CN111438424A - 一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其包括引弧装置、排辊装置以及切割装置，引弧装置包括引弧管、夹具和热电偶，夹具同轴夹紧引弧管，焊接时引弧管与焊管同轴心；通过排辊装置调整焊管的位置，在满足焊管与引弧管的坡口重合后，使焊管始端与最近的引弧管端面紧密接触；每段引弧管靠近焊管一端的内壁面坡口两侧点焊有三对热电偶，通过热电偶测量焊缝温度来判断焊弧是否稳定。本发明将现有的弧形引弧板改进为一段段完整的引弧管，克服现有引弧板只能使用一次的缺陷，提高材料利用率，而且引弧管直接对接在焊管端面上，方便切割，操作方便，省时省力。

Description

一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置及工艺

技术领域

本发明涉及钢管焊接工具领域，特别涉及一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置及工艺。

背景技术

目前，埋弧焊在钢管的直焊缝中发挥越来越重要的作用，而埋弧焊焊接过程中，引弧阶段因为电流不稳定，产生的焊缝质量问题较多，因此为了保证焊接质量，希望在焊弧稳定之前的焊缝不要在工件上，焊前应在焊接接头始端设置焊缝引弧板。工厂为了生产高质量的直缝埋弧焊管，焊前要装配两块和管坯同材质的金属板，焊前先将两块金属板点焊到所要焊接焊缝的一端，然后从这两块金属板上开始引弧，等焊弧移动到所需加工的焊缝时，焊接的电流、电压和焊弧都比较稳定，此时焊接的焊缝质量比较好，等焊接完成后，再将引弧板割掉，但现有的引弧板用过一次之后就要作废弃处理，增大了材料消耗，造成了很大的资源浪费；其次，焊接完成后，必须要将焊接在钢管上的引弧板切割下来，而切口很容易塌陷，导致焊管壁面缩口，严重影响焊管质量；另外，因为引弧板需要在焊前先点焊在管坯一端的壁面上，点焊势必会影响焊管始端壁面组织，所以有时工厂为了保证焊管质量，焊接后需要通过圆盘剪将焊管切头切尾，严重影响焊管成材率。

现有的引弧板安装、切割比较麻烦，生产效率低，因此，提供一种高效、安装方便的直缝埋弧焊管引弧装置具有重要的工程实际意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本专利提供一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置，本装置能够有效提高直缝埋弧焊管焊接质量，同时提高焊管成材率，降低生产成本。

具体地，本发明提供一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其包括引弧装置、排辊装置以及切割装置；

所述引弧装置包括机架、多个引弧管、夹具、热电偶、导轨和限位块，每一个引弧管借助于一个夹具进行固定和移动，所述夹具为两个带有支脚的月牙形框架，两个月牙形框架分别通过螺栓和弹簧同轴夹紧所述引弧管；

所述导轨的第一端固定在机架上，所述夹具能够在所述导轨上移动，所述导轨的第二端设置有所述限位块，当所述夹具运动至接触到限位块时，所述引弧管和管坯的轴线共线，所述热电偶焊接在所述引弧管内壁面坡口两侧；

所述排辊装置包括焊管、排辊机构和侧轮机构，所述焊管借助于多组排辊机构支撑，所述焊管第一端的两组排辊机构的中点处安装有侧轮机构，所述侧轮机构在其驱动机构的驱动下能够使所述焊管与所述引弧管的坡口重合，所述排辊机构在其驱动机构的驱动下能够使所述焊管端面与最近的所述引弧管端面紧密接触；

所述引弧管包括主引弧管和副引弧管，多个引弧管首尾相接设置在焊管的周向上，所述副引弧管靠近焊管第一端设置；

所述切割装置包括行走小车、控制系统、转向臂、第一连接臂、第二连接臂和切割枪，所述转向臂安装在行走小车上，所述转向臂依次连接第一连接臂、第二连接臂和切割枪，所述转向臂设置有第一伺服电机，所述第一连接臂设置有第二伺服电机，所述第二连接臂设置有第三伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机分别与所述控制系统相连并在所述控制系统的控制下进行正反转从而分别控制转向臂、第一连接臂以及第二连接臂的转动，实现切割枪的精准定位，所述引弧管直接对接在所述焊管的端面上并在排辊机构的作用下紧密接触。

优选地，所述机架上还设置有引导杆，所述夹具沿所述引导杆在所述导轨上运动。

优选地，每个所述月牙形框架的支脚上设置有一对滚轮，其中一个所述月牙形框架支脚内侧固定有一个驱动所述滚轮的所述电机。

优选地，所述引弧装置中所述夹具的所述月牙形框架内表面设有防夹伤衬层。

优选地，所述每一个引弧管靠近所述焊管一端的内壁面坡口两侧点焊有三对所述热电偶，所述热电偶用于测量焊缝温度来判断焊弧是否稳定。

优选地，所述引弧管在焊管的焊接方向上依次包括第一引弧管、第二引弧管、第三引弧管、第四引弧管、第五引弧管、第六引弧管、第七引弧管、第八引弧管以及第九引弧管，所述第一引弧管至第六引弧管为主引弧管，所述第七引弧管至第九引弧管为副引弧管。

优选地，本发明还提供一种直缝埋弧焊管的引弧方法，其包括以下步骤：

S1、对引弧管进行安装，利用侧轮机构使焊管和引弧管的坡口重合，锁死侧轮机构的驱动机构，利用排辊机构保证焊管和引弧管的端面紧密接触，锁死排辊机构的驱动机构；

S2、利用温度采集器，实时监测引弧管的焊缝温度，启动焊接机，从第一引弧管开始引弧，第六引弧管的三对热电偶所测的温度稳定在1500±50℃范围内，即认为焊弧已经稳定，保留第七引弧管，启动对应夹具的电机撤去第八引弧管和第九引弧管，启动排辊机构的驱动机构，使得焊管的端面与第七引弧管的末端端面重新紧密接触，锁死排辊机构的驱动电机，焊弧继续平稳运行至焊管上；

S4、焊接完成后，启动切割装置的行走小车，由控制系统控制行走小车带动切割枪依次运行至焊管与引弧管以及多个引弧管之间的拼接处，启动切割枪切割焊缝，同时进行冷却；

S5、完成切割后取下引弧管，并对引弧管进行处理，以之前的焊缝为基准逆时针转动10°，重新加工引弧管的坡口以及完成准备工序，重复以上步骤S1-S4。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将现有的用于直缝埋弧焊管的引弧板改进为与焊管同规格的引弧管。在焊管周向上，本装置的引弧管相当于数块引弧板首尾无缝焊接而成，现有的引弧板用过一次之后就要作废弃处理，改进后的引弧管可以多次使用，提高材料利用率；在焊管轴向上，现有引弧板的长度只能靠工人凭经验确定，本装置的引弧管在焊管轴向上分成数段，在确保焊管焊缝始端质量的同时使引弧管的长度达到最短，降低生产成本。

2、本发明和现有的引弧板相比，本发明的引弧装置直接拼接在焊管端面上，焊接前无需焊接，不会对焊管端面组织造成影响，而且方便焊接完成后引弧管与焊管的切割，同时可以大幅度降低焊管管端焊缝磨削的工作量，操作方便，省时省力。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明的排辊装置结构示意图；

图4是本发明的引弧装置结构示意图；

图5是本发明的切割装置结构示意图；

图6是本发明的引弧装置热电偶点焊示意图；以及

图7是本发明的引弧装置引弧管坡口示意图。

附图中附图标记如下，

1-排辊装置；10-焊管；11-侧轮机构；12-排辊机构；2-引弧装置；20-穿线孔；21-热电偶；22-夹具；23-引弧管；231-主引弧管；232-副引弧管；24-弹簧；25-螺栓；26-引导杆；27-电机；28-导轨；29-限位块；3-切割装置；30-行走小车；31-控制系统；32-转向臂；33-第一伺服电机；34-第一连接臂；35-第二伺服电机；36-第二连接臂；37-第三伺服电机；38-切割枪。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明旨在提供一种能够有效提高直缝埋弧焊管焊接质量，同时提高焊管成材率，降低生产成本的引弧装置。

本发明提供一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置，如图1至图7所示，其包括引弧装置2、排辊装置1以及切割装置3，引弧装置2包括引弧管23、夹具22、热电偶21、电机27、导轨28和限位块29，每一个引弧管23借助于一个夹具22进行固定和移动，夹具22由两个带有支脚的月牙形框架通过两对螺栓和弹簧24同轴夹紧引弧管23，夹具22和引弧管23分别设有对应的定位销和定位孔，每个月牙形框架的支脚上设置有一对滚轮，其中一个月牙形框架支脚内侧固定有一个驱动滚轮的小型电机27，在电机27的驱动下，夹具23沿引导杆26在导轨28上移动，导轨28和引导杆26的第一端固定在机架上，导轨28远离机架的第二端设有限位块29，夹具22运动至接触到限位块29时，夹具上的引弧管23和焊管10轴线共线。

排辊装置1包括焊管10、排辊机构12和侧轮机构11，侧轮机构11通过控制其驱动机构即伺服电机正反转能够满足焊管10与引弧管23的坡口重合，排辊机构12通过控制其伺服电机正反转能够满足焊管10焊接开始端与距离其最近的引弧管23端面紧密接触。

切割装置3包括行走小车30、控制系统31、转向臂32和切割枪38，转向臂32安装在行走小车30上，转向臂32依次连接第一连接臂34、第二连接臂36和切割枪38，转向臂32设置有第一伺服电机33，第一伺服电机33安装在行走小车30上。第一连接臂34设置有第二伺服电机35，第二连接臂36设置有第三伺服电机37，第二伺服电机设置在转向臂32与第一连接臂34之间，第三伺服电机37设置在第一连接臂34和第二连接臂36之间。第一伺服电机33、第二伺服电机35以及第三伺服电机37分别与控制系统相连，由控制系统31控制第一伺服电机33、第二伺服电机35和第三伺服电机37的正反转，通过转向臂32、第一连接臂34和第二连接臂36的转动，实现切割枪38的精准定位。引弧管23直接对接在焊管10端面上，焊接完成后焊管10和引弧管23由焊缝连接在一起，相比于现有的引弧板，本装置的引弧管23和焊管10焊接前无需焊接，焊接后仅有焊缝需要切断，所以采用等离子切割枪38切断焊缝，避免机械切割和火焰切割的缺陷，将引弧管23切割处理后待再次使用。

在本具体实施方式中，X80Φ762×19.1mm直缝埋弧焊接钢管采用单面Y形坡口四丝埋弧焊，坡口尺寸为α＝70°，d＝6.1mm，p＝2mm。

进一步地，焊管23长度为2400mm，由排辊装置1的三组排辊机构12支撑，首尾两组排辊机构12之间的距离a＝1610mm，焊管23末端两组排辊机构12之间的距离b＝450mm，焊管10首端两组排辊机构12中点安装有一组侧轮机构11，控制排辊机构12和侧轮机构11的伺服电机正反转，由侧轮机构11保证焊管10和引弧管23坡口重合，由排辊机构12保证焊管10和距离其最近的引弧管23端面紧密接触。

具体第，引弧管23的制备方法如下：

将同规格的管坯加工出所需Y形坡口，坡口就是钢板经成形工序后，钢板两条边结合的地方，也就是焊丝熔化后要填充的地方，坡口面就是焊丝与管坯的熔合面，附图中红色圈出的Y型沟槽就是坡口的横截面。

进行预焊，预焊采用CO₂气体保护焊，完成预焊后进行去毛刺，然后用管材切割机将管坯切割成长度为100mm的主引弧管231和150mm的副引弧管232。

引弧装置2由六个长度为100mm的主引弧管231和三个长度为150mm的副引弧管232组成，总长为1050mm，与焊管10距离近的三个引弧管23为副引弧管232，使得引弧管23稳弧的效果达到最优，夹具22通过拧紧螺栓25同轴夹紧引弧管23，同时夹具22和引弧管23设有的定位销和定位孔保证所有引弧管23同轴且坡口重合，夹具22安装在导轨28上，在导轨28末端安装限位块29。

引弧管在焊管的焊接方向上依次包括第一引弧管、第二引弧管、第三引弧管、第四引弧管、第五引弧管、第六引弧管、第七引弧管、第八引弧管以及第九引弧管，其中，第一引弧管至第六引弧管为主引弧管，第七引弧管至第九引弧管为副引弧管。每一个引弧管23靠近焊管10一端的内壁面坡口两侧点焊有三对热电偶21，每对热电偶21之间间隔10mm，靠近焊管10的热电偶21距离引弧管23末端的距离为15mm，热电偶21穿过引弧管23上的穿线孔20连接到温度采集器的端口上，温度采集器通过热电偶21测量焊缝温度来判断焊弧是否稳定。

另外，相比于现有的引弧板，本发明将引弧板改进为引弧管23，并由夹具22进行支撑，引弧管23与焊管10接触面积大，焊管10的端面在排辊装置1的作用下与引弧管23的端面紧密接触，无需焊接，不会对焊管端面组织造成影响，而且方便焊接后引弧管23与焊管10的切割。

此外，本发明将现有的引弧板改进为引弧管23，在焊管23的周向上，引弧管23相当于12对引弧板首尾无缝焊接而成，现有的引弧板用过一次之后就要作废弃处理，即如果将引弧管23制成现有的引弧板只能使用12次，而本发明的引弧管23通过转动10°后可以重复使用36次，使用次数是现有引弧板的3倍；在焊管10的轴向上，现有的引弧板的长度只能靠经验确定，引弧板太长则浪费材料，太短则不能达到稳弧的效果，本发明借鉴有限元的思想，将引弧板改进为100mm的主引弧管231和150mm的副引弧管232，通过调整引弧管23的数量，使得保证达到稳弧效果的前提下尽可能节省材料，降低生产成本。

本具体实施例的工作流程：

首先完成引弧管23的制备及安装，启动排辊装置1的侧轮机构11，保证焊管10和引弧管23的坡口重合，锁死侧轮机构11的伺服电机，启动排辊机构12，保证焊管10和引弧管23的端面紧密接触，锁死排辊机构11的伺服电机，启动温度采集器，设置温度传感器的采集频率为50Hz，实时监测引弧管23的焊缝温度，启动龙门焊接机，焊接机的焊接电压依次为30V、33V、34V和35V，焊接电流相应为450A、420A、415A和410A，焊接速度为300mm/min，从第一引弧管23上开始引弧，第六引弧管231的三对热电偶21所测的温度稳定在1500±50℃(理想焊接温度)范围内，此时可认为焊弧已经稳定，保留第七引弧管232，启动对应夹具22的电机27撤去第八引弧管和第九引弧管232，锁死排辊装置1的侧轮机构11的伺服电机，启动排辊机构12的伺服电机，线速度为1000mm/min(此过程中热电偶21测温需要3s，测温过程中焊机向前运动15mm至第七引弧管232始端，焊机走完第七引弧管232需要30s，撤去第八引弧管和第九引弧管232需要6s，焊管10从第九引弧管232末端运动至第七引弧管232末端需要18s，当焊管10的端面与第七引弧管232末端端面紧密接触时焊机距离第七引弧管232末端30mm)，使得焊管10的端面与第七块副引弧管232的末端端面重新紧密接触，锁死排辊机构11的伺服电机，焊弧继续平稳运行至焊管10上，完成焊接后，启动切割装置3的行走小车30，由控制系统31控制行走小车30带动切割枪38依次运行至焊管10与引弧管23以及引弧管23之间的拼接处，启动切割枪38切割焊缝，同时进行冷却，完成切割后取下引弧管23，对引弧管23进行去毛刺等工序，必要时可进行热处理，以之前的焊缝为基准逆时针转动10°，重新加工坡口以及完成预焊等准备工序，重复以上步骤。

另外，本发明的引弧装置安装在焊管10焊缝末端可用作熄弧装置。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：其包括引弧装置、排辊装置以及切割装置；

所述引弧装置包括机架、多个引弧管、夹具、热电偶、导轨和限位块，每一个引弧管借助于一个夹具进行固定和移动，所述夹具为两个带有支脚的月牙形框架，两个月牙形框架分别通过螺栓和弹簧同轴夹紧所述引弧管；

所述导轨的第一端固定在机架上，所述夹具能够在所述导轨上移动，所述导轨的第二端设置有所述限位块，当所述夹具运动至接触到限位块时，所述引弧管和管坯的轴线共线，所述热电偶焊接在所述引弧管内壁面坡口两侧；

所述排辊装置包括焊管、排辊机构和侧轮机构，所述焊管借助于多组排辊机构支撑，所述焊管第一端的两组排辊机构的中点处安装有侧轮机构，所述侧轮机构在其驱动机构的驱动下能够使所述焊管与所述引弧管的坡口重合，所述排辊机构在其驱动机构的驱动下能够使所述焊管端面与最近的所述引弧管端面紧密接触；

所述引弧管包括主引弧管和副引弧管，多个引弧管首尾相接设置在焊管的周向上，所述副引弧管靠近焊管第一端设置；

所述切割装置包括行走小车、控制系统、转向臂、第一连接臂、第二连接臂和切割枪，所述转向臂安装在行走小车上，所述转向臂依次连接第一连接臂、第二连接臂和切割枪，所述转向臂设置有第一伺服电机，所述第一连接臂设置有第二伺服电机，所述第二连接臂设置有第三伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机分别与所述控制系统相连并在所述控制系统的控制下进行正反转从而分别控制转向臂、第一连接臂以及第二连接臂的转动，实现切割枪的精准定位，所述引弧管直接对接在所述焊管的端面上并在排辊机构的作用下紧密接触。

2.根据权利要求1所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：所述机架上还设置有引导杆，所述夹具沿所述引导杆在所述导轨上运动。

3.根据权利要求1所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：每个所述月牙形框架的支脚上设置有一对滚轮，其中一个所述月牙形框架支脚内侧固定有一个驱动所述滚轮的所述电机。

4.根据权利要求3所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：所述引弧装置中所述夹具的所述月牙形框架内表面设有防夹伤衬层。

5.根据权利要求1所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：所述每一个引弧管靠近所述焊管一端的内壁面坡口两侧点焊有三对所述热电偶，所述热电偶用于测量焊缝温度来判断焊弧是否稳定。

6.根据权利要求5所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置，其特征在于：所述引弧管在焊管的焊接方向上依次包括第一引弧管、第二引弧管、第三引弧管、第四引弧管、第五引弧管、第六引弧管、第七引弧管、第八引弧管以及第九引弧管，所述第一引弧管至第六引弧管为主引弧管，所述第七引弧管至第九引弧管为副引弧管。

7.一种利用权利要求6所述的用于直缝埋弧焊管的引弧装置进行直缝埋弧焊管引弧的工艺，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、对引弧管进行安装，利用侧轮机构使焊管和引弧管的坡口重合，锁死侧轮机构的驱动机构，利用排辊机构保证焊管和引弧管的端面紧密接触，锁死排辊机构的驱动机构；

S2、利用温度采集器，实时监测引弧管的焊缝温度，启动焊接机，从第一引弧管开始引弧，第六引弧管的三对热电偶所测的温度稳定在1500±50℃范围内，即认为焊弧已经稳定，保留第七引弧管，启动对应夹具的电机撤去第八引弧管和第九引弧管，启动排辊机构的驱动机构，使得焊管的端面与第七引弧管的末端端面重新紧密接触，锁死排辊机构的驱动电机，焊弧继续平稳运行至焊管上；

S4、焊接完成后，启动切割装置的行走小车，由控制系统控制行走小车带动切割枪依次运行至焊管与引弧管以及多个引弧管之间的拼接处，启动切割枪切割焊缝，同时进行冷却；

S5、完成切割后取下引弧管，并对引弧管进行处理，以之前的焊缝为基准逆时针转动10°，重新加工引弧管的坡口以及完成准备工序，重复以上步骤S1-S4。

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