CN106392271A - 一种用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种螺旋缝钢管一个半螺距精焊机构及其焊接方法。本发明一个半螺距精焊机构包括固定驱动机构、外焊机构、内焊机构和移动驱动机构，所述移动驱动机构安装于移动机构轴向移动电动滑轨上，所述移动驱动机构在所述移动轴向移动电动滑轨上进行轴向的整体移动；所述外焊机构安装在外焊机构轴向移动电动滑轨上，所述外焊机构在外焊机构轴向移动电动滑轨上进行轴向整体移动。本发明的精焊机构及其焊接新方法适用于螺旋缝钢管的高质量生产，可以降低内焊缝余热对整个焊缝性能的不利影响，特别适用于对焊缝性能要求较高的大壁厚高钢级油气管线钢管的生产。

Description

一种用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构及其焊接方法
技术领域
本发明属于螺旋缝钢管预精焊工艺制造领域，具体涉及一种螺旋缝钢管一个半螺距精焊机构及其焊接新方法。
背景技术
目前，螺旋缝钢管的生产工艺包括一步法生产螺旋缝钢管的方法和预精焊法。
一步法生产螺旋缝钢管的方法是钢带在三辊成型机上成形的同时，同步进行内焊2丝和外焊2丝埋弧焊接，该生产方法被称为一步法。该生产方法由于埋弧焊接和钢管成形同步进行，机组振动会影响焊接质量，焊缝易出现热裂纹、夹渣等缺陷，因此国际油气管线标准均禁止采用该方法生产油气钢管。此外，由于钢管成形速度会受埋弧焊接速度的束缚，该工艺方法生产效率相对较低。
预精焊法是针对传统一步法焊接质量不稳定和效率低的缺点而形成的先进的螺旋缝钢管生产工艺方法。该工艺方法是钢带在三辊成型机上成形的同时，先进行高速MAG预焊，在焊接进行的同时用等离子切割机切割成规定长度，输送到多条精焊生产线进行內外同步多丝埋弧焊接，该工艺方法被称为二步法。该方法成功地将钢管成形和埋弧精焊分开进行，内焊(2～3丝)和外焊(2～3丝)多丝埋弧焊接时钢管坡口两侧相对静止，焊接质量可以得到保障。同时，由于高速MAG预焊速度可以达到埋弧焊接速度的4倍以上，成型机的能力得到充分释放，生产效率成倍提高。预精焊工艺方法因其高效率和高质量被国际公认为螺旋缝钢管最先进的生产工艺方法。
但现有螺旋缝钢管精焊装备生产工艺方法为多丝(2～3丝)埋弧內焊(钢管6点左右位置)半个螺距后，在钢管12点左右位置进行多丝(2～3丝)埋弧外焊。该工艺方法在焊接高钢级厚壁油气钢管时，內焊后钢管来不及充分冷却便进行埋弧外焊，內焊余热和外焊电弧热量综合作用，会对焊缝的微观组织和性能产生许多不利影响。在内焊余热作用下，焊缝及热影响区(HAZ)夏比冲击功均有明显降低，韧性呈现衰减趋势；而微观组织则有不同程度的长大。
发明内容
为了解决螺旋缝钢管精焊装备多丝埋弧内焊半个螺距后进行外焊所存在的內焊余热影响的难题，本发明提供了一种可以用于螺旋缝钢管一个半螺距精焊的机构及使用该精焊机构进行焊接的新方法。
本发明提供的用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构包括固定驱动机构、外焊机构、内焊机构和移动驱动机构，所述移动驱动机构安装于移动机构轴向移动电动滑轨上，所述移动驱动机构在所述移动轴向移动电动滑轨上进行轴向的整体移动；所述外焊机构安装在外焊机构轴向移动电动滑轨上，所述外焊机构在外焊机构轴向移动电动滑轨上进行轴向整体移动。
优选的，所述移动驱动机构和固定驱动机构上设置有转角驱动机构、驱动辊和驱动辊提升机构，螺旋缝钢管在转角驱动机构的带动下，驱动辊根据钢管螺旋角度进行0～90°无级精确设定。所述驱动辊提升机构用于控制驱动辊和螺旋缝钢管接触或脱离接触。
优选的，所述精焊机构包括多组正交辊机构，所述正交辊机构包含十字交叉的两个球辊，钢管在正交辊机构上由驱动辊驱动可以进行周向、水平和螺旋线方向运动。所述正交辊是一个独立的部件，其作用是支撑钢管，辅助钢管运动，降低钢管的运行阻力。
在本发明的一个实施例内，钢管在正交辊机构支撑下，通过移动驱动机构和固定驱动机构上已设定为需要角度的驱动辊交替驱动，实现钢管的直线送进、周向寻找启焊点和螺旋线焊接等运动。
优选的，所述精焊机构还包括锁紧机构，所述移动驱动机构通过锁紧机构实现锁紧。
本发明还提供了利用上述精焊机构进行一个半螺距同步焊接的方法，包括：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上的驱动辊避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差一个半螺距，通过固定驱动机构上的驱动辊和移动驱动机构上的驱动辊驱动螺旋缝钢管，进行一个半螺距同步焊接。
所述螺旋缝钢管通过移动驱动机构和固定驱动机构上的驱动辊联合驱动，实现钢管螺旋线或直线方向的连续运动。
作为上述技术方案的一个优选，移动驱动机构上的驱动辊和钢管在焊缝外的位置接触。
作为上述技术方案的一个优选，正交辊机构和钢管在焊缝外的位置接触。
在本发明的实施例内，移动驱动机构和固定驱动机构上均设置有驱动辊和正交辊，移动驱动机构上的驱动辊和钢管在焊缝外的位置接触，正交辊机构和钢管在焊缝外的位置接触。
优选的，所述移动驱动机构轴向调节完成后位置被锁紧。
优选的，所述固定驱动机构上的驱动辊在焊接开始后、钢管被稳定驱动后上升，由移动驱动机构上的驱动辊单独驱动钢管。
本发明还提供了利用上述装置进行半个螺距同步焊接的方法，包括：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差半个螺距，通过移动驱动机构和固定驱动机构上的驱动辊驱动钢管，进行半个螺距同步焊接。
作为上述技术方案的一个优选，移动驱动机构和/或固定驱动机构上的驱动辊和钢管在焊缝外的位置接触。
作为上述技术方案的一个优选，正交辊机构和钢管在焊缝外的位置接触。
在本发明的实施例内，移动驱动机构和固定驱动机构上均设置有驱动辊移动驱动机构和固定驱动机构上的驱动辊和钢管在焊缝外的位置接触。
优选的，所述移动驱动机构调节完成后位置被锁紧。
优选的，所述固定驱动机构上的驱动辊在焊接开始后、钢管被稳定驱动后上升，由移动驱动机构上的驱动辊单独驱动钢管。
本发明的一个半螺距精焊机构及焊接新方法能实现螺旋管钢管精焊机组半个螺距或一个半螺距多丝埋弧焊焊接，可以解决高质量油气螺旋缝钢管精焊时內焊余热对焊缝组织和性能产生不利影响的难题，适用于预精焊法螺旋缝钢管生产过程中的精焊生产工序。
本发明针对螺旋缝钢管精焊装备多丝埋弧内焊半个螺距后进行外焊所存在的內焊余热影响的难题，采用电动滑轨结构，使移动驱动机构和外焊机构可以整体长距离移动，根据产品需要可以选择进行半个或一个半螺距焊接。本发明的一个半螺距精焊新方法，可以成功地消除了內焊余热的影响，更好地满足高质量螺旋缝钢管的生产要求，取得了良好的效果。
采用本发明的精焊机构及一个半螺距焊接新方法，內焊后的焊缝得到充分冷却，有效分离了内焊和外焊热循环之间的联系，从而有效地解决了內焊余热带来的不利影响。相比原有精焊方法，焊缝及HAZ组织：晶粒细小、夏比冲击功明显升高、焊缝韧性较好，钢管的最终服役性能优良。
附图说明
图1、本发明的螺旋缝钢管精焊机构进行1.5倍螺距焊接示意图。
图2、本发明的螺旋缝钢管精焊机构进行0.5倍螺距焊接示意图。
图3、本发明的螺旋缝钢管精焊机构的侧视图。
附图标识：
1、移动驱动机构；2、外焊机构；3、固定驱动机构；4、移动驱动轴向移动电动滑轨；5、锁紧机构；6、正交辊机构；7、外焊机构轴向移动电动滑轨；8、內焊机构；10、驱动辊提升机构；11、驱动辊；12、转角驱动机构。
具体实施方式
如下为本发明的具体实施例，其仅用作对本发明的解释而并非限制。
请参见图1-2，一种用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构，包括固定驱动机构3、外焊机构2、内焊机构8和移动驱动机构1，所述移动驱动机构1安装于移动机构电动滑轨4上，所述移动驱动机构1在所述移动电动滑轨4上进行轴向的整体移动；所述外焊机构2安装在外焊机构轴向移动电动滑轨7上，所述外焊机构2在外焊机构轴向移动电动滑轨7上进行轴向整体移动。
请参见图3，所述移动驱动机构和固定驱动机构上均设置有转角驱动机构12、驱动辊11和驱动辊提升机构10，螺旋缝钢管在转角驱动机构的带动下，驱动辊根据钢管螺旋角度进行0～90°无级精确设定。所述驱动辊提升机构用于控制驱动辊和螺旋缝钢管接触或脱离接触。焊接过程中根据需要移动驱动机构和固定驱动机构上的驱动辊可以单独驱动或联合驱动，保证钢管整个过程的平稳可靠运行。
所述精焊机构包括若干组正交辊机构，所述正交辊结构包括十字交叉的两个球辊，钢管在正交辊机构的的支持下由驱动辊驱动可以进行周向、轴向及螺旋线运动。根据钢管长度正交辊的数量可以设置多组。钢管在正交辊机构支撑下，根据已设定的角度由驱动辊单独或联合驱动，实现钢管的直线送进、周向寻找启焊点和螺旋线焊接等运动。
所述精焊机构还包括锁紧机构，所述移动驱动机构通过锁紧机构实现锁紧。
参见图1，如下为利用上述精焊机构进行一个半螺距同步焊接的方法：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差一个半螺距，通过移动驱动机构和固定驱动机构驱动钢管，进行一个半螺距同步焊接。
为了避免离焊缝过近对驱动辊-产生不利的影响，移动驱动机构上的驱动辊和钢管可以在焊缝外的位置接触。
为了避免离焊缝过近对正交辊可能产生不利的影响，正交辊机构和钢管可以在焊缝外的位置接触。
为了保证移动驱动机构自身的稳定性，所述移动驱动机构调节完成后位置被锁紧，如通过锁紧装置实现对于移动驱动机构的锁紧。
利用上述的方法可以实现一个半螺距的焊接。
可选的，所述固定驱动机构上的驱动辊在焊接开始后、钢管被稳定驱动后上升，由移动驱动机构上的驱动辊单独驱动钢管。
参见图2，如下为利用上述装置进行半个螺距同步焊接的方法：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上的驱动辊避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差半个螺距，通过移动驱动机构和固定驱动机构驱动钢管，进行半个螺距同步焊接。
为了避免离焊缝过近对驱动辊可能产生不利的影响，移动驱动机构上的驱动辊和钢管在焊缝外的位置接触。
为了避免离焊缝过紧对正交辊可能产生不利的影响，正交辊机构和钢管在焊缝外的位置接触。
为了提高移动驱动机构自身的稳定性，所述移动驱动机构调节完成后后位置被锁紧，如通过锁紧装置实现对于移动驱动机构的锁紧。
可选的，所述固定驱动机构上的驱动辊在焊接开始后、钢管被稳定驱动后上升，由移动驱动机构上的驱动辊单独驱动钢管。
在内外焊点相距1.5个螺距时，外焊缝中心处针状铁素体数量明显增加，珠光体含量降低，焊缝塑性、韧性提高，焊缝性能有较大程度提高。
本发明的螺旋缝钢管一个半螺距精焊机构及其焊接新方法在螺旋缝钢管车间精焊工序中使用，成功地解决了內焊余热对焊缝的微观组织和性能产生的不利影响，使钢管品质得到可靠保障和提升。
本发明的方法在φ711×14.3mm规格钢管上实施焊接时，内焊单丝焊点相距1.5个螺距相比内焊双丝焊点相距0.5个螺距，焊缝冲击功提高约10％～20％。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对实例及其方法所作的任何简单变形或修改均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于螺旋缝钢管预精焊工艺方法的精焊机构，包括固定驱动机构、外焊机构、内焊机构和移动驱动机构，其特征在于：
所述移动驱动机构安装于移动机构轴向移动电动滑轨上，所述移动驱动机构在所述轴向移动电动滑轨上进行轴向的整体移动；所述外焊机构安装在外焊机构轴向移动电动滑轨上，所述外焊机构在外焊机构轴向移动电动滑轨上进行轴向整体移动。
2.如权利要求1所述的用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构，其特征在于：所述移动驱动机构和固定驱动机构上设置有转角驱动机构、驱动辊和驱动辊提升机构，螺旋缝钢管在转角驱动机构的带动下，驱动辊根据钢管螺旋角度进行0～90°无级精确设定。
3.如权利要求1所述的用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构，其特征在于：所述精焊机构包括若干组正交辊机构，所述正交辊机构包含十字交叉的两个球辊，钢管在正交辊上由驱动辊驱动进行周向、水平-或螺旋线方向运动。
4.如权利要求1所述的用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构，其特征在于：所述精焊机构还包括锁紧机构，所述移动驱动机构通过锁紧机构实现锁紧。
5.利用权利要求1-4任一用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构进行一个半螺距的同步焊接的方法，包括：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上的驱动辊避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差一个半螺距，通过固定驱动机构上的驱动辊和移动驱动机构上的驱动辊驱动钢管，进行一个半螺距同步焊接。
6.如权利要求5所述的同步焊接方法，其特征在于：移动驱动机构上的驱动辊-驱动钢管运动时避开焊缝位置。
7.利用权利要求1-4任一用于螺旋缝钢管预精焊的精焊机构进行半个螺距的同步焊接的方法，包括：
焊接开始前，所述移动驱动机构在移动机构电动滑轨上轴向移动，使移动驱动机构上的驱动辊避开焊缝与钢管接触，且所述移动驱动机构和所述外焊机构不干涉；所述外焊机构在外焊机构的轴向电动滑轨上移动，使外焊机构的焊枪移动至焊缝位置，內焊机构的焊枪所处焊缝位置和外焊机构的焊枪所处焊缝位置相差半个螺距，通过固定驱动机构上的驱动辊和移动驱动机构上的驱动辊驱动钢管，进行半个螺距同步焊接。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Inventor after: Yang Zhanli

Inventor after: Zhao Bao

Inventor after: Zhou Kun

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Inventor after: Wang Ziran

Inventor after: Zhang Shanbao

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Inventor after: Tang Qilong

Inventor after: Bai Debin

Inventor after: Zhao Demin

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CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 150028 No. 2077, Chuangxin Road, Harbin, Heilongjiang, Songbei

Patentee after: Harbin Welding Research Institute Co., Ltd.

Address before: 150028 No. 2077, Chuangxin Road, Harbin, Heilongjiang, Songbei

Patentee before: Harbin Inst. of Welding Academy of Mechanical Sciences

CP01 Change in the name or title of a patent holder