CN110560855B - 一种管道自动焊用充氩背保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道自动焊用充氩背保护系统，包括：周向分段背充氩保护机构(100)、氩气源(400)、分气电磁阀组(200)和分气控制模块(300)；其中，周向分段背充氩保护机构(100)包括机构支架(1)和多个充氩保护块(4)，机构支架(1)为轮式结构，多个充氩保护块(4)沿机构支架的周向排列构成一圆环形，在充氩保护块(4)内设置有一气室(45)，在充氩保护块(4)上设置有一氩气接口(10)，氩气接口(10)与气室(45)连通，在充氩保护块(4)上设置有多个分气孔(46)，分气孔(46)与所述气室(45)连通。本发明可以提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，同时又能节约氩气，降低施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及管道焊接技术领域，尤其涉及一种管道自动焊用充氩背保护系统。
背景技术
由于不锈钢、镍基合金等耐腐蚀高合金金属或双金属复合管道材质中的Cr、Ni等主要合金元素高温时易氧化，因此其焊接时必须采取有效的焊缝背部保护措施，以避免焊缝根部和热影响区过氧化，影响焊接接头力学和耐腐蚀性能。在现有的耐腐蚀高合金焊接背保护技术中，焊缝背部充保护气保护，由于保护效果好，接头质量高，且较经济，是焊接施工中采用的主要方法。
目前，在对不锈钢管/双金属复合管环缝对接焊接施工时，主要采用TIG焊充氩背保护工艺，其主要施工方法为，整管封堵或以局部封堵装置管内局部管段封堵，焊口外侧用封带封住并留排气孔，形成焊缝背部保护气室；焊前，向该气室充入氩气，置换其内空气至含氧量小于规定值(0.5％～1％)；焊接时，持续向气室充入氩气，根据焊接位置依次分段揭下封带分段焊接，以减少氩气消耗，并保证焊接处含氧量小于规定值。其不足之处在于，在较大口径管道自动焊时，或者为保证焊接效率和质量，在氩气置换完成后焊接开始前，需揭下焊口半圈封带以连续焊接，致使保护气室排气口过大，需大幅增加背保护氩气流量以保证背保护效果，导致背保护氩气用量大幅增加，氩气保护效果不易保证；或者为减少氩气消耗，大分段揭下封带分段焊接或边焊边揭封带，会影响焊接效率、焊接操作和焊接质量；另外，由于管径的加大，焊接背保护气室空间增大，会导致保护气用量和保护气置换时间大幅增加，严重影响焊接施工效率，如内径300长200mm封堵管段，仅焊前氩气置换一般就需要以20～25L/min大流量充氩10～15min。
综上，在现有的充氩背保护工艺中，存在浪费氩气或焊接效率较低的技术问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种管道自动焊用充氩背保护系统，解决了现有技术中的充氩背保护工艺，存在浪费氩气或焊接效率较低的技术问题，实现了节约氩气并提高焊接效率的技术效果。
本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种管道自动焊用充氩背保护系统，包括：
周向分段背充氩保护机构(100)；
其中，所述周向分段背充氩保护机构(100)，包括：机构支架(1)、多个充氩保护块(4)、气囊(2)和机构滚动托架(8)；所述机构支架(1)为轮式结构；所述多个充氩保护块(4)沿所述机构支架的周向排列，构成一圆环形，在所述充氩保护块(4)内设置有一气室(45)，在所述充氩保护块(4)上设置有一氩气接口(10)，所述氩气接口(10)与所述气室(45)连通，在所述充氩保护块(4)上设置有多个分气孔(46)，所述分气孔(46)与所述气室(45)连通；所述气囊(2)为圆环形，设置在所述机构支架(1)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊(2)连接有一气囊接口(9)；所述机构滚动托架设置在所述机构支架(1)侧面，且在所述滚动托架(8)的末端设置有滚轮(83)；
氩气源(400)，用于提供氩气；
分气电磁阀组(200)，设置在所述周向分段背充氩保护机构(100)上，所述分气电磁阀组(200)包括电磁阀组氩气输入接口(22)，多个分气电磁阀组出气口(25)和电缆接头(24)，所述电磁阀组氩气输入接口(22)通过氩气输送管(700)与所述氩气源(400)连接，所述多个分气电磁阀组出气口(25)分别与所述多个充氩保护块(4)各自对应的氩气接口(10)连接；
分气控制模块(300)，所述分气控制模块(300)具有多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)，所述多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)与所述电缆接头(24)连接，用于控制每个所述分气电磁阀组出气口(25)的导通与关闭。
优选地，所述分气电磁阀组(200)，包括：
多个电磁阀(21)，所述电磁阀(21)的数量与所述充氩保护块(4)的数量相同，所述多个电磁阀(21)与所述多个充氩保护块(4)一一对应，每个电磁阀(21)包括一个电磁阀进气口、一个电磁阀出气口和一个电磁阀控制端，各个电磁阀的电磁阀进气口相连通并汇聚到所述电磁阀组氩气输入接口(22)，各个电磁阀的电磁阀控制端接入所述电缆接头(24)，所述电磁阀出气口即为所述分气电磁阀组出气口(25)，每个所述分气电磁阀组出气口(25)与对应的充氩保护块(4)的氩气接口(10)连接；其中，在某一电磁阀导通时，氩气能够通过该电磁阀进入对应的充氩保护块(4)内。
优选地，所述分气控制模块(200)，包括：
焊枪位置信息输入接口(31)，与自动焊小车(102)连接，用于获取所述自动焊小车(102)的焊枪位置信息，所述焊枪位置信息用于表示焊枪的当前位置；
所述多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)，通过电磁阀控制电缆(600)与所述电缆接头(24)连接，用于分别控制所述分气电磁阀组(200)的每个电磁阀(21)。
优选地，还包括：
气泵101，与所述气囊接口(9)连接，用于向所述气囊(2)充气。
优选地，所述机构支架(1)，包括：
支架中心管(11)；
气囊安全槽(12)，所述气囊安全槽(12)为圆环形，且与所述支架中心管(11)同轴，用于固定所述气囊(2)；
十字形支撑架(13)，设置在所述支架中心管(11)与所述气囊安全槽(12)之间，所述支架中心管(11)与所述十字形支撑架(13)垂直，且所述支架中心管(11)穿过所述十字形撑架(13)的中心。
优选地，在所述支架中心管(11)上设置有多个电磁阀连接板(14)，所述电磁阀连接板(14)用于固定所述分气电磁阀组(200)；在所述支架中心管(11)的端部设置有牵引块(15)。
优选地，所述气囊(2)具有一气嘴，在所述气囊安全槽(12)上开设有一通孔，所述通孔用于固定所述气嘴，所述气嘴通过气管与所述气囊接口(10)连接。
优选地，所述周向分段背充氩保护机构(100)，还包括：
气囊隔热套(3)，所述气囊隔热套(3)为环形，设置在所述气囊(2)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊隔热套(3)用于对所述气囊(2)进行隔热保护。
优选地，所述充氩保护块(4)，包括：
弧形盒(41)，所述弧形盒(41)为顶部开放且底部有弧形底板封闭的金属盒，所述弧形盒(41)的两个端壁(402)沿径向设置且指向所述弧形盒(41)的中心轴，所述两个端壁(402)的顶部中间位置开有豁口，所述两个端壁(402)上开设有多个所述分气孔(46)；
弧形隔板(42)，所述弧形隔板(42)为弧形金属板，固定在所述弧形盒(41)中部，将所述弧形盒(41)分为下部的所述气室(45)和上部的护罩，且在所述弧形隔板(42)上均布分布有多个所述分气孔(46)；
保护块安装立耳(43)，所述保护块安装立耳(43)的数量为2个，分别设置在所述弧形盒(41)的两个侧壁(401)上，所述保护块安装立耳(43)为长条形，所述保护块安装立耳(43)的上端固定在所述侧壁(401)上，所述保护块安装立耳(43)的下端悬空，在所述保护块安装立耳(43)上开设有导向槽(48)；
拉耳环(44)，设置在所述保护块安装立耳(43)上，且在每个所述保护块安装立耳(33)的两侧各设置有一个拉耳环(44)。
优选地，所述周向分段背充氩保护机构(100)，还包括：
保护块导向组件(6)，所述保护块导向组件(6)的数量为2个，分别设置在所述机构支架(1)两侧，用于固定所述多个充氩保护块(4)；
弹性收紧圈(7)，穿过所述保护块安装立耳(43)的拉耳环(44)，从而将所述多个充氩保护块(4)向所述支架中心管(11)收紧；
其中，所述保护块导向组件(6)，包括：
导向底板(61)，所述导向底板(61)为圆环形；
导向块(62)，所述导向块(62)的数量与所述充氩保护块(4)的数量相同，并沿周向均布设置在所述导向底板(61)上，所述导向块(62)由大台(621)和小台(622)构成，所述小台(622)固定在所述大台(621)上，所述大台(622)和小台(621)构成一阶梯状，所述小台(622)可以插入到与其对应的所述保护块安装立耳(43)的导向槽(48)内，从而对所述保护块安装立耳(43)进行限位。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种管道自动焊用充氩背保护系统，包括：周向分段背充氩保护机构(100)；其中，所述周向分段背充氩保护机构(100)，包括：机构支架(1)、多个充氩保护块(4)、气囊(2)和机构滚动托架(8)；所述机构支架(1)为轮式结构；所述多个充氩保护块(4)沿所述机构支架的周向排列，构成一圆环形，在所述充氩保护块(4)内设置有一气室(45)，在所述充氩保护块(4)上设置有一氩气接口(10)，所述氩气接口(10)与所述气室(45)连通，在所述充氩保护块(4)上设置有多个分气孔(46)，所述分气孔(46)与所述气室(45)连通；所述气囊(2)为圆环形，设置在所述机构支架(1)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊(2)连接有一气囊接口(9)；所述机构滚动托架设置在所述机构支架(1)侧面，且在所述滚动托架(8)的末端设置有滚轮(83)；氩气源(400)，用于提供氩气；分气电磁阀组(200)，设置在所述周向分段背充氩保护机构(100)上，所述分气电磁阀组(200)包括电磁阀组氩气输入接口(22)，多个分气电磁阀组出气口(25)和电缆接头(24)，所述电磁阀组氩气输入接口(22)通过氩气输送管(700)与所述氩气源(400)连接，所述多个分气电磁阀组出气口(25)分别与所述多个充氩保护块(4)各自对应的氩气接口(10)连接；分气控制模块(300)，所述分气控制模块(300)具有多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)，所述多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)与所述电缆接头(24)连接，用于控制每个所述分气电磁阀组出气口(25)的导通与关闭。应用本发明，无需焊口外侧封堵工序，可节省相应操作时间和封堵材料；焊前氩气置换时间大幅缩短，基本可实现实时起弧焊接，氩气消耗量大幅减少；焊缝背部保护效果好，能与管道自动焊施工工艺良好匹配，保证管道自动焊的高质量快速连续焊接，减少焊接接头数量；从而可提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，同时又能降低施工成本。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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～图2为本申请实施例中的一种周向分段背充氩保护机构的结构示意图；
图3为本申请实施例中的机构支架的结构示意图；
图4为本申请实施例中的气囊隔热套的结构示意图；
图5～图6为本申请实施例中的充氩保护块的结构示意图；其中，图5为内充氩保护块，图6为外充氩保护块；
图7为本申请实施例中的保护块导向组件的结构示意图；
图8为本申请实施例中的导向块的结构示意图；
图9为本申请实施例中的机构滚动托架的结构示意图；
图10为本申请实施例中的一种管道自动焊用充氩背保护系统的结构示意图；
图11为本申请实施例中的分气电磁阀组的结构示意图；
图12为本申请实施例中的分气控制模块的结构示意图；
图13为本申请实施例中的一种管道自动焊用充氩背保护系统的安装示意图；
图14为本申请实施例中的一种管道自动焊用充氩背保护系统的工作过程示意图。
标记说明：1-机构支架、2-气囊、3-气囊隔热套、4-充氩保护块、6-保护块导向组件、7-弹性收紧圈、8-滚动托架、9-气囊接口、10-充氩保护块的氩气接口；11-支架中心管、12-气囊安全槽、13-十字形支撑架、14-电磁阀连接板、15-牵引块；21-电磁阀、22-电磁阀组氩气输入接口、23-短控制电缆、24-电缆接头、25-分气电磁阀组出气口；31-焊枪位置信息输入接口、32-电磁阀通断控制信号输出接口；41-弧形盒、401-弧形盒的侧壁、402-弧形盒的端壁、42-弧形隔板、43-保护块安装立耳、44-拉紧环、45-气室、46-分气孔、47-氩气接口安装螺孔、48-导向槽、51-弧形护板；61-导向底板、62-导向块、621-大台、622-小台；81-管卡、82-支腿、83-滚轮；100-周向分段背充氩保护机构、200-分气电磁阀组、300-分气控制模块、400-氩气源、500-气管短节、600-电磁阀控制电缆、700-氩气输送管；101-气泵、102-自动焊小车、103-焊枪、104-管道自动焊轨道、105-焊枪位置信息输入电缆、107-管道自动焊轨道、108-管道。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种管道自动焊用充氩背保护系统，解决了现有技术中的充氩背保护工艺，存在浪费氩气或焊接效率较低的技术问题，实现了节约氩气并提高焊接效率的技术效果。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种管道自动焊用充氩背保护系统，包括：周向分段背充氩保护机构(100)；其中，所述周向分段背充氩保护机构(100)，包括：机构支架(1)、多个充氩保护块(4)、气囊(2)和机构滚动托架(8)；所述机构支架(1)为轮式结构；所述多个充氩保护块(4)沿所述机构支架的周向排列，构成一圆环形，在所述充氩保护块(4)内设置有一气室(45)，在所述充氩保护块(4)上设置有一氩气接口(10)，所述氩气接口(10)与所述气室(45)连通，在所述充氩保护块(4)上设置有多个分气孔(46)，所述分气孔(46)与所述气室(45)连通；所述气囊(2)为圆环形，设置在所述机构支架(1)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊(2)连接有一气囊接口(9)；所述机构滚动托架设置在所述机构支架(1)侧面，且在所述滚动托架(8)的末端设置有滚轮(83)；氩气源(400)，用于提供氩气；分气电磁阀组(200)，设置在所述周向分段背充氩保护机构(100)上，所述分气电磁阀组(200)包括电磁阀组氩气输入接口(22)，多个分气电磁阀组出气口(25)和电缆接头(24)，其中，所述电磁阀组氩气输入接口(22)通过氩气输送管(700)与所述氩气源(400)连接，所述多个分气电磁阀组出气口(25)分别与所述多个充氩保护块(4)各自对应的氩气接口(10)连接；分气控制模块(300)，所述分气控制模块(300)具有多个控制信号输出接口(32)，所述多个控制信号输出接口(32)与所述电缆接头(24)连接，用于控制每个所述分气电磁阀组出气口(25)的导通与关闭。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“多个”，一般是指“两个以上”，包含“两个”的情况。
实施例一
本实施例提供了一种管道周向分段背充氩保护机构，特别适用于不锈钢、镍基合金等耐腐蚀高合金金属或双金属复合管道环缝对接焊接时的管内局部充气背保护。
下面将以内径370mm管道用的管道周向分段背充氩保护机构焊接为例，对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，所述管道周向分段背充氩保护机构100(后文可简称为“机构100”)，包括：
机构支架1，机构支架1为轮式结构；
多个充氩保护块4，多个充氩保护块4沿机构支架1周向排列，构成一圆环形；如图4、图5所示，在每个充氩保护块4内都设置有一气室45，在每个充氩保护块4上都设置有一氩气接口10，氩气接口10与气室45连通，在每个充氩保护块4上都设置有多个分气孔46，分气孔46与气室45连通；
气囊2，气囊2为圆环形，设置在机构支架1与多个充氩保护块4之间，气囊2连接有一气囊接口9；
机构滚动托架8，设置在机构支架1侧面，且在滚动托架8的末端设置有滚轮83。
作为一种可选的实施例，如图3所示，机构支架1包括：
支架中心管11，在支架中心管11上设置有多个电磁阀连接板14，电磁阀连接板14用于固定分气电磁阀组200；在支架中心管11的端部设置有牵引块15；
气囊安全槽12，气囊安全槽12为圆环形，且与支架中心管11同轴，用于固定气囊2；
十字形支撑架13，设置在支架中心管11与气囊安全槽12之间，支架中心管11与十字形支撑架13垂直，且支架中心管11穿过十字形撑架13的中心。
在具体实施过程中，机构支架1为轮式结构，其中心为对称设置的支架中心管11；外圈有圆环形的气囊安全槽12；支架中心管11和气囊安全槽12之间有十字形支撑架13；支架中心管11上固定有电磁阀连接板14(例如：设置4个电磁阀连接板14，分别位于支架中心管11两侧，每侧各2个)，在支架中心管11的端部设置有用于安装本机构100推拉用具的牵引块15。
作为一种可选的实施例，气囊2具有一气嘴，在气囊安全槽12上开设有一通孔(又名：气囊气嘴固定孔)，该通孔用于固定气嘴，气嘴通过气管与气囊接口9连接。气囊接口9可以连接气泵101，从而对气囊进行充气。
在具体实施过程中，气囊2采用设置有气嘴的耐热弹性橡胶圆环状气囊。其中，在对气囊2充气后，所述多个充氩保护块4会向外膨胀；在气囊2放气后，多个充氩保护块4则向内收缩。
作为一种可选的实施例，如图2、图4所示，所述管道周向分段背充氩保护机构100，还包括：
气囊隔热套3，气囊隔热套3为环形，设置在气囊2与多个充氩保护块4之间，气囊隔热套3用于对气囊2进行隔热保护。
在具体实施过程中，气囊隔热护套3采用耐热低导热率弹性材料制成，截面为内圈开口的扁圆形可包覆气囊2的环形护套。
在具体实施过程中，气囊2安装于机构支架1的气囊安装槽12中，其气嘴穿装固定于气囊安装槽12的气囊气嘴固定孔上，并以一段气管将气囊气嘴引出，在该气管末端安装有气囊接口9，气囊隔热护套3包覆气囊2卡于气囊安装槽12中。
作为一种可选的实施例，如图5、图6所示，充氩保护块4，包括：
弧形盒41，弧形盒41为顶部开放且底部有弧形底板封闭的金属盒，弧形盒41的两个端壁402沿径向设置且指向弧形盒41的中心轴，两个端壁402的顶部中间位置开有豁口，两个端壁402上开设有多个分气孔46；
弧形隔板42，弧形隔板42为弧形金属板，固定在弧形盒41中部，将弧形盒41分为下部的气室45和上部的护罩，且在弧形隔板42上均布分布有多个分气孔46；
保护块安装立耳43，保护块安装立耳43的数量为2个，分别设置在弧形盒41的两个侧壁401上，保护块安装立耳43为长条形，保护块安装立耳43的上端固定在侧壁401上，保护块安装立耳43的下端悬空，在保护块安装立耳43上开设有导向槽48；
拉耳环44，设置在保护块安装立耳43上，且在每个保护块安装立耳33的两侧各设置有一个拉耳环44，也就是说，每个充氩保护块4具有4个拉耳环44。
在具体实施过程中，充氩保护块4的数量一共为20个，每个弧形盒41约为18°，20个充氩保护块围城一个360°的圆环形。
当然，在其他实施例中，充氩保护块4的数量也可以为其它数值，例如，6个、或8个、或12个、或24个、等等。
在具体实施过程中，充氩保护块4有两种：一种是内充氩保护块(如图5所示)，另一种是外充氩保护块(如图6所示)，内充氩保护块和外充氩保护块交替设置在机构支架1上。内充氩保护块和外充氩保护块的结构基本相同，唯一的差别是，外充氩保护块比内充氩保护块多了两块弧形护板51。
具体来讲，如图5所示，其展示的充氩保护块4具体为内充氩保护块，其由弧形盒41、弧形隔板42、保护块安装立耳43和拉紧环44构成。弧形盒41为顶部开放底部有弧形底板封闭的薄壁弧形金属盒；两侧壁401顶部弧形半径与待焊接的管道108的内径相同；两端壁402沿径向设置，指向弧形盒41中心轴，且其顶部中间位置开有一定宽度和深度的豁口(例如：宽42mm，深10mm的豁口)。弧形隔板42为有均布分气孔46的弧形金属板，其固定于弧形盒41中部，将弧形盒41分为下部的气室45部分和上部的护罩部分。保护块安装立耳43为长板条形，下部设置有关于保护块安装立耳43宽向中分面对称的长圆形导向通槽48；两个保护块安装立耳43沿径向分别固定于弧形盒41的两个侧壁401上，其上部与弧形盒41侧壁401接触部位焊接固定，下部悬空，且其宽向中分面与弧形盒41周向中分面重合。每个保护块安装立耳43两侧固定有拉紧环44。充氩保护块4侧面中部设置有氩气接口安装螺孔47，氩气接口安装螺孔47穿过保护块安装立耳43和弧形盒41的侧壁401，且与气室45相通，氩气接口安装螺孔47用于安置氩气接口10，氩气接口安装螺孔47和氩气接口10之间通过一根气管短节500连接。弧形盒41的两侧壁401下部也设置有与气室45相通的分气孔46。
如图6所示，其展示的充氩保护块4具体为外充氩保护块，外充氩保护块的结构与内充氩保护块基本相同，唯一的区别是，在内充氩保护块4两侧壁外增加了弧形护板51，使其四个棱角边处均多出一段弧形护板51，弧形护板51的弧长约20mm，可挡住如图5所示的内充氩保护块的侧壁401。
作为一种可选的实施例，如图2所示，管道周向分段背充氩保护机构100，还包括：
保护块导向组件6，保护块导向组件6的数量为2个，分别设置在十字形支撑架13两侧，用于固定多个充氩保护块4；
弹性收紧圈7，穿过保护块安装立耳43的拉耳环44，从而将多个充氩保护块4向支架中心管11收紧。
作为一种可选的实施例，如图7所示，保护块导向组件6，包括：
导向底板61，导向底板61为圆环形；
导向块62，导向块62的数量与充氩保护块4的数量相同，并沿周向均布设置在导向底板61上，导向块62由大台621和小台622构成，小台622固定在大台621上，大台622和小台621构成一阶梯状，小台622可以插入到与其对应的保护块安装立耳43的导向槽48内，从而对保护块安装立耳43进行限位。
在具体实施过程中，如图8所示，导向块62为阶梯台状长圆块，中部有两个固定用通孔。导向块62的小台622在中间，大台621在外，沿径向以螺钉固定在导向底板61一面中部，并沿周向均布设置。
在具体实施过程中，两个保护块导向组件6以螺钉安装固定于机构支架1的十字形支撑13两侧，并均与气囊安装槽12同轴。内充氩保护块和外充氩保护块相间安装并环形均布围满机构支架1的气囊安装槽12，内充氩保护块的侧壁401被限位于相邻外充氩保护块的段弧形护板51间；各个充氩保护块4的弧形盒41底部弧形底板压在气囊隔热护套3上；各个充氩保护块4的两个保护块安装立耳43跨在气囊安装槽12的两侧，并被两个保护块导向组件6对应的两个导向块62限位；保护块安装立耳43的长圆形导向槽48套在对应的导向块62的小台622上，保护块安装立耳43的两面被对应的导向块62的大台621和导向底板61限位，使各个充氩保护块4被限位在机构支架1上，只能径向在一定距离(例如：15mm)内移动。
在具体实施过程中，相邻的两个充氩保护块(一个是内充氩保护块，另一个是外充氩保护块)的端壁402间留有间隙(例如：约4mm的间隙)，且间隙两侧被外充氩保护块的弧形护板51封挡。两根弹性收紧圈7穿装于所有充氩保护块4两侧的拉紧环44中，将全部充氩保护块4沿径向朝气囊安装槽12中心方向拉紧，使其底部靠于气囊安装槽12上沿。每个充氩保护块4的氩气接口安装螺孔47中安装一个氩气接口10。
作为一种可选的实施例，如图1、图2所示，机构滚动托架8的数量为2个，分别设置在机构支架1的两侧。
作为一种可选的实施例，如图9所示，机构滚动托架，包括：
管卡81；
支腿82，支腿82的数量为2个，斜向下固定在管卡81上，且支腿82的长度可调，且在每个支腿82的末端设置有滚轮83。
本实施例提供了一种管道周向分段背充氩保护机构100，主要由多个小空间的充氩保护块4组成，这些充氩保护块4沿周向连续排列形成圆环形，可作为管道焊口背部封堵保护腔，每个充氩保护块4可独立充氩，对焊口的保护效果较好，便于安装和拆卸，如此，可以实现焊口的随焊枪移动沿焊缝背部周向动态局部分段充氩背保护，提高不锈钢管道或双金属复合管道施工质量和效率，降低施工成本。
下面，将简述本发明中管道周向分段背充氩保护机构100的具体实施的安装和工作过程。
如图13所示，在本机构100的4个电磁阀连接板14上安装分气电磁阀组200，该分气电磁阀组200由4个5阀集装式电磁阀块(共有20个常闭2位2通电磁阀)构成。将本机构100的气囊接口9与气泵101连接；将安装于20个充氩保护块上的20个氩气接口10分别与分气电磁阀组200的20个出气口(即：分气电磁阀组出气口25)连接；用气管将电磁阀组的进气口(即：电磁阀组氩气输入接口22)与氩气源400连接；用电缆(即：电磁阀控制电缆600)将分气电磁阀组200的电缆接头24与分气控制模块300的电磁阀通断控制信号输出接口32连接，其中，电缆接头24与每个电磁阀的电气控制端都连接；用多芯电缆将自动焊小车102的焊枪位置信息输出端与分气控制模块300的输入端(即：焊枪位置信息输入接口31)连接。如此，即构成一个管道自动焊用充氩背保护系统，其能根据随焊枪移动向焊口提供沿焊口背部周向动态局部分段的充氩背保护。
在2根φ406×18mm不锈钢管道108组对固定完成，将管道自动焊轨道107、自动焊小车102和焊枪103安装至焊接位置后，调整本机构100的两个机构滚动托架8的4个斜支腿82的长度至相同，使4个滚轮83顶端至机构支架中心管11轴线的距离，大于被两根弹性收紧圈7拉紧于气囊安装槽12上时的充氩保护块4的外径，不小于管道内径减7mm；将回拉机构用拉绳固定于机构支架1端部的牵引块15上；将本机构100塞入管道108的管端，可以用推杆推动本机构100，使其沿管道108内壁滚动平移至焊口位置，在标涂于充氩保护块4宽向中部的发光带基本对正焊口时停止；打开气泵101向气囊2充空气，至气泵压力控制阀有空气溢出，并保持充气状态，此时气囊2胀起，使气囊隔热护套3外胀，推动20个充氩保护块4沿径向外移，顶紧管道108内壁，并使两个机构滚动托架8的4个滚轮83脱离管道108内壁，实现本机构100的定位，并分段封堵整个焊口背部，完成本机构100的安装。
如图14所示，焊前，利用分气控制模块300对各20个充氩保护块4及其对应的分气电磁阀组200电磁阀进行软编号，编为1#至20#，校正首段保护块焊枪移动距离，并对起弧点处的首段和次段充氩保护块进行预充氩置换。
焊接时，根据焊接工艺和背充氩保护工艺，分气控制模块300控制分气电磁阀组200的20个电磁阀按一定组合和顺序依次打开或关断，氩气经气管进入相应的充氩保护块4，实现对应焊口段背部的预充氩置换，及直接喷氩保护和氩气室保护双重保护；分别按照1#和2#、2#和3#、3#和4#、……、11#和12#，和按照1#和20#、20#和19#、19#和18#、……、11#和10#的组合和顺序依次对对应充氩背保护块4进行充氩，完成焊口两个半圈焊接的背充氩保护。
完成焊接后，停止气泵101工作，并打开其放气开关，两根弹性收紧圈7自动收缩，自动使20个充氩保护块4沿径向朝本机构100中心移动，并靠于气囊安装槽12上，从而松开本机构10。然后，撤出焊口背部封堵，两个机构滚动托架8的4个滚轮83重新落于管内壁；用拉绳将本机构10拉至管端，将其取下。
经应用表明，本发明管道自动焊用充氩背保护系统用于内径370mm(φ406×18mm)管道自动焊，工作稳定可靠，与现有管道充氩背保护相比，省去了焊口外侧封堵工序，节省相应操作时间5～10分钟和封堵材料；焊前氩气置换时间由20～25分钟降至20秒钟，降低98％以上；背保护氩气消耗量由600升以上降至300升以下，降幅50％以上；焊缝背部颜色为银白或金色，背保护效果好；能与管道自动焊施工工艺良好匹配，使焊工能专注于焊接操作，减少焊接接头，实现管道2个半圈的高质量快速连续自动焊；可显著提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，降低施工成本。
本发明可实现对整个焊口背部的分段局部封堵；每个分段弧形局部封堵保护空间小；可独立充氩保护，也可多段组合封堵保护；机构具有良好的定位封堵和安拆性能，且操作简便快速；能实现实现对分段局部焊口焊接的直接喷氩保护和氩气室保护双重保护，保证良好的背保护效果；机构的工作稳定可靠；可满足随焊枪移动沿焊口背部周向动态局部分段充氩背保护焊接要求；达到了发明目的。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种管道周向分段背充氩保护机构，应用该机构，无需焊口外侧封堵工序，可节省相应操作时间和封堵材料；焊前氩气置换时间大幅缩短，基本可实现实时起弧焊接，氩气消耗量大幅减少；焊缝背部保护效果好，能与管道自动焊施工工艺良好匹配，保证管道自动焊的高质量快速连续焊接，减少焊接接头数量；从而可提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，同时又能降低施工成本。
实施例二
基于同一发明构思，如图10所示，本实施例提高了一种管道自动焊用充氩背保护系统，包括：
周向分段背充氩保护机构100，如实施例一所示；
氩气源400，用于提供氩气；
分气电磁阀组200，设置在周向分段背充氩保护机构100上，分气电磁阀组200包括电磁阀组氩气输入接口22，多个分气电磁阀组出气口25和电缆接头24，其中，电磁阀组氩气输入接口22通过氩气输送管700与氩气源400连接，多个分气电磁阀组出气口25分别与多个充氩保护块4各自对应的氩气接口10连接；
分气控制模块300，分气控制模块300具有多个电磁阀通断控制信号输出接口32，多个电磁阀通断控制信号输出接口32与电缆接头24连接，用于控制每个分气电磁阀组出气口25的导通与关闭。
在具体实施过程中，周向分段背充氩保护机构100的具体结构在上述实施例一中已经详细介绍过，此处不再赘述。
作为一种可选的实施例，所述管道自动焊用充氩背保护系统，还包括：气泵101，与所述气囊接口9连接，用于向所述气囊2充气。
作为一种可选的实施例，如图11所示，分气电磁阀组200，包括：
多个电磁阀21，电磁阀21的数量与充氩保护块4的数量相同，多个电磁阀21与多个充氩保护块4一一对应，每个电磁阀21包括一个电磁阀进气口、一个电磁阀出气口和一个电磁阀控制端，各个电磁阀的电磁阀进气口相连通并汇聚到电磁阀组氩气输入接口22，各个电磁阀的电磁阀控制端接入电缆接头24，电磁阀出气口即为分气电磁阀组出气口25，电磁阀出气口与对应的充氩保护块4的氩气接口10连接；其中，在某一电磁阀导通时，氩气能够通过该电磁阀进入对应的充氩保护块4内。
在具体实施过程中，分气电磁阀组200由4个5阀集装式电磁阀块(共有20个常闭2位2通电磁阀21)构成，电磁阀21的数量与周向分段背充氩保护机构100的充氩保护块4的数量相同；各电磁阀21的进气口相连通，并设置有统一的电磁阀组氩气输入接口22。每个5阀集装式电磁阀块中都有5个电磁阀21，这5个电磁阀21的电磁阀控制端各通过2根连接导线集中接入多芯的短控制电缆23(4个5阀集装式电磁阀块，共有4根短控制电缆23)，并在(4根)短控制电缆23末端各设置电缆接头24，共有4个电缆接头24。
作为一种可选的实施例，如图12所述，分气控制模块200，包括：
焊枪位置信息输入接口31，与自动焊小车102连接，用于获取自动焊小车102的焊枪位置信息，焊枪位置信息用于表示焊枪的当前位置；
多个电磁阀通断控制信号输出接口32，通过电磁阀控制电缆600与电缆接头24连接，用于分别控制分气电磁阀组200的每个电磁阀21。
在具体实施过程中，分气控制模块300设置有1个焊枪位置信息输入接口31和4个电磁阀通断控制信号输出接口32，这4个电磁阀通断控制信号输出接口32用分别连接电磁阀组200的4个电缆接头24，从而对分气电磁阀组200的每个电磁阀21进行单独控制。
在具体实施过程中，周向分段背充氩保护机构100的各充氩保护块4的氩气接口10分别通过1根气管短节500与分气电磁阀组200的1个电磁阀21的出气口(即：分气电磁阀组出气口)相连，共用20根气管短节；分气电磁阀组200的(4个)电缆接头24通过(4根)电磁阀控制电缆600与分气控制模块300的(4个)电磁阀通断控制信号输出接口32相连；分气电磁阀组200的(1个)氩气输入接口22通过(1根)氩气输送管700与氩气源400相连。
自动焊系统焊接时，焊枪位置信息(起焊点和行走距离等)经分气控制模块300的焊枪位置信息输入接口31输入分气控制模块300；由分气控制模块300处理分析，随焊枪位置改变而变换和输出1个或多个电磁阀通断控制信号；使一个或多个电磁阀21接通，氩气充入与焊枪位置对应的需充氩保护的一个或多个充氩保护块4；使与已焊完的无需充氩保护的充氩保护4对应的电磁阀21断开，不向其输送氩气；实现随焊枪移动的分段充氩背保护。
下面，将简述本管道自动焊用充氩背保护系统的具体安装和工作过程。
如图13所示，在2根不锈钢管道108组对固定完成后，将管道自动焊轨道104、自动焊小车102和焊枪103安装至焊接位置；将周向分段背充氩保护机构推入管道108中，移动并固定在焊口背部，使焊口位于20个充氩保护块4围成的环状封堵充氩保护腔宽向中部；用焊枪位置信息输入电缆105连接自动焊小车102尾部的焊枪信息输出接口和分气控制模块300的焊枪位置信息输入接口31，完成本管道自动焊用充氩背保护系统的安装。
如图14所示，移动自动焊小车102使焊枪103位于焊口12点钟位置，分气控制模块300将此位置计为焊枪行走距离零点，并通过计算和电磁阀试接通通氩气检查方法，找到并(软件)标记该位置对应的充氩保护块4和电磁阀21为1#，并自动顺序(软件)标记顺序相连的各充氩保护块4和电磁阀21依次为2#、3#、……、20#；通过电磁阀接通通氩气检查方法，计算和确认1#充氩保护块4的焊枪行走距离，作为充氩保护块4充氩切换计算修正值，并计算和储存不同编号的电磁阀21和充氩保护块4充氩切换对应的焊枪行走距离触发值；沿焊接方向快速移动自动焊小车102，检查随焊枪位置变化电磁阀21能否自动通断，使焊枪位置及其下一编号充氩保护块4充氩，有偏差微调充氩切换计算修正值即可，完成管道自动焊用充氩背保护系统的调校。
焊口焊接时，采用2个半圈下向焊工艺，1道根焊和头2道填充焊采用背充氩保护焊接方式；焊口右半圈焊接，先接通1#和2#电磁阀一段时间(例如：20秒)，使1#和2#充氩保护块4背保护空间完成充氩置换，然后起弧焊接；焊接时，分气控制模块300每半秒检测1次自动焊小车102提供的焊枪行走距离值，当其值大于等于某一编号电磁阀21触发距离值+20mm时，分气控制模块300使该编号及其下一编号电磁阀21接通，而断开该编号前一编号电磁阀21；各充氩保护块4按照1#和2#、2#和3#、3#和4#、……、11#和12#(每组编号中，前一编号充氩保护块对应焊枪所处焊接位置，用于对焊接熔池的充氩保护，后一编号对应将连续焊接的充氩保护块4，提前预充氩置换，以保证焊枪103焊至该段位置前，焊口背部已形成了良好的背保护气氛环境)的顺序和方式依次充氩背保护，完成焊口右半圈焊接的背充氩保护。焊口左半圈焊接的工作方式和过程与右半圈焊接相同，只是开始接通1#和20#电磁阀21一段时间(例如：20秒)，然后充氩保护块4按照1#和20#、20#和19#、19#和18#、……、11#和10#的顺序依次充氩背保护，完成焊口左半圈焊接的背充氩保护；采用这样方式进行背充氩保护焊接，完成1圈根焊和2圈填充焊后，关断分气电磁阀组200所有电磁阀21，将固定于焊口的周向分段背充氩保护机构松开，从管道中拉出，完成1个焊口自动焊的背充氩保护。自动焊过程中，因特殊原因中断焊接时，分气控制模块300可根据其记录的焊接中止距离和人工调整和输入充氩切换计算修正值，从任意断弧处重新起弧，继续完成未完成半圈焊接。
经应用表明，本发明管道自动焊用充氩背保护系统用于内径370mm(φ406×18mm)管道自动焊，工作稳定可靠，与现有管道充氩背保护相比，省去了焊口外侧封堵工序，节省相应操作时间5～10分钟和封堵材料；焊前氩气置换时间由20～25分钟降至20秒钟，降低98％以上；背保护氩气消耗量由600升以上降至300升以下，降幅50％以上；焊缝背部颜色为银白或金色，背保护效果好；能与管道自动焊施工工艺良好匹配，使焊工能专注于焊接操作，减少焊接接头，实现管道2个半圈的高质量快速连续自动焊；可显著提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，降低施工成本。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
在本申请实施例中，公开了一种管道自动焊用充氩背保护系统，应用该系统，无需焊口外侧封堵工序，可节省相应操作时间和封堵材料；焊前氩气置换时间大幅缩短，基本可实现实时起弧焊接，氩气消耗量大幅减少；焊缝背部保护效果好，能与管道自动焊施工工艺良好匹配，保证管道自动焊的高质量快速连续焊接，减少焊接接头数量；从而可提高不锈钢管道/双金属复合管道自动焊的施工效率和质量，同时又能降低施工成本。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，包括：
周向分段背充氩保护机构(100)；
其中，所述周向分段背充氩保护机构(100)，包括：机构支架(1)、多个充氩保护块(4)、气囊(2)和机构滚动托架(8)；所述机构支架(1)为轮式结构；所述多个充氩保护块(4)沿所述机构支架的周向排列，构成一圆环形，在所述充氩保护块(4)内设置有一气室(45)，在所述充氩保护块(4)上设置有一氩气接口(10)，所述氩气接口(10)与所述气室(45)连通，在所述充氩保护块(4)上设置有多个分气孔(46)，所述分气孔(46)与所述气室(45)连通；所述气囊(2)为圆环形，设置在所述机构支架(1)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊(2)连接有一气囊接口(9)；所述机构滚动托架设置在所述机构支架(1)侧面，且在所述滚动托架(8)的末端设置有滚轮(83)；
气泵(101)，与所述气囊接口(9)连接，用于向所述气囊(2)充气；
氩气源(400)，用于提供氩气；
分气电磁阀组(200)，设置在所述周向分段背充氩保护机构(100)上，所述分气电磁阀组(200)包括电磁阀组氩气输入接口(22)，多个分气电磁阀组出气口(25)和电缆接头(24)，所述电磁阀组氩气输入接口(22)通过氩气输送管(700)与所述氩气源(400)连接，所述多个分气电磁阀组出气口(25)分别与所述多个充氩保护块(4)各自对应的氩气接口(10)连接；
分气控制模块(300)，所述分气控制模块(300)具有多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)，所述多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)与所述电缆接头(24)连接，用于控制每个所述分气电磁阀组出气口(25)的导通与关闭。
2.如权利要求1所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述分气电磁阀组(200)，包括：
多个电磁阀(21)，所述电磁阀(21)的数量与所述充氩保护块(4)的数量相同，所述多个电磁阀(21)与所述多个充氩保护块(4)一一对应，每个电磁阀(21)包括一个电磁阀进气口、一个电磁阀出气口和一个电磁阀控制端，各个电磁阀的电磁阀进气口相连通并汇聚到所述电磁阀组氩气输入接口(22)，各个电磁阀的电磁阀控制端接入所述电缆接头(24)，所述电磁阀出气口即为所述分气电磁阀组出气口(25)，每个所述分气电磁阀组出气口(25)与对应的充氩保护块(4)的氩气接口(10)连接；其中，在某一电磁阀导通时，氩气能够通过该电磁阀进入对应的充氩保护块(4)内。
3.如权利要求2所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述分气控制模块(300)，包括：
焊枪位置信息输入接口(31)，与自动焊小车(102)连接，用于获取所述自动焊小车(102)的焊枪位置信息，所述焊枪位置信息用于表示焊枪的当前位置；
所述多个电磁阀通断控制信号输出接口(32)，通过电磁阀控制电缆(600)与所述电缆接头(24)连接，用于分别控制所述分气电磁阀组(200)的每个电磁阀(21)。
4.如权利要求3所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述机构支架(1)，包括：
支架中心管(11)；
气囊安全槽(12)，所述气囊安全槽(12)为圆环形，且与所述支架中心管(11)同轴，用于固定所述气囊(2)；
十字形支撑架(13)，设置在所述支架中心管(11)与所述气囊安全槽(12)之间，所述支架中心管(11)与所述十字形支撑架(13)垂直，且所述支架中心管(11)穿过所述十字形支撑架(13)的中心。
5.如权利要求4所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，在所述支架中心管(11)上设置有多个电磁阀连接板(14)，所述电磁阀连接板(14)用于固定所述分气电磁阀组(200)；在所述支架中心管(11)的端部设置有牵引块(15)。
6.如权利要求5所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述气囊(2)具有一气嘴，在所述气囊安全槽(12)上开设有一通孔，所述通孔用于固定所述气嘴，所述气嘴通过气管与所述气囊接口(9)连接。
7.如权利要求6所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述周向分段背充氩保护机构(100)，还包括：
气囊隔热套(3)，所述气囊隔热套(3)为环形，设置在所述气囊(2)与所述多个充氩保护块(4)之间，所述气囊隔热套(3)用于对所述气囊(2)进行隔热保护。
8.如权利要求7所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述充氩保护块(4)，包括：
弧形盒(41)，所述弧形盒(41)为顶部开放且底部有弧形底板封闭的金属盒，所述弧形盒(41)的两个端壁(402)沿径向设置且指向所述弧形盒(41)的中心轴，所述两个端壁(402)的顶部中间位置开有豁口，所述两个端壁(402)上开设有多个所述分气孔(46)；
弧形隔板(42)，所述弧形隔板(42)为弧形金属板，固定在所述弧形盒(41)中部，将所述弧形盒(41)分为下部的所述气室(45)和上部的护罩，且在所述弧形隔板(42)上均布分布有多个所述分气孔(46)；
保护块安装立耳(43)，所述保护块安装立耳(43)的数量为2个，分别设置在所述弧形盒(41)的两个侧壁(401)上，所述保护块安装立耳(43)为长条形，所述保护块安装立耳(43)的上端固定在所述侧壁(401)上，所述保护块安装立耳(43)的下端悬空，在所述保护块安装立耳(43)上开设有导向槽(48)；
拉耳环(44)，设置在所述保护块安装立耳(43)上，且在每个所述保护块安装立耳(43)的两侧各设置有一个拉耳环(44)。
9.如权利要求8所述的管道自动焊用充氩背保护系统，其特征在于，所述周向分段背充氩保护机构(100)，还包括：
保护块导向组件(6)，所述保护块导向组件(6)的数量为2个，分别设置在所述机构支架(1)两侧，用于固定所述多个充氩保护块(4)；
弹性收紧圈(7)，穿过所述保护块安装立耳(43)的拉耳环(44)，从而将所述多个充氩保护块(4)向所述支架中心管(11)收紧；
其中，所述保护块导向组件(6)，包括：
导向底板(61)，所述导向底板(61)为圆环形；
导向块(62)，所述导向块(62)的数量与所述充氩保护块(4)的数量相同，并沿周向均布设置在所述导向底板(61)上，所述导向块(62)由大台(621)和小台(622)构成，所述小台(622)固定在所述大台(621)上，所述大台(621)和小台(622)构成一阶梯状，所述小台(622)可以插入到与其对应的所述保护块安装立耳(43)的导向槽(48)内，从而对所述保护块安装立耳(43)进行限位。
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