CN110170804B - 海底管道焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底管道焊接方法，其采用的装置包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构，以上各个机构按照次序布置于外壳的某一圆周方向上。所述海底管道焊接方法包括对管道的附着物清理、焊缝清洗、微波烘干、焊接、敲打去应力以及焊后打磨和喷涂等操作。由于本发明方法是针对海底管道所处的特殊环境提出的焊接方法，因此相比于现有的人工海底管道焊接作业，能够实现海底管道焊接的连续作业，提高海底管道的焊接效率和焊接质量。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种海底管道焊接方法。
背景技术
随着海洋、湖泊的开发，水下机械装备的需求越来越多，比如水下金属管道(下面简称水下管道)，水下管道的安装或修复离不开焊接工艺。目前工程上对于水下管道的焊接工作几乎完全依赖于人工操作，焊接过程繁琐复杂，费时费力，在连续作业条件下存在很大的难度，此外，水下管道焊接时可见度差，焊后的接头强度和密封性难以保证，往往含氢量高并易于氧化。由此可见，目前的水下焊接作业不但危险系数高，而且焊缝质量难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种海底管道焊接方法，该方法基于提出的海底管道焊接装置，以实现海底管道焊接的连续作业，从而提高海底管道的焊接效率和焊接质量。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
海底管道焊接方法，基于海底管道焊接装置对海底管道进行焊接操作；
海底管道焊接装置包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构；
其中，外壳呈圆筒形，该外壳包括两个半圆筒形框架；
两个半圆筒形框架的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁；
在两个半圆筒形框架相互铰接的侧边顶部和/或底部位置安装有外壳开启机构；
当外壳闭合时，在外壳顶部和底部中间位置分别形成一个直径等于或小于管道直径的圆孔，且外壳顶部和底部的其他位置以及外壳侧部均安装有防水隔板；
行走机构安装于外壳的内侧，且包括三个沿外壳的轴线方向伸展的行走单元；
当沿行走单元的伸展方向看时，三个行走单元处于同一圆周方向的三个等分点上；
每个行走单元均包括行走支架以及两个麦克纳姆轮；其中：
行走支架的安装方向与外壳的轴线方向一致；
每个麦克纳姆轮分别位于行走支架的一端，且每个麦克纳姆轮分别配置有位置调整机构；
两个麦克纳姆轮的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离；
管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构均安装于外壳内侧，且在某一周向方向上沿逆时针或顺时针方向按次序布置；
在外壳内侧还安装有抽水设备，在外壳上设有与抽水设备相连的排水孔；
海底管道焊接方法包括如下步骤：
a.将海底管道焊接装置下放至海底待焊接管道处，外壳打开一定角度，水平移动外壳，使得外壳的轴线与海底管道的轴线重合，外壳闭合；
b.利用抽水设备将外壳内的水排出，以保证外壳内的无水环境；
c.行走机构动作，带动海底管道焊接装置沿管道的轴向运动至待焊接位置的深度；
d.行走机构沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得管道附着物打磨机构首先与待焊接位置对准，管道附着物打磨机构将附着在海底管道上的附着物清理掉；
e.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊缝清洗机构与待焊接位置对准，焊缝清洗机构首先利用化学清洗液将待焊接位置处的附着物去除；
然后进一步通过清水将待焊接位置处的化学清洗液去除；
f.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得微波烘干机构与待焊接位置对准，微波烘干机构将待焊接位置烘干；
g.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊接机构与待焊接位置对准，焊接机构实现对待焊接位置的焊接操作；
h.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得敲打机构与焊接后的位置对准，利用敲打机构产生的振动消除焊接位置的残余应力；
i.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊后打磨机构与焊接后的位置对准，焊后打磨机构去除焊接位置的毛刺；
j.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得喷涂机构与焊接后的位置对准，喷涂机构实现对焊接后位置的喷涂，至此，一次焊接操作结束。
优选地，外壳开启机构包括推杆固定座以及两个电动推杆；推杆固定座为固定设置；
一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接于一个半圆筒形框架上；
另一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接在另一个半圆筒形框架上。
优选地，半圆筒形框架包括三个半圆形支架以及立式连接架；其中：
三个半圆形支架沿上下方向平行布置；
立式连接架的上端、中间位置和下端分别通过螺栓与相应位置处的半圆形支架连接；
防水隔板包括半圆弧形侧板和半圆环形板；
其中，在相邻两个半圆形支架之间安装半圆弧形侧板；
在最上端和最下端的半圆形支架上沿水平方向还分别安装有半圆环形板。
优选地，位置调整机构包括驱动电机、丝杠、丝杠螺母、丝杠支撑座以及调节支架；
丝杠支撑座有两个，且分别安装于行走支架上；
丝杠安装于两个丝杠支撑座之间，丝杠螺母套置于丝杠上并与丝杠螺纹配合；
驱动电机位于丝杠的一端且与丝杠相连；
调节支架包括麦克纳姆轮安装支架、连接架以及一号轴座和二号轴座；其中：
在麦克纳姆轮安装支架的一端安装有麦克纳姆轮并设有三号轴座；
一号轴座安装于丝杠螺母上，二号轴座安装于行走支架的端部；
连接架的一端通过销轴安装于一号轴座上，另一端通过销轴安装于三号轴座上；
麦克纳姆轮安装支架的另一端通过销轴安装于二号轴座上。
优选地，管道附着物打磨机构和焊后打磨机构的结构形式相同，即均包括打磨辊、打磨辊支架、减速电机以及打磨辊支架安装板；其中：
打磨辊安装于打磨辊支架上，减速电机位于打磨辊支架的一端并与打磨辊相连；
打磨辊支架与打磨辊支架安装板平行设置；
打磨辊支架安装板与打磨辊支架之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接。
优选地，焊缝清洗机构包括清洗喷嘴、喷嘴支架、喷嘴支架安装板、酸/碱液罐以及清水罐；其中，清洗喷嘴有两个且分别安装于喷嘴支架上，清洗喷嘴采用扁平结构；
一个清洗喷嘴通过管路连接至酸/碱液罐，另一个清洗喷嘴通过管路连接至清水罐；
喷嘴支架与喷嘴支架安装板平行设置；
在喷嘴支架安装板与喷嘴支架之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接。
优选地，微波烘干机构包括磁控管、磁控管支架以及磁控管支架安装板；其中：
磁控管安装于磁控管支架上；磁控管支架与磁控管支架安装板平行设置；
在磁控管支架与磁控管支架安装板之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接。
本发明具有如下优点：
1.本发明方法无需人工潜水进行焊接操作，焊接装置的运动、焊接和打磨等功能均能够自主完成，因而具有工作效率高，接头焊接质量高等优点。
2.本发明方法针对海底管道所处的特殊环境，依次实现水下管道附着物的打磨、焊缝酸(碱)洗、微波烘干、焊接、焊后去应力、焊缝打磨以及喷涂等功能。
3.本发明方法巧妙地利用麦克纳姆轮，实现海底管道焊接装置沿着管道轴向和周向运动，结构内部利用抽水设备进行排水操作，为焊接提供良好的工作环境。
附图说明
图1为本发明实施例中海底管道焊接装置的结构示意图(去除外壳)；
图2为本发明实施例中海底管道焊接装置的俯视图；
图3为本发明实施例中外壳的结构示意图；
图4为本发明实施例中外壳的结构示意图(仅保留框架结构)；
图5为本发明实施例中外壳开启机构的结构示意图(仰视图)；
图6为本发明实施例中外壳的俯视图(仅保留框架结构)；
图7为图6中的A部放大图；
图8为本发明实施例中半圆形支架的侧部剖面图；
图9为本发明实施例中半圆环形板的俯视图；
图10为本发明实施例中半圆环形板的侧视图。
图11为本发明实施例中外壳打开时的结构示意图；
图12为本发明实施例中外壳的结构示意图(去除部分半圆弧形侧板)。
图13为本发明实施例中行走单元的结构示意图；
图14为本发明实施例中行走机构的安装示意图；
图15为本发明实施例中行走机构的侧视图；
图16为本发明实施例中行走机构的俯视图；
图17为本发明实施例中管道附着物打磨机构的结构示意图；
图18为本发明实施例中打磨辊支架的结构示意图；
图19为本发明实施例中打磨辊支架安装板的结构示意图；
图20为本发明实施例中连杆的结构示意图；
图21为本发明实施例中管道附着物打磨机构的安装示意图；
图22为本发明实施例中焊后打磨机构的结构示意图；
图23为本发明实施例中焊缝清洗机构的结构示意图；
图24为本发明实施例中微波烘干机构的结构示意图；
图25为本发明实施例中焊接机构的结构示意图；
图26为本发明实施例中海底管道焊接方法的流程示意图。
其中，1-外壳，2-行走机构，3-管道附着物打磨机构，4-焊缝清洗机构，5-微波烘干机构，6-焊接机构，7-敲打机构，8-焊后打磨机构；101、102-半圆筒形框架，103-电磁铁，104-推杆固定座，105、106-电动推杆，107、108-铰接座，109、110、111-半圆形支架，112-立式连接架，113-固定座，114-半圆弧形侧板，115-半圆环形板，116-圆孔，117-半圆形板安装槽，118-排水孔；201-行走单元，202-行走支架，203-麦克纳姆轮，204-驱动电机，205-丝杠，206-丝杠螺母，207-麦克纳姆轮安装支架，208-连接架；209-一号轴座，210-二号轴座，211-三号轴座，212、213、214-安装孔；301-打磨辊，302-打磨辊支架，303-减速电机，304-打磨辊支架安装板，305-轴承孔，306-加强筋，307-连杆，308-杆体，309-圆形挡片，310-连杆穿孔，311-压缩弹簧，312-夹持平板，313-安装孔；401-清洗喷嘴一，402-清洗喷嘴二，403-喷嘴支架，404-喷嘴支架安装板，405-连杆，406-压缩弹簧；501-磁控管，502-磁控管支架，503-磁控管支架安装板，504-连杆，505-压缩弹簧；601-储气罐，602-焊头，603-焊接支架。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1和图2所示，本实施例述及了一种海底管道焊接装置。
该焊接装置包括外壳1、行走机构2、管道附着物打磨机构3、焊缝清洗机构4、微波烘干机构5、焊接机构6、敲打机构7、焊后打磨机构8以及喷涂机构等。
如图3所示，外壳1呈圆筒形，其包括半圆筒形框架101、102。
其中，半圆筒形框架101与半圆筒形框架102相对设置(例如，沿图3中的左、右方向相对设置)，且拼合后形成上述圆筒形的外壳1。
外壳1为侧部可开启的外壳，其中：
半圆筒形框架101、102的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁103。
通过上述结构形式，可以保证两个半圆筒形框架均能够开启和闭合，且当两个半圆筒形框架闭合后，通过电磁铁相互吸合，以保证外壳1的封闭效果。
其中，上述一组侧边是指半圆筒形框架101和半圆筒形框架102相对的两个侧边。
如图5所示，为了方便外壳1的开启，在半圆筒形框架101、102相互铰接的侧边顶部位置设有外壳开启机构，以推动两个半圆形框架打开和关闭。
此外，外壳开启机构也可设置在半圆筒形框架101、102相互铰接的侧边底部位置。
当然，还可以在半圆筒形框架101、102相互铰接的侧边顶部位置和底部位置分别设置一套外壳开启机构，通过两套外壳开启机构协同作用，能够保证外壳的打开和闭合效果。
以顶部设置的外壳开启机构为例进行说明，如图5和图12所示。
每个外壳开启机构均包括推杆固定座104以及两个电动推杆105、106。
推杆固定座104通过螺栓设置在半圆筒形框架101和半圆筒形框架102的铰接处。
为了方便说明，图5给出的是外壳开启机构的仰视图。
推杆固定座104、电动推杆105、106均位于下述半圆形支架109的下方。
在半圆形支架109与半圆形支架110之间安装半圆弧形侧板114后，推杆固定座104、电动推杆105、106位于半圆弧形侧板114的内侧。
电动推杆105一端安装于推杆固定座104上，另一端铰接于半圆筒形框架101上；电动推杆106一端安装于推杆固定座104上，另一端铰接在半圆筒形框架102上。
具体的，在半圆筒形框架101、102上分别设有一个铰接座107、108。
电动推杆105另一端铰接在铰接座107上，电动推杆106另一端铰接在铰接座108上。
以半圆筒形框架101为例进行说明：
如图4所示，半圆筒形框架包括三个半圆形支架109、110、111以及立式连接架112。
三个半圆形支架沿上、下方向平行布置。
立式连接架112的上端、中间位置和下端分别设有固定座，例如固定座113。
本实施例中固定座113优选为U形结构。
其中，在固定座113上设有安装孔，在各个半圆形支架的对应位置设有安装孔。
立式连接架112的上端、中间位置和下端分别通过螺栓与相应位置处的半圆形支架连接。
此外，在半圆形支架109与半圆形支架110之间、以及半圆形支架110与半圆形支架111之间分别设有半圆弧形侧板，例如半圆弧形侧板114，如图3所示。
在最上端的半圆形支架，即半圆形支架109上水平安装有半圆环形板115，如图3所示。此外，在最下端的半圆形支架，即半圆形支架111上还水平安装有半圆环形板(未示出)。
半圆弧形侧板114和半圆环形板115为防水隔板，有效阻止水进入到外壳1内。
半圆筒形框架102具有与半圆筒形框架101相同的结构。
通过上述结构设计，使得半圆筒形框架101和半圆筒形框架102组合后，即外壳1闭合后，外壳的顶部和底部中间位置分别形成一个圆孔，例如圆孔116，如图3所示。
顶部的圆孔116与底部的圆孔116在竖直方向上相对。
圆孔116的直径应等于或略小于水下管道的直径，以保证外壳套置在水下管道上时，半圆环形板115能够与水下管道贴合的比较紧密，从而保证外壳的密封性。
半圆弧形侧板114以及半圆环形板115优选均是由碳纤维增强基复合材料制成的，以提高外壳的抗压强度，同时减轻外壳整体的重量。
半圆形支架和立式连接架是由铝合金或不锈钢材料制成的，以保证外壳1的结构强度。
如图6和图7所示，为了实现半圆筒形框架101、102开口处的吸合，本实施例中电磁铁103的数量总共有六个，且每个半圆形框架对应的电磁铁数量有三个。
以半圆形支架109为例进行说明：
在半圆筒形框架101的半圆形支架109(对应开口位置)端部设有一个电磁铁103a，在半圆筒形框架102的半圆形支架109(对应开口位置)端部设有一个电磁铁103b。
当外壳闭合后，电磁铁103a和电磁铁103b可以相互吸引，以保证外壳的闭合效果。
电磁铁103的安装方式有多种，例如可通过螺栓安装到半圆形支架109上。
同理，在半圆筒形框架101的半圆形支架110(对应开口位置)端部与半圆筒形框架102的半圆形支架110(对应开口位置)端部也分别设置一个电磁铁103。
同理，在半圆筒形框架101的半圆形支架111(对应开口位置)端部与半圆筒形框架102的半圆形支架111(对应开口位置)端部也分别设置一个电磁铁103。
以上电磁铁的设置，很好保证了外壳1的闭合效果，当需要打开外壳时，只需要将各个电磁铁的电断开，然后在外壳开启机构的作用下，使得外壳打开一定角度。
此外，本实施例为了实现半圆环形板115的安装，还进行了如下设计：
以其中一个半圆形支架109为例，如图8所示。
在半圆形支架109的内侧设有呈T形的半圆形板安装槽117。半圆环形板115的弧形边沿具有与半圆形板安装槽117相适应的T形，如图9和图10所示。
当然，半圆形板安装槽117也并不局限于上述T形结构。
在安装时，只需要将半圆环形板115从半圆形板安装槽117的一端插入半圆形板安装槽117即可。本实施例中半圆环形板115安装方便，且密封效果好。
半圆环形板在半圆形支架111上的安装方式与在半圆形支架109上的安装方式相同。
外壳1能够为水下焊接工作提供相对密封，且抗压强度大的工作环境。
本实施例中外壳1的大致工作过程为：
当海底管道焊接装置下潜到指定的位置(水下管道需要焊接的位置)后，电磁铁103失电，外壳开启机构动作，使得外壳1打开一定的角度，如图11所示；
当外壳1套置在水下管道上后，外壳开启机构动作，使得外壳关闭，由于外壳顶部的圆孔116和底部的圆孔116尺寸与水下管道尺寸相应，因而外壳1内形成封闭空间。
此外，在外壳1内侧还安装有抽水设备(未示出)，且安装于外壳1的底部，即由两个半圆形支架111组成的圆形支架处，在外壳1上设有与抽水设备相连的排水孔118。
利用抽水设备将外壳1内的水排出，从而降低水下焊接工作的操作难度。此外，为了检测外壳1内的水是否完全排出，还可以设置液位传感器(未示出)。
液位传感器设置于外壳1的底部位置，液位传感器的数量有四个，分别位于一个圆周方向的四等分点上，便于实现对外壳1内液位的精确检测。
当外壳1内的水抽完时，液位传感器会向焊接装置的控制单元发送信号。
行走机构2安装于外壳1的内侧，实现焊接装置沿管道轴向和周向的精确运动。例如：
当行走机构2沿管道轴向运动时，可带动各个机构到达焊缝指定深度位置。
当行走机构2沿周向运动时，可以带动下述各个机构依次精准到达焊缝位置，从而实现对焊缝的管道附着物清理、清洗、焊接、焊后打磨、去应力和喷涂等操作。
如图13至图16所示，行走机构2包括三个行走单元201。
三个行走单元201沿外壳1的轴线方向即图14中上、下方向伸展。
当沿行走单元201的伸展方向看时，如图16所示，三个行走单元201处于同一圆周方向的三个等分点上。以其中一个行走单元201为例进行说明：
如图13所示，每个行走单元均包括行走支架202以及两个麦克纳姆轮203。
各个行走支架202优选通过螺栓安装于以上立式连接架112上。当然，各个行走支架202的顶部、中间位置和底部也可以分别单独通过螺栓安装到各个半圆形支架上。
行走支架202的伸展方向与外壳1的轴线方向相同。
每个麦克纳姆轮203位于行走支架202一端，且每个麦克纳姆轮分别配置位置调整机构。
通过位置调整机构，可实现对麦克纳姆轮203位置的调节。
两个麦克纳姆轮203的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离。当向外分离时，麦克纳姆轮203与行走支架202的间距增大(如图13所示)，从而实现对管道的贴紧。
当三个行走单元201中的总共六个麦克纳姆轮203均向外运动至远端位置时，行走机构可实现对管道的抱紧，控制六个麦克纳姆轮203的运动实现沿管道轴向和周向的运动。
下面描述一种较佳的行走单元201的结构形式，如图13所示。
位置调整机构包括驱动电机204、丝杠205、丝杠螺母206、丝杠支撑座以及调节支架。
丝杠支撑座有两个，且分别安装于行走支架202上。例如：
其中一个丝杠支撑座位于行走支架202的端部，另一个位于行走支架202的中间位置。
丝杠205安装于两个丝杠支撑座之间(丝杠205的端部通过轴承安装)。
丝杠螺母206套置于丝杠205上并与丝杠205螺纹配合。
驱动电机204位于丝杠205的一端且与丝杠205相连，该驱动电机204例如设置在行走支架202的中间位置，驱动电机204可以通过螺栓安装于行走支架202上。
驱动电机204通过联轴器与丝杠205的端部相连。
调节支架包括麦克纳姆轮安装支架207、连接架208以及一号轴座209和二号轴座210。
在麦克纳姆轮安装支架207的一端(例如图13中A端)安装有麦克纳姆轮203。另外，在麦克纳姆轮安装支架207的A端还焊接连接有三号轴座211。
在一号轴座209、二号轴座210以及三号轴座211上分别设有轴孔。
一号轴座209焊接安装于丝杠螺母206上，二号轴座210安装于行走支架202的端部。
连接架208优选采用直连接架，在直连接架的两个端部分别设有轴孔。连接架208一端通过销轴安装于一号轴座209上，另一端通过销轴安装于三号轴座211上。
麦克纳姆轮安装支架207的另一端B通过销轴安装于二号轴座210上。
麦克纳姆轮203与行走支架202之间的距离发生变化的大致过程为：
驱动电机204带动丝杠205转动，丝杠螺母206向外运动，一号轴座209和二号轴座210之间的距离减小，同时将麦克纳姆轮203撑起，麦克纳姆轮与行走支架之间的距离增大。
由于行走支架202的位置固定，因此当六个麦克纳姆轮203与行走支架202之间的距离增大时，意味着六个麦克纳姆轮203同时向外壳的轴线靠近并实现对管道的夹紧。
当各个六个麦克纳姆轮203贴紧在管道上时，通过控制六个麦克纳姆轮203的动作，即可实现焊接装置沿管道的轴向方向和周向方向的精确运动。
同理，当驱动电机204带动丝杠205反向转动时，丝杠螺母206向内收拢，一号轴座209和二号轴座210之间的距离增大，麦克纳姆轮203与行走支架202之间的距离减小。
由于行走支架202的位置固定，因此，当六个麦克纳姆轮203与行走支架202之间的距离减小时，意味着六个麦克纳姆轮203同时远离外壳的轴线并松开对管道的夹紧。
此外，为了实现本实施例中行走机构2的安装，在行走支架202的两端以及行走支架202的中间位置分别设有安装孔，例如安装孔212、213、214。
通过以上各个安装孔212、213、214，同时配合着紧固螺栓，可以使得各个行走支架202的顶部、中间位置和底部分别安装到半圆形支架109、110、111上。
如图2所示，管道附着物打磨机构3、焊缝清洗机构4、微波烘干机构5、焊接机构6、敲打机构7、焊后打磨机构8和喷涂机构(未示出)均安装于外壳1的内侧。
具体的，以上各个机构分别安装于外壳1中部由两个半圆形支架110组成的圆形支架上。且各个机构在圆形支架上沿逆时针方向按次序布置。
通过以上结构布置，同时配合行走机构2的精确运动，能够实现对管道焊缝的水下管道附着物的打磨、焊缝清洗、微波烘干、焊接、敲打、焊缝打磨和喷漆等功能。
由于各个机构的布置顺序与水下管道焊接过程中各个工艺的操作顺序是对应的，因此能够提高水下管道的焊接效率，同时保证焊接装置的自动化操作。
当然，以上各个机构也并不限于逆时针方向布置，还可以时顺时针方向按次序布置。
下面结合附图对管道附着物打磨机构3、焊缝清洗机构4、微波烘干机构5、焊接机构6、敲打机构7、焊后打磨机构8等结构进行详细说明。
管道附着物打磨机构3和焊后打磨机构8结构相同，不同点在于管道附着物打磨机构3中打磨辊采用低强度打磨辊，焊后打磨机构8中打磨辊采用高强度打磨辊。
以管道附着物打磨机构3为例进行说明，如图17所示，管道附着物打磨机构3包括打磨辊301、打磨辊支架302、减速电机303以及打磨辊支架安装板304。
打磨辊301可选用常见的清理类毛刷辊(低强度打磨辊)，在焊接之前，管道附着物打磨机构3打磨附着在水下管道上的泥和植物等非金属附着物，创设一个良好的焊接环境。
打磨辊301安装于打磨辊支架302上，减速电机303位于打磨辊支架302的一端(例如图17中左端)并与打磨辊301相连，减速电机303带动打磨辊301转动实现自动打磨。
结合图18所示，本实施例中的打磨辊支架302呈C形。
在打磨辊支架302的两个端部(图18中的左、右端部)位置分别设置轴承孔305，用于安装轴承(未示出)。打磨辊301的辊轴通过轴承安装于轴承孔305处。
减速电机303通过螺栓安装于打磨辊支架302的一端外侧，且与打磨辊301的辊轴相连。
其中，减速电机303与打磨辊301的辊轴之间可通过联轴器连接。
打磨辊支架安装板304与打磨辊支架302平行设置。
其中，打磨辊支架安装板304的作用在于实现整个打磨机构与半圆形支架110的连接。
打磨辊支架安装板304与打磨辊支架302之间设有两个连杆，例如连杆307。连杆307可实现打磨辊支架安装板304与打磨辊支架302之间的连接。
本实施例提供了一种较佳的连杆307结构形式，如图20所示。
连杆307包括杆体308和圆形挡片309，圆形挡片309位于杆体308的一个端部。优选地，杆体308与圆形挡片309采用一体加工成型，当然也可以为焊接连接等。
如图19所示，在打磨辊支架安装板304上设有连杆穿孔310，连杆穿孔310直径小于圆形挡片309直径。杆体308另一个端部经由连杆穿孔310穿过并连接在打磨辊支架302上。
此种连接方式例如为焊接连接，即杆体308的另一端焊接在打磨辊支架302上。
当然也可以采用螺纹连接，即在打磨辊支架302上设置螺纹孔，杆体308的另一端部加工外螺纹，杆体308的另一端部伸入到上述螺纹孔内实现连接。
此外，在打磨辊支架安装板304与打磨辊支架302之间的杆体上套置有压缩弹簧311。
连杆307可以承受打磨辊支架302上的压力，使得打磨辊支架302不会轻易损坏。
由于压缩弹簧311套置在连杆307上，压力来时能够实现减震的功能，从而保证管道附着物打磨机构3能平稳的对管道上的附着物进行清理和打磨。
当然，连杆307并不限于上述两个，还可以多于两个，例如四个、六个等。
如图19所示，在打磨辊支架安装板304上设有两个平行布置且均垂直于安装板表面的夹持平板312。夹持平板312与打磨辊支架安装板304优选采用焊接连接。
夹持平板312实现打磨辊支架安装板304与半圆形支架110的安装，如图21所示。
为了保证安装效果，两个夹持平板312之间的距离等于半圆形支架110的厚度。
半圆形支架110卡在两个夹持平板312之间，即两个夹持平板312分别与半圆形支架110的上、下表面接触。在每个夹持平板312的中部设有安装孔313，如图19所示。
在半圆形支架110上对应安装孔313位置设有通孔。待通孔与安装孔313对准后，通过插入安装孔313和通孔的螺栓实现夹持平板312(打磨机构)与半圆形支架110的连接。
为了提高强度，夹持平板312与打磨辊支架安装板304之间设有加强筋306。打磨辊支架302、打磨辊支架安装板304以及夹持平板312均采用钢板制成，保证结构强度。
如图21所示，管道附着物打磨机构3为竖向安装，即在安装时两个夹持平板312横向放置，从而实现与半圆形支架110的安装，打磨机构可对焊缝处的表面进行自动打磨。
如图22所示，焊后打磨机构8中的打磨辊采用高强度打磨辊，例如金属丝毛刷辊，用于打磨焊接后的焊接多余残留物(焊缝处毛刺)，从而保持管道外表面的光滑。
焊后打磨机构8也采用与打磨辊支架安装板304相同的结构安装于半圆形支架110上。
如图23所示，焊缝清洗机构4包括清洗喷嘴一401、清洗喷嘴二402、喷嘴支架403、喷嘴支架安装板404、酸液罐以及清水罐(未示出)。
其中，清洗喷嘴一401、清洗喷嘴二402分别(通过螺栓)安装于喷嘴支架403上。
清洗喷嘴一401通过管路(未示出)连接至酸液罐，在管道附着物打磨机构3对附着在管道上的泥和植物等非金属附着物清理之后，清洗喷嘴一401向管道上喷射化学清洗液，将管道上的化学难清理附着物去除，为焊接营造一个良好的环境。
当然，以上酸液罐也可以替换为碱液罐。
清洗喷嘴二402则通过管路连接至清水罐，当管道上的化学难清理附着物去除后，进一步通过清洗喷嘴二402喷射清水将化学清洗后的残留物冲走，实现良好焊接。
进一步地，将清洗喷嘴一401、清洗喷嘴二402设计为扁平结构且二者平行布置，利于保证清洗宽度，增大喷射时的压力，以便将管道待焊接处清洗干净。
喷嘴支架403与喷嘴支架安装板404平行设置。
在喷嘴支架安装板404与喷嘴支架403之间设有至少两个连杆405并通过连杆连接。连杆405的结构与连杆307的结构相同，并且在连杆405上同样套置有压缩弹簧406。
连杆405可以承受喷嘴支架403上的压力，使得喷嘴支架403不会轻易损坏。
由于压缩弹簧406套置在连杆405上，压力来时能够实现减震的功能，保证焊缝清洗机构4能平稳的对管道进行焊缝酸洗或碱洗，达到清理管道表面化学难清理附着物的目的。
喷嘴支架安装板404采用与打磨辊支架安装板304相同的结构安装于半圆形支架110上。
如图24所示，微波烘干机构5包括磁控管501、磁控管支架502以及磁控管支架安装板503。其中，磁控管501通过螺栓安装于磁控管支架502上。
磁控管支架502与磁控管支架安装板503平行设置。
在磁控管支架502与磁控管支架安装板503之间设有至少两个连杆504并通过连杆连接。
通过磁控管501能够实现对管道的微波烘干效果，该工序发生在管道清洗之后。
连杆504具有与连杆307相同的结构，在连杆504上套置有压缩弹簧505。
连杆504可以承受磁控管支架502上的压力，使得磁控管支架502不会容易损坏。
由于压缩弹簧505套置在连杆504上，压力来时能够实现减震的功能，从而保证微波烘干机构5能够平稳的对管道进行微波烘干操作。
磁控管支架安装板503采用与打磨辊支架安装板相同的结构安装于半圆形支架110上。
如图25所示，焊接机构6包括储气罐601、输送气管、焊头602以及焊接支架603等部件。其中，储气罐601、输送气管、焊头602等均没有改进之处。
其中，焊接支架603的结构类似于上述打磨辊支架安装板304和夹持平板312，该结构方便将焊接机构6安装到由两个半圆形支架110组成的圆形支架上。
将焊接机构6安装于外壳内侧，简化了焊接装置的整体结构，增加了其实用性。
管道焊接完成后会存在焊接残余应力，其危害是降低焊接处的耐受性，根本原因是由于焊缝在冷却过程中的收缩，因此，焊后轻敲焊缝及其邻近区域使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。在焊接完成后利用敲打机构7产生的振动消除焊接接头的残余应力。
其中，本实施例中的敲打机构7可采用现有技术中已有的活塞推进敲打方式，完成去残余应力操作。敲打机构7的安装方式类似于焊接机构的安装方式。
去除残余应力后，利用焊后打磨机构8和喷涂机构依次实现对焊接位置的焊后打磨处理和喷涂处理，防止水对焊缝的腐蚀，从而延长焊缝的使用寿命。
喷涂机构也可采用现有技术中已有的喷涂机构，其安装方式类似于焊接机构6。
本发明通过管道附着物打磨机构3、焊缝清洗机构4、微波烘干机构5、焊接机构6、敲打机构7、焊后打磨机构8和喷涂机构等，能够依次实现对水下管道的管道附着物清理，焊缝清洗、微波烘干、焊接、敲打去应力以及焊后打磨和喷涂等功能，而且这些工艺是本发明针对水下(例如海洋和湖泊)等特定环境下提出的，明显不同于普通的焊接工艺。
本发明能够很好完成对水下管道的焊接操作，从而有效提高焊接效率，保证焊接质量。
此外，本发明还基于以上海底管道焊接装置提出了下述海底管道焊接方法。
如图26所示，海底管道焊接方法，包括如下步骤：
a.将海底管道焊接装置(例如通过绳索)下放至海底待焊接管道处，外壳1打开一定角度，水平移动外壳1，使得外壳1的轴线与海底管道的轴线重合，外壳闭合。
b.利用抽水设备将外壳1内的水排出，以保证外壳内的无水环境。
c.行走机构2动作带动海底管道焊接装置沿管道的轴向运动至待焊接位置的深度。
d.行走机构2沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得管道附着物打磨机构3首先与待焊接位置对准，管道附着物打磨机构3将附着在海底管道上的泥和植物等附着物清理掉。
e.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊缝清洗机构4与待焊接位置对准，焊缝清洗机构4首先利用化学清洗液将待焊接位置处的附着物去除；
然后进一步通过清水将待焊接位置处的化学清洗液去除，为焊接营造条件。
f.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得微波烘干机构5与待焊接位置对准，微波烘干机构5将待焊接位置烘干，防止多余水分对焊接质量造成影响。
g.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊接机构6与待焊接位置对准，焊接机构6实现对待焊接位置的焊接操作。
h.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得敲打机构7与焊接后的位置对准，利用敲打机构7产生的振动消除焊接位置的残余应力。
i.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊后打磨机构8与焊接后的位置对准，焊后打磨机构8去除焊接位置的毛刺，使得管道表面光滑。
j.行走机构2继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得喷涂机构与焊接后的位置对准，喷涂机构实现对焊接后位置的喷涂，有效的防止水对焊缝的腐蚀，延长焊缝的寿命。
至此，一次焊接操作结束。
由上述操作过程不难看出，本发明方法中的工艺流程顺序与各个机构在外壳内侧的布置顺序是对应的，因此利于提高海底管道焊接方法的效率。同时，由于上述工艺流程是针对海底管道的特殊环境提出的，因而能够很好保证海底管道焊缝的焊接质量。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (7)
1.海底管道焊接方法，其特征在于，
基于海底管道焊接装置对海底管道进行焊接操作；
所述海底管道焊接装置包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构；
其中，外壳呈圆筒形，该外壳包括两个半圆筒形框架；
两个半圆筒形框架的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁；
在两个半圆筒形框架相互铰接的侧边顶部和/或底部位置安装有外壳开启机构；
当外壳闭合时，在外壳顶部和底部中间位置分别形成一个直径等于或小于管道直径的圆孔，且外壳顶部和底部的其他位置以及外壳侧部均安装有防水隔板；
行走机构安装于外壳的内侧，且包括三个沿外壳的轴线方向伸展的行走单元；
当沿行走单元的伸展方向看时，三个行走单元处于同一圆周方向的三个等分点上；
每个行走单元均包括行走支架以及两个麦克纳姆轮；其中：
行走支架的安装方向与外壳的轴线方向一致；
每个麦克纳姆轮分别位于行走支架的一端，且每个麦克纳姆轮分别配置有位置调整机构；
两个麦克纳姆轮的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离；
管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构均安装于外壳内侧，且在某一周向方向上沿逆时针或顺时针方向按次序布置；
在外壳内侧还安装有抽水设备，在外壳上设有与所述抽水设备相连的排水孔；
所述海底管道焊接方法包括如下步骤：
a.将海底管道焊接装置下放至海底待焊接管道处，外壳打开一定角度，水平移动外壳，使得外壳的轴线与海底管道的轴线重合，外壳闭合；
b.利用抽水设备将外壳内的水排出，以保证外壳内的无水环境；
c.行走机构动作，带动海底管道焊接装置沿管道的轴向运动至待焊接位置的深度；
d.行走机构沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得管道附着物打磨机构首先与待焊接位置对准，管道附着物打磨机构将附着在海底管道上的附着物清理掉；
e.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊缝清洗机构与待焊接位置对准，焊缝清洗机构首先利用化学清洗液将待焊接位置处的附着物去除；
然后进一步通过清水将待焊接位置处的化学清洗液去除；
f.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得微波烘干机构与待焊接位置对准，微波烘干机构将待焊接位置烘干；
g.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊接机构与待焊接位置对准，焊接机构实现对待焊接位置的焊接操作；
h.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得敲打机构与焊接后的位置对准，利用敲打机构产生的振动消除焊接位置的残余应力；
i.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得焊后打磨机构与焊接后的位置对准，焊后打磨机构去除焊接位置的毛刺；
j.行走机构继续沿海底管道周向的逆时针方向运动，使得喷涂机构与焊接后的位置对准，喷涂机构实现对焊接后位置的喷涂，至此，一次焊接操作结束。
2.根据权利要求1所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述外壳开启机构包括推杆固定座以及两个电动推杆；推杆固定座为固定设置；
一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接于一个半圆筒形框架上；
另一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接在另一个半圆筒形框架上。
3.根据权利要求2所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述半圆筒形框架包括三个半圆形支架以及立式连接架；其中：
三个半圆形支架沿上下方向平行布置；
立式连接架的上端、中间位置和下端分别通过螺栓与相应位置处的半圆形支架连接；
防水隔板包括半圆弧形侧板和半圆环形板；
其中，在相邻两个半圆形支架之间安装所述半圆弧形侧板；
在最上端和最下端的半圆形支架上沿水平方向还分别安装有所述半圆环形板。
4.根据权利要求1所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述位置调整机构包括驱动电机、丝杠、丝杠螺母、丝杠支撑座以及调节支架；
丝杠支撑座有两个，且分别安装于所述行走支架上；
其中一个丝杠支撑座位于行走支架的端部，另一个位于行走支架的中间位置；
丝杠安装于两个丝杠支撑座之间，丝杠螺母套置于丝杠上并与所述丝杠螺纹配合；
驱动电机位于丝杠的一端且与所述丝杠相连；
调节支架包括麦克纳姆轮安装支架、连接架以及一号轴座和二号轴座；其中：
在麦克纳姆轮安装支架的一端安装有所述麦克纳姆轮并设有三号轴座；
一号轴座安装于丝杠螺母上，二号轴座安装于行走支架的端部；
连接架的一端通过销轴安装于一号轴座上，另一端通过销轴安装于三号轴座上；
麦克纳姆轮安装支架的另一端通过销轴安装于二号轴座上。
5.根据权利要求1所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述管道附着物打磨机构和焊后打磨机构的结构形式相同，即均包括打磨辊、打磨辊支架、减速电机以及打磨辊支架安装板；其中：
打磨辊安装于打磨辊支架上，减速电机位于打磨辊支架的一端并与所述打磨辊相连；
打磨辊支架与打磨辊支架安装板平行设置；
打磨辊支架安装板与打磨辊支架之间设有至少两个连杆，并通过所述连杆连接。
6.根据权利要求1所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述焊缝清洗机构包括清洗喷嘴、喷嘴支架、喷嘴支架安装板、酸/碱液罐以及清水罐；
其中，清洗喷嘴有两个且分别安装于喷嘴支架上，清洗喷嘴采用扁平结构；
一个清洗喷嘴通过管路连接至所述酸/碱液罐，另一个清洗喷嘴通过管路连接至清水罐；
喷嘴支架与喷嘴支架安装板平行设置；
在喷嘴支架安装板与喷嘴支架之间设有至少两个连杆，并通过所述连杆连接。
7.根据权利要求1所述的海底管道焊接方法，其特征在于，
所述微波烘干机构包括磁控管、磁控管支架以及磁控管支架安装板；其中：
磁控管安装于磁控管支架上；磁控管支架与磁控管支架安装板平行设置；
在磁控管支架与磁控管支架安装板之间设有至少两个连杆，并通过所述连杆连接。
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