CN105834603B - 一种自动式防止焊接缩颈的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动式防止焊接缩颈的装置，属于石油管道施工领域。所述自动式防止焊接缩颈的装置安装在管道上，所述装置包括加热机构、焊接防护层及支撑机构，所述加热机构用于向所述管道提供热能并为所述管道焊接部位提供预热和保温，所述焊接防护层设置在所述管道焊接部位，所述焊接防护层用于所述管道焊接部位保温，所述支撑机构设置在所述管道上，所述支撑机构用于支撑所述管道焊道并为其保温。本发明通过上述结构将加热、保温及扩径功能集为一体，从根本上解决管线和设备的焊接形变问题，可以有效避免焊接时由于温差引起的焊接部位形变，改善焊接部位的焊接质量，提高焊接效率，并可以对已经发生的缩颈部分恢复。

Description

一种自动式防止焊接缩颈的装置

技术领域

本发明涉及石油管道施工领域，特别涉及一种自动式防止焊接缩颈的装置。

背景技术

焊接缩颈是指管线和设备在环向焊接的过程中出现的焊缝部位收缩引起局部半径减小的现象。具体成因为：管线和设备在焊接过程会在焊接部位产生大量的热量，焊接时熔池内的金属处于熔融状态，温度高达1000度以上，当焊接结束后焊缝部位在空气中快速冷却到室温，这部分金属在温差的作用下将发生一定的变形。当焊接热输入大、焊接母材壁厚较厚、异种金属焊接时，其变形量将进一步增大。这些变形将引起管线或设备的尺寸发生偏差，甚至直接导致焊缝及其邻近区域的开裂。这些损伤一旦形成将很难通过其他手段进行恢复，通常会导致已有产品的报废。

方式一：对缩颈敏感材料的焊接工艺上尽量采用减少热输入、对称焊接等手段减轻缩颈现象。方式二：通过热处理手段对管线或设备焊接部位进行去应力处理，以避免由于应力集中带来的开裂失效隐患。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用上述方式一及方式二，均存在焊接效率低下的问题；由于上述方式只能减缓缩颈的倾向，而无法从根本上避免缩颈情况的发生，改善焊接部位的焊接质量；当缩颈现象发生以后也无法通过这些手段来进行恢复。

发明内容

为了解决现有技术存在的焊接效率低下，无法改善焊接部位的焊接质量，以及缩颈发生后无法修复的问题，本发明实施例提供了一种自动式防止焊接缩颈的装置。所述技术方案如下：

一种自动式防止焊接缩颈的装置，安装在管道上，所述自动式防止焊接缩颈的装置包括：加热机构、焊接防护层及支撑机构，

所述加热机构用于向所述管道提供热能并为所述管道焊接部位提供预热和保温，

所述焊接防护层设置在所述管道焊接部位，所述焊接防护层用于所述管道焊接部位保温，

所述支撑机构设置在所述管道上，所述支撑机构用于支撑所述管道焊道并为其保温，所述支撑机构为自动式支撑机构。

优选地，所述支撑机构包括：电机、定位架、卡簧、连接杆、丝杆传动机构、液压缸、2N个第一支撑杆、2N个第二支撑杆、N个支撑块及N个保温块，所述2N个第一支撑杆、所述2N个第二支撑杆、所述N个支撑块及所述N个保温块相匹配，其中，N≥3，

所述电机设置在所述管道外部，所述电机用于提供动力，

所述定位架套在所述管道端面并与所述管道固定，所述定位架用于固定所述自动式防止焊接缩颈的装置，

所述卡簧设置在所述定位架中，所述卡簧用于所述连接杆定位，

所述连接杆一端与所述电机固定，所述连接杆另一端穿过所述定位架与所述丝杆传动机构相连，所述丝杆传动机构与所述液压缸相连，

所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆对称设置在所述液压缸两侧，所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆中N个第一支撑杆及N个第二支撑杆设置在所述液压缸上侧并相对所述液压缸轴线均布，所述N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆一端与所述连接杆末端活动连接，所述N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆另一端与其对应的所述支撑块活动连接，所述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆一端与其对应的所述第一支撑杆中部活动连接，所述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆另一端与所述液压缸活动连接，所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆中另外N个第一支撑杆及另外N个第二支撑杆设置在所述液压缸下侧并相对所述液压缸轴线均布，所述另外N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆一端与所述连接杆末端活动连接，所述另外N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆另一端与其对应的所述支撑块活动连接，所述另外N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆一端与其对应的所述第一支撑杆中部活动连接，所另外述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆另一端与所述液压缸活动连接，所述保温块设置在与其对应的所述支撑块上方，

工作状态，所述定位架固定在所述管道端部，所述连接杆、所述丝杆传动机构及所述液压缸伸入所述管道内部，所述液压缸对应所述管道焊接部位，启动所述电机，所述电机带动所述连接杆旋转，通过所述丝杆传动机构带动所述液压缸工作，推动所述第二支撑杆，带动所述第一支撑杆撑起，进而使得所述支撑块贴合在所述管道焊道上。

优选地，所述定位架包括第一定位板、第二定位板、固定螺栓及插销，所述第一定位板为圆板，所述第一定位板上设有通孔及多个第一定位孔，所述通孔用于容纳所述卡簧，所述第二定位板为周圈带有凸缘的圆板，所述凸缘用于套在所述管道端面，所述固定螺栓设置在所述凸缘上，所述固定螺栓用于所述定位架与所述管道的固定，所述第二定位板设有多个第二定位孔，所述多个第二定位孔与所述多个第一定位孔相匹配，所述插销插入所述第一定位孔及所述第二定位孔中，通过所述插销插入不同的所述第一定位孔及所述第二定位孔实现所述定位架的直径大小调节。

优选地，所述连接杆带有刻度。

优选地，所述加热机构为电阻加热机构、电感应加热机构或喷枪。

优选地，所述加热机构为电感应加热机构，所述电感应加热机构设置在所述焊接防护层下方。

优选地，所述加热机构为电阻加热机构，所述加热机构包括电热温控箱、电缆及N个电热块，所述电热温控箱通过所述电缆连接所述N个电热块，所述N个电热块与所述N个支撑块相匹配，所述电热块设置在所述支撑块上方。

优选地，所述焊接防护层采用保温材料制成。

优选地，所述焊接防护层为岩棉层、硅酸钙层、玻纤布层或耐火砖层。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过加热机构为所述管道加热，通过焊接防护层为管道焊接部位保温，通过支撑机构支撑管道焊道实现扩径功能，本发明通过上述结构将加热、保温及扩径功能集为一体，从根本上解决管线和设备的焊接形变问题，可以有效避免焊接时由于温差引起的焊接部位形变，改善焊接部位的焊接质量，提高焊接效率，并可以对已经发生的缩颈部分恢复。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的自动式防止焊接缩颈的装置结构示意图；

图2是图1中的E-E剖视图；

图3是图1中的F-F剖视图；

图4是图2中去掉卡簧的G-G剖视图；

图5是图1中的H放大图。

II支撑机构，

31电机，32定位架，33管道，34连接杆，35加热机构，36焊接防护层，37焊道，38液压缸，39第一支撑杆，40固定螺栓，41第一定位孔，42卡簧，43保温块，44支撑块，45插销，46丝杆传动机构，47第一定位板，48第二定位板，49凸缘，50通孔，51第二定位孔，52第二支撑杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，还可参见图2至图5，本实施例以图1为主加以说明，本发明提供了一种自动式防止焊接缩颈的装置，安装在管道33上，所述自动式防止焊接缩颈的装置包括：加热机构35、焊接防护层36及支撑机构II，

所述加热机构35用于向所述管道33提供热能并为所述管道33焊接部位提供预热和保温，

所述焊接防护层36设置在所述管道33焊接部位，所述焊接防护层36用于所述管道33焊接部位保温，

所述支撑机构II设置在所述管道33上，所述支撑机构II用于支撑所述管道33焊道37并为其保温，所述支撑机构II为自动式支撑机构。

本发明通过加热机构35为所述管道33加热，通过焊接防护层36为管道33焊接部位保温，通过支撑机构II支撑管道33焊道37实现扩径功能，本发明通过上述结构将加热、保温及扩径功能集为一体，从根本上解决管线和设备的焊接形变问题，可以有效避免焊接时由于温差引起的焊接部位形变，改善焊接部位的焊接质量，提高焊接效率，并可以对已经发生的缩颈部分恢复。

优选地，如图1所示，所述支撑机构II包括：电机31、定位架32、卡簧42、连接杆34、丝杆传动机构46、液压缸38、2N个第一支撑杆39、2N个第二支撑杆52、N个支撑块44(参见图3)及N个保温块43(参见图3)，所述2N个第一支撑杆39、所述2N个第二支撑杆52、所述N个支撑块44(参见图3)及所述N个保温块43(参见图3)相匹配，其中，N≥3，

所述电机31设置在所述管道33外部，所述电机31用于提供动力，

所述定位架32套在所述管道33端面并与所述管道33固定，所述定位架32用于固定所述自动式防止焊接缩颈的装置，

所述卡簧42设置在所述定位架32中，所述卡簧42用于所述连接杆34定位，

所述连接杆34一端与所述电机31固定，所述连接杆34另一端穿过所述定位架32与所述丝杆传动机构46相连，还可参见图5，所述丝杆传动机构46与所述液压缸38相连，

所述2N个第一支撑杆39及所述2N个第二支撑杆52对称设置在所述液压缸38两侧，所述2N个第一支撑杆39及所述2N个第二支撑杆52中N个第一支撑杆39及N个第二支撑杆52设置在所述液压缸38上侧并相对所述液压缸38轴线均布，所述N个第一支撑杆39中的每个第一支撑杆39一端与所述连接杆34末端活动连接，所述N个第一支撑杆39中的每个第一支撑杆39另一端与其对应的所述支撑块44(参见图3)活动连接，所述N个第二支撑杆52中的每个第二支撑杆52一端与其对应的所述第一支撑杆39中部活动连接，所述N个第二支撑杆52中的每个第二支撑杆52另一端与所述液压缸38活动连接，所述2N个第一支撑杆39及所述2N个第二支撑杆52中另外N个第一支撑杆39及另外N个第二支撑杆52设置在所述液压缸38下侧并相对所述液压缸38轴线均布，所述另外N个第一支撑杆39中的每个第一支撑杆39一端与所述连接杆34末端活动连接，所述另外N个第一支撑杆39中的每个第一支撑杆39另一端与其对应的所述支撑块44(参见图3)活动连接，所述另外N个第二支撑杆52中的每个第二支撑杆52一端与其对应的所述第一支撑杆39中部活动连接，所另外述N个第二支撑杆52中的每个第二支撑杆52另一端与所述液压缸38活动连接，所述保温块43(参见图3)设置在与其对应的所述支撑块44(参见图3)上方，

工作状态，所述定位架32固定在所述管道33端部，所述连接杆34、所述丝杆传动机构46及所述液压缸38伸入所述管道33内部，所述液压缸38对应所述管道33焊接部位，启动所述电机31，所述电机31带动所述连接杆34旋转，通过所述丝杆传动机构46带动所述液压缸38工作，推动所述第二支撑杆52，带动所述第一支撑杆39撑起，进而使得所述支撑块44(参见图3)贴合在所述管道33焊道37上。

上述结构采用电机31驱动，达到降低劳动强度的效果，通过所述丝杆传动机构46及液压缸38传动使得传动平稳，通过支撑杆支撑达到支撑稳固的效果。

更具体地，所述丝杆传动机构46包括丝杆和传动螺母。

更具体地，本实施例中，支撑块44将保温块43压合在管道33内壁。本实施例中，保温块43优选保温毡块，通过上述结构，使得结构简单易于实现。

优选地，如图1所示，所述第一支撑杆39与所述支撑块44及所述连接杆34的活动连接为转轴连接。所述第二支撑杆52与所述液压缸38及所述第一支撑杆39的活动连接为转轴连接。通过上述结构，使得结构简单，易于实现。

当然，本领域普通技术人员可以理解，活动连接还可以是铰接或销轴连接。

优选地，如图4所示，所述定位架32包括第一定位板47、第二定位板48、固定螺栓40及插销45，所述第一定位板47为圆板，所述第一定位板47上设有通孔50及多个第一定位孔41，所述通孔50用于容纳所述卡簧42(参见图3)，所述第二定位板48为周圈带有凸缘49的圆板，所述凸缘49用于套在所述管道33端面，所述固定螺栓40(参见图3)设置在所述凸缘49上，所述固定螺栓40(参见图3)用于所述定位架32与所述管道33的固定，所述第二定位板48设有多个第二定位孔51，所述多个第二定位孔51与所述多个第一定位孔41相匹配，所述插销45插入所述第一定位孔41及所述第二定位孔51中，通过所述插销45插入不同的所述第一定位孔41及所述第二定位孔51实现所述定位架32的直径大小调节。

本实施例中，如图4所示，通过第一定位孔41和第二定位孔51可以调节定位架32的半径，当调节第一定位板47和第二定位板48的位置，使凸缘49内径与管道33外径接近时用插销45将第一定位孔41和第二定位固定，通过旋紧固定螺栓40将定位架32(参见图1)固定在管道33上，通过上述结构，提高了定位架32的通用性。

如图2所示，第一定位孔41按照十字型设置，相应的第二定位孔51也按照十字形设置，采用上述结构不仅降低了制造成本，而且提高了受力的均匀性，提高了结构稳定性。

优选地，所述加热机构35为电阻加热机构、电感应加热机构、喷枪或其他热源。

优选地，本实施例中，如图1所示，所述加热机构35为电感应加热机构，所述电感应加热机构设置在所述焊接防护层36下方。本实施例中，所述电感应加热机构为电磁感应加热器。

参见图1所示，本实施例中，所述加热机构35还可以是为电阻加热机构，所述加热机构35包括电热温控箱、电缆及N个电热块，所述电热温控箱通过所述电缆连接所述N个电热块，所述N个电热块与所述N个支撑块44相匹配，所述电热块设置在所述支撑块44上方。更具体地，本实施例中，支撑块44将电热块和保温块43压合在管道33内壁。

优选地，如图1所示，所述焊接防护层36采用保温材料制成。更近一步地，所述焊接防护层36采用耐500度以上的保温材料制成。

进一步地，如图1所示，所述焊接防护层36为岩棉层、硅酸钙层、玻纤布层或耐火砖层。

进一步地，如图1所示，所述焊接防护层36包覆在所述管道33外壁起保温和防护的作用。

优选地，如图1所示，所述连接杆34带有刻度。通过带有刻度的连接杆34上的刻度计量，方便将支撑架推至焊道37位置。

更近一步地，参见图2所示，连接杆34上设有凹槽，本实施例中，通过卡簧42的卡簧孔将连接杆34上凹槽的位置固定。使得结构简单，易于实现。

如图1所示，本实施例的工作过程如下：

1)将管道33的焊道37打底焊或点焊固定后，所述连接杆34、第一支撑杆39和第二支撑杆52放入管道33内部，通过电机31带动丝杆传动机构46使第一支撑杆39直径略小于管道33内径，将管道33端部的定位架32固定；

2)通过连接杆34上的刻度计量，将支撑架推至焊口位置，当电机31沿顺时针驱动时，通过丝杆传动机构46推动液压缸38，进而通过第二支撑杆52使得第一支撑杆39倾角逐渐增大直至将支撑块44(如图3所示)贴合在焊道37上，即使支撑块44(如图3所示)紧密支撑在焊道37位置的管道33内壁，此时用卡簧42(如图2所示)将带刻度的连接杆34的位置固定，以保持支撑块44(如图3所示)的支撑作用；

3)连接电缆，并在焊道37周围包裹、固定感应温控机构及焊接防护层36，连通惰气保护装置；

4)通电至预设温度后开始施焊；

5)施焊完成后在焊道37表面也覆盖焊接防护层36，继续通电保温0.5小时后断电，待温度至50度以下，撤焊接防护层36；

6)松开卡簧42，通过电机31反转，带动液压缸38使第一支撑杆39半径减小，将第一支撑杆39抽取到管道33端部附近将定位架32松开，取出本发明整套装置。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动式防止焊接缩颈的装置，安装在管道上，其特征在于，所述自动式防止焊接缩颈的装置包括：加热机构、焊接防护层及支撑机构，

所述加热机构用于向所述管道提供热能并为所述管道焊接部位提供预热和保温，

所述焊接防护层设置在所述管道焊接部位，所述焊接防护层用于所述管道焊接部位保温，

所述支撑机构设置在所述管道上，所述支撑机构用于支撑所述管道焊道并为其保温，所述支撑机构为自动式支撑机构；

所述支撑机构包括：电机、定位架、卡簧、连接杆、丝杆传动机构、液压缸、2N个第一支撑杆、2N个第二支撑杆、N个支撑块及N个保温块，所述2N个第一支撑杆、所述2N个第二支撑杆、所述N个支撑块及所述N个保温块相匹配，其中，N≥3，

所述电机设置在所述管道外部，所述电机用于提供动力，

所述定位架套在所述管道端面并与所述管道固定，所述定位架用于固定所述自动式防止焊接缩颈的装置，

所述卡簧设置在所述定位架中，所述卡簧用于所述连接杆定位，

所述连接杆一端与所述电机固定，所述连接杆另一端穿过所述定位架与所述丝杆传动机构相连，所述丝杆传动机构与所述液压缸相连，

所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆对称设置在所述液压缸两侧，所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆中N个第一支撑杆及N个第二支撑杆设置在所述液压缸上侧并相对所述液压缸轴线均布，所述N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆一端与所述连接杆末端活动连接，所述N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆另一端与其对应的所述支撑块活动连接，所述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆一端与其对应的所述第一支撑杆中部活动连接，所述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆另一端与所述液压缸活动连接，所述2N个第一支撑杆及所述2N个第二支撑杆中另外N个第一支撑杆及另外N个第二支撑杆设置在所述液压缸下侧并相对所述液压缸轴线均布，所述另外N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆一端与所述连接杆末端活动连接，所述另外N个第一支撑杆中的每个第一支撑杆另一端与其对应的所述支撑块活动连接，所述另外N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆一端与其对应的所述第一支撑杆中部活动连接，所另外述N个第二支撑杆中的每个第二支撑杆另一端与所述液压缸活动连接，所述保温块设置在与其对应的所述支撑块上方，

工作状态，所述定位架固定在所述管道端部，所述连接杆、所述丝杆传动机构及所述液压缸伸入所述管道内部，所述液压缸对应所述管道焊接部位，启动所述电机，所述电机带动所述连接杆旋转，通过所述丝杆传动机构带动所述液压缸工作，推动所述第二支撑杆，带动所述第一支撑杆撑起，进而使得所述支撑块贴合在所述管道焊道上。

2.根据权利要求1所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述定位架包括第一定位板、第二定位板、固定螺栓及插销，所述第一定位板为圆板，所述第一定位板上设有通孔及多个第一定位孔，所述通孔用于容纳所述卡簧，所述第二定位板为周圈带有凸缘的圆板，所述凸缘用于套在所述管道端面，所述固定螺栓设置在所述凸缘上，所述固定螺栓用于所述定位架与所述管道的固定，所述第二定位板设有多个第二定位孔，所述多个第二定位孔与所述多个第一定位孔相匹配，所述插销插入所述第一定位孔及所述第二定位孔中，通过所述插销插入不同的所述第一定位孔及所述第二定位孔实现所述定位架的直径大小调节。

3.根据权利要求1所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述连接杆带有刻度。

4.根据权利要求1所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述加热机构为电阻加热机构、电感应加热机构或喷枪。

5.根据权利要求4所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述加热机构为电感应加热机构，所述电感应加热机构设置在所述焊接防护层下方。

6.根据权利要求4所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述加热机构为电阻加热机构，所述加热机构包括电热温控箱、电缆及N个电热块，所述电热温控箱通过所述电缆连接所述N个电热块，所述N个电热块与所述N个支撑块相匹配，所述电热块设置在所述支撑块上方。

7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述焊接防护层采用保温材料制成。

8.根据权利要求7所述的自动式防止焊接缩颈的装置，其特征在于，所述焊接防护层为岩棉层、硅酸钙层、玻纤布层或耐火砖层。