CN108607902A - 一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置及方法 - Google Patents
一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置及方法，它包括模具外体，所述模具外体的中间部位加工有矩形通孔，所述矩形通孔的底边加工有缺口，在缺口的两侧形成第一安装板和第二安装板，所述第一安装板上滑动配合安装有外模，所述第二安装板上滑动配合安装有内模，所述外模和矩形通孔的内壁之间设置有第一楔块，所述内模和矩形通孔的外壁之间设置有第二楔块。其有效的提高了大口径钢管高强度压力钢管焊接前的装配质量，消除尺寸偏差，保证钢管椭圆度符合规范要求，以达到减少水在钢管流动中能量的损失，有效的保证了钢管纵缝的焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种大口径钢管瓦片组装管口错边矫正的装置及方法，属于金属结构件预变形矫正技术领域，主要用于水电站高强度压力钢管瓦片组装时管口错边量大的矫形定位装配，也可用于其他行业其他材料等大口径钢管纵缝组装的管口矫形。
背景技术
压力钢管是水电站输水工建筑物的重要组成部分，它衔接着电站的进水口和水轮机蜗壳，起着将水由进水口引入蜗壳，推进水轮机转动的作用。压力钢管常见的布置形式有坝内式、隧洞式、露天式三种。其坝内式压力钢管口径较大，通常由2至3个瓦片组成，三峡电站左右岸厂房26台机组引水系统压力钢管最大直径12.8米。向家坝水电站右岸地下厂房4台机组引水系统压力钢管最大直径14.4米，是迄今为止世界上直径最大的压力钢管。这种压力钢管往往采用在工地现场制造，单个管节由3个瓦片组拼而成。同时压力钢管选材也逐步往高强度方向发展，由原来单纯采用16Mn材料，已经发展到大量采用600MPa和800MPa高强钢。国内的乌东德水电站压力钢管全部采用的800MPa高强钢，白鹤滩水电站压力钢管也大量采用600MPa和800MPa高强钢。
由于高强钢材料的特殊性，压力钢管瓦片组对时，严禁直接在瓦片上焊码子来强制固定，无疑大大增加瓦片装配定位的难度，特别是管口错边矫形的问题是压力钢管制造的一个难点，本发明重点是解决此类大管径高强度压力钢管组装矫形的问题。不仅对材料进行了保护，同时也满足了装配质量，生产过程中成本低、效率高、而且易于在工地现场实现。
发明内容
本发明主要是为常用的埋弧焊方法提供一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置及方法，其有效的提高了大口径钢管高强度压力钢管焊接前的装配质量，消除尺寸偏差，保证钢管椭圆度符合规范要求，以达到减少水在钢管流动中能量的损失，有效的保证了钢管纵缝的焊接质量。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，它包括模具外体，所述模具外体的中间部位加工有矩形通孔，所述矩形通孔的底边加工有缺口，在缺口的两侧形成第一安装板和第二安装板，所述第一安装板上滑动配合安装有外模，所述第二安装板上滑动配合安装有内模，所述外模和矩形通孔的内壁之间设置有第一楔块，所述内模和矩形通孔的外壁之间设置有第二楔块。
所述模具外体的顶部加工有四棱锥形头，在第一安装板的顶部加工有第一燕尾滑轨，在第二安装板的顶部加工有第二燕尾滑轨。
所述外模上加工有外模斜面，与外模斜面相对的面加工有外模内弧面，所述外模内弧面与钢管的外圆周相配合，在外模的中心位置加工有外模销孔，在外模上加工有外模燕尾槽，所述外模燕尾槽与模具外体的第一燕尾滑轨构成滑动配合。
所述内模上加工有内模斜面，与内模斜面相对的面加工有内模外弧面，所述内模外弧面与钢管的内圆周相配合，在内模的中心位置加工有内模销孔，在内模上加工有内模燕尾槽，所述内模燕尾槽与模具外体的第二燕尾滑轨构成滑动配合。
所述第一楔块和第二楔块采用相同的结构，所述第一楔块包括楔形面，所述楔形面与外模的外模斜面以及内模的内模斜面构成楔形顶紧配合，在与楔形面相对的面加工有垂直面，在第一楔块的中心位置加工有楔块销孔。
所述模具外体、第一楔块和第二楔块采用锻钢件材料制成。
所述外模和内模采用与钢管相同的材料制成，在外模和内模的外表面采用淬火工艺处理。
任意一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置进行矫形的方法，它包括以下步骤：
Step1：确定瓦片管口错位的情况；
Step2：根据不同的错位情况选用相应的矫正操作方法；
Step3：通过装置对瓦片管口错位进行校正。
所述Step2中错位情况包括弧度预制过渡和弧度预制不到位两种情况；
所述弧度预制过渡的矫正操作方法包括以下步骤：
Step21：将外模与第一楔块通过内置的卡销连接成一个整体；
Step22：将外模通过外模燕尾槽与模具外体的第一燕尾滑轨进行组合，使其固定在模具外体的第一安装板上；
Step23：将内模通过内模燕尾槽与模具外体的第二燕尾滑轨进行组合，进而将其预装在模具外体的第二安装板上；
Step24：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保外模与模具外体的锁定到位，使外模与钢管管口的A端口侧的外圆周接触良好；
Step25：调整内模，使内模与钢管管口的B端口侧的内圆周接触良好，将内模横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step26：在内模和模具外体的内侧端用第二楔块预塞紧，并检查确保内模、外模与模具外体的装配稳固；
Step27：在第二楔块的外端面，采用大锤不连续的对第二楔块施加作用力，在第二楔形块不断挤压作用下，使得内模外弧面以及外模内弧面与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第二楔形块顶到位后，钢管的B端口自然就与A端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
所述弧度预制不到位的矫正操作方法包括以下步骤：
Step31：将内模与第二楔块通过内置的卡销连接成一个整体；
Step32：将内模通过内模燕尾槽与模具外体的第二燕尾滑轨进行组合，使其固定在模具外体的第二安装板上；
Step33：将外模通过外模燕尾槽与模具外体的第一燕尾滑轨进行组合，进而将其预装在模具外体的第一安装板上；
Step34：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保内模与模具外体的锁定到位，使内模与钢管管口的D端口侧的内圆周接触良好；
Step35：调整外模，使外模与钢管管口的C端口侧的外圆周接触良好，将外模横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step36：在外模和模具外体的内侧端用第一楔块预塞紧，并检查确保内模、外模与模具外体的装配稳固；
Step37：在第一楔块的外端面，采用大锤不连续的对第一楔块施加作用力，在第一楔块不断挤压作用下，使得内模外弧面以及外模内弧面与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第一楔块顶到位后，钢管的C端口自然就与D端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
本发明有如下有益效果：
1、本装置结构制造简单，根据现场具体施工情况，计算选用合适的模具外体外模、第一楔块、内模及第二楔块，操作过程方便，成本低廉，实用性好，而且生产效率高，能够有效的用于大管径高强度压力钢管组装矫形，保证了瓦片装配定位精度，最终保证了其焊接质量。
2、通过采用上述结构的外模和内模其一方面能够与压力钢管的外圆周或者内圆周相配合，另一方面能够与楔形相配合，进而将外模或内膜进行夹紧，最终实现管口的矫正。
3、通过将外模以及内膜与模具外体之间的滑动配合，能够保证其在楔形夹紧过程中，正常的滑动，进而对管口进行施压矫正。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的整体装配结构示意图。
图2为本发明模具外体结构示意图。
图3为本发明外模结构示意图。
图4为本发明第一楔块结构示意图。
图5为本发明内模结构示意图。
图6为本发明对弧度预制过渡情况时的操作状态图。
图7为本发明对弧度预制不到位情况时的操作状态图。
图中：模具外体1、外模2、第一楔块3、内模4、第二楔块5、卡销6；
四棱锥形头101、矩形通孔102、第一燕尾滑轨103、第一安装板104、缺口105、第二安装板106、第二燕尾滑轨107；
外模斜面201、外模销孔202、外模内弧面203、外模燕尾槽204；
楔块销孔301、垂直面302、楔形面303；
内模斜面401、内模外弧面402、内模销孔403、内模燕尾槽404。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-7，一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，它包括模具外体1，所述模具外体1的中间部位加工有矩形通孔102，所述矩形通孔102的底边加工有缺口105，在缺口105的两侧形成第一安装板104和第二安装板106，所述第一安装板104上滑动配合安装有外模2，所述第二安装板106上滑动配合安装有内模4，所述外模2和矩形通孔102的内壁之间设置有第一楔块3，所述内模4和矩形通孔102的外壁之间设置有第二楔块5。通过采用上述的装置能够用于压力钢管管口的变形矫正，其操作简单，使用方便，能够很好的保证矫正精度，因为高强度钢在制造过程的特殊性，不能像碳钢和低合金结构钢那样随便焊接码子来进行强制装配，装配过程中尽量采用无码装配方法，以保证不损伤母材。而采用上述装置无需进行额外的码子焊接，保证了母材质量。
进一步的，所述模具外体1的顶部加工有四棱锥形头101，在第一安装板104的顶部加工有第一燕尾滑轨103，在第二安装板106的顶部加工有第二燕尾滑轨107。通过采用上述的模具外体1能够对外模2和内模4进行组装进而保证了后续的矫正过程。
进一步的，所述外模2上加工有外模斜面201，与外模斜面201相对的面加工有外模内弧面203，所述外模内弧面203与钢管的外圆周相配合，在外模2的中心位置加工有外模销孔202，在外模2上加工有外模燕尾槽204，所述外模燕尾槽204与模具外体1的第一燕尾滑轨103构成滑动配合。通过所述的外模内弧面203能够对钢管的外圆周产生一定的压紧力，而且与钢管的外圆相配合对其进行矫正。
进一步的，所述内模4上加工有内模斜面401，与内模斜面401相对的面加工有内模外弧面402，所述内模外弧面402与钢管的内圆周相配合，在内模4的中心位置加工有内模销孔403，在内模4上加工有内模燕尾槽404，所述内模燕尾槽404与模具外体1的第二燕尾滑轨107构成滑动配合。
进一步的，所述第一楔块3和第二楔块5采用相同的结构，所述第一楔块3包括楔形面303，所述楔形面303与外模2的外模斜面201以及内模4的内模斜面401构成楔形顶紧配合，在与楔形面303相对的面加工有垂直面302，在第一楔块3的中心位置加工有楔块销孔301。
进一步的，所述模具外体1、第一楔块3和第二楔块5采用锻钢件材料制成。采用锻钢件保证了其结构强度。
进一步的，所述外模2和内模4采用与钢管相同的材料制成，在外模2和内模4的外表面采用淬火工艺处理。通过采用淬火工艺处理保证了其表面的强度，同时增大了其表面的耐磨性能。
实施例2：
任意一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置进行矫形的方法，它包括以下步骤：
Step1：确定瓦片管口错位的情况；
Step2：根据不同的错位情况选用相应的矫正操作方法；
Step3：通过装置对瓦片管口错位进行校正。
实施例3：
如图6、7所述Step2中错位情况包括弧度预制过渡和弧度预制不到位两种情况；
如图6，两个瓦片组对时，B端口预制过大，要消除错边，就需要将B端直径方向朝外顶出去，所述弧度预制过渡的矫正操作方法包括以下步骤：
Step21：将外模2与第一楔块3通过内置的卡销6连接成一个整体；
Step22：将外模2通过外模燕尾槽204与模具外体1的第一燕尾滑轨103进行组合，使其固定在模具外体1的第一安装板104上；
Step23：将内模4通过内模燕尾槽404与模具外体1的第二燕尾滑轨107进行组合，进而将其预装在模具外体1的第二安装板106上；
Step24：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保外模2与模具外体1的锁定到位，使外模2与钢管管口的A端口侧的外圆周接触良好；
Step25：调整内模4，使内模4与钢管管口的B端口侧的内圆周接触良好，将内模4横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step26：在内模4和模具外体1的内侧端用第二楔块5预塞紧，并检查确保内模4、外模2与模具外体1的装配稳固；
Step27：在第二楔块5的外端面，采用大锤不连续的对第二楔块5施加作用力，在第二楔形块5不断挤压作用下，使得内模外弧面402以及外模内弧面203与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第二楔形块5顶到位后，钢管的B端口自然就与A端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
实施例4：
如图7，两个瓦片组对时，C端口预制弧度不到位，要消除错边，就需要将C端朝直径向顶进来，所述弧度预制不到位的矫正操作方法包括以下步骤：
Step31：将内模4与第二楔块5通过内置的卡销6连接成一个整体；
Step32：将内模4通过内模燕尾槽404与模具外体1的第二燕尾滑轨107进行组合，使其固定在模具外体1的第二安装板106上；
Step33：将外模2通过外模燕尾槽204与模具外体1的第一燕尾滑轨103进行组合，进而将其预装在模具外体1的第一安装板104上；
Step34：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保内模4与模具外体1的锁定到位，使内模4与钢管管口的D端口侧的内圆周接触良好；
Step35：调整外模2，使外模2与钢管管口的C端口侧的外圆周接触良好，将外模2横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step36：在外模2和模具外体1的内侧端用第一楔块3预塞紧，并检查确保内模4、外模2与模具外体1的装配稳固；
Step37：在第一楔块3的外端面，采用大锤不连续的对第一楔块3施加作用力，在第一楔块3不断挤压作用下，使得内模外弧面402以及外模内弧面203与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第一楔块3顶到位后，钢管的C端口自然就与D端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (10)
1.一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：它包括模具外体（1），所述模具外体（1）的中间部位加工有矩形通孔（102），所述矩形通孔（102）的底边加工有缺口（105），在缺口（105）的两侧形成第一安装板（104）和第二安装板（106），所述第一安装板（104）上滑动配合安装有外模（2），所述第二安装板（106）上滑动配合安装有内模（4），所述外模（2）和矩形通孔（102）的内壁之间设置有第一楔块（3），所述内模（4）和矩形通孔（102）的外壁之间设置有第二楔块（5）。
2.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述模具外体（1）的顶部加工有四棱锥形头（101），在第一安装板（104）的顶部加工有第一燕尾滑轨（103），在第二安装板（106）的顶部加工有第二燕尾滑轨（107）。
3.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述外模（2）上加工有外模斜面（201），与外模斜面（201）相对的面加工有外模内弧面（203），所述外模内弧面（203）与钢管的外圆周相配合，在外模（2）的中心位置加工有外模销孔（202），在外模（2）上加工有外模燕尾槽（204），所述外模燕尾槽（204）与模具外体（1）的第一燕尾滑轨（103）构成滑动配合。
4.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述内模（4）上加工有内模斜面（401），与内模斜面（401）相对的面加工有内模外弧面（402），所述内模外弧面（402）与钢管的内圆周相配合，在内模（4）的中心位置加工有内模销孔（403），在内模（4）上加工有内模燕尾槽（404），所述内模燕尾槽（404）与模具外体（1）的第二燕尾滑轨（107）构成滑动配合。
5.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述第一楔块（3）和第二楔块（5）采用相同的结构，所述第一楔块（3）包括楔形面（303），所述楔形面（303）与外模（2）的外模斜面（201）以及内模（4）的内模斜面（401）构成楔形顶紧配合，在与楔形面（303）相对的面加工有垂直面（302），在第一楔块（3）的中心位置加工有楔块销孔（301）。
6.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述模具外体（1）、第一楔块（3）和第二楔块（5）采用锻钢件材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置，其特征在于：所述外模（2）和内模（4）采用与钢管相同的材料制成，在外模（2）和内模（4）的外表面采用淬火工艺处理。
8.采用权利要求1-7任意一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置进行矫形的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
Step1：确定瓦片管口错位的情况；
Step2：根据不同的错位情况选用相应的矫正操作方法；
Step3：通过装置对瓦片管口错位进行校正。
9.根据权利要求8所述一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置的矫形方法，其特征在于：所述Step2中错位情况包括弧度预制过渡和弧度预制不到位两种情况；
所述弧度预制过渡的矫正操作方法包括以下步骤：
Step21：将外模（2）与第一楔块（3）通过内置的卡销（6）连接成一个整体；
Step22：将外模（2）通过外模燕尾槽（204）与模具外体（1）的第一燕尾滑轨（103）进行组合，使其固定在模具外体（1）的第一安装板（104）上；
Step23：将内模（4）通过内模燕尾槽（404）与模具外体（1）的第二燕尾滑轨（107）进行组合，进而将其预装在模具外体（1）的第二安装板（106）上；
Step24：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保外模（2）与模具外体（1）的锁定到位，使外模（2）与钢管管口的A端口侧的外圆周接触良好；
Step25：调整内模（4），使内模（4）与钢管管口的B端口侧的内圆周接触良好，将内模（4）横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step26：在内模（4）和模具外体（1）的内侧端用第二楔块（5）预塞紧，并检查确保内模（4）、外模（2）与模具外体（1）的装配稳固；
Step27：在第二楔块（5）的外端面，采用大锤不连续的对第二楔块（5）施加作用力，在第二楔形块（5）不断挤压作用下，使得内模外弧面（402）以及外模内弧面（203）与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第二楔形块（5）顶到位后，钢管的B端口自然就与A端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
10.根据权利要求9所述一种用于大口径高强度钢管瓦片组装管口矫形的装置的矫形方法，其特征在于：
所述弧度预制不到位的矫正操作方法包括以下步骤：
Step31：将内模（4）与第二楔块（5）通过内置的卡销（6）连接成一个整体；
Step32：将内模（4）通过内模燕尾槽（404）与模具外体（1）的第二燕尾滑轨（107）进行组合，使其固定在模具外体（1）的第二安装板（106）上；
Step33：将外模（2）通过外模燕尾槽（204）与模具外体（1）的第一燕尾滑轨（103）进行组合，进而将其预装在模具外体（1）的第一安装板（104）上；
Step34：将整个装置吊装到钢管管口需矫正部位的中心位置，装配调整到位，确保内模（4）与模具外体（1）的锁定到位，使内模（4）与钢管管口的D端口侧的内圆周接触良好；
Step35：调整外模（2），使外模（2）与钢管管口的C端口侧的外圆周接触良好，将外模（2）横向锁定好，其垂直与管口方向是自由的；
Step36：在外模（2）和模具外体（1）的内侧端用第一楔块（3）预塞紧，并检查确保内模（4）、外模（2）与模具外体（1）的装配稳固；
Step37：在第一楔块（3）的外端面，采用大锤不连续的对第一楔块（3）施加作用力，在第一楔块（3）不断挤压作用下，使得内模外弧面（402）以及外模内弧面（203）与矫正部位的外圆周和内圆周贴合，第一楔块（3）顶到位后，钢管的C端口自然就与D端口配合到位，达到了管口矫形的目的。
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