向抵的步骤；

d、内焊机对钢管坡口的焊接步骤；

所述b步骤包括通过测距传感器实时测量导向轮与坡口面距离的步骤以及根据与测距传感器连接的控制电路的指令启动或关闭与导向轮连接的电机的步骤，所述导向轮与坡口面的距离为1mm-1.5mm。

9.根据权利要求8所述的一种钢管合缝内焊方法，其特征在于所述钢管厚度、钢管焊缝宽度以及导向轮和坡口面之间距离的关系如下：

钢管厚度/mm 钢管焊缝的宽度/mm 导向轮和坡口面之间距离/mm 6 6-7 1.0-1.2 8 7-8 1.1-1.3 10 8-10 1.1-1.4 12 9-11 1.2-1.4 14 10-13 1.2-1.4 16 11-15 1.3-1.5 18 13-18 1.3-1.5

。

10.根据权利要求8所述的一种钢管合缝内焊方法，其特征在于该方法还包括在a步骤之前将悬臂本体套入悬臂本体套模，然后转动偏心轴，使侧滚轮边缘紧贴校正模内壁，随后使螺栓穿过长孔并将转动调节板固定在螺栓固定位上。