CN111570995B - 管线钢双向摩擦焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管线钢双向摩擦焊接设备，包括：安装底座；中间摩擦台，其滑动装配在安装底座上；往复驱动机构，其连接在中间摩擦台与安装底座之间，用于驱动中间摩擦台在安装底座上往复滑动；左支撑台和右支撑台，左支撑台和右支撑台分别位于中间摩擦台的两侧，且均与安装底座滑动连接；压力驱动机构，其设置在安装底座内部，用于迫使左支撑台和右支撑台朝中间摩擦台紧靠；中间摩擦台、左支撑台和右支撑台上均分布有用于固定钢段的固定结构。本发明的有益效果是：采用双向摩擦焊接方式对母材进行连接，最大的优势是保持了焊接接头与钢段母材材料成分的一致性，从而保持管线钢在使用过程中性能的一致性。

Description

管线钢双向摩擦焊接设备

技术领域

本发明金属材料焊接加工技术领域，具体涉及一种管线钢双向摩擦焊接设备。

背景技术

管线钢是微合金钢中最典型的钢种，具体指用于输送石油、天然气等管道所用的一类具有特殊要求的钢种，根据厚度和后续形成等方面的不同，可由热连轧机组、炉卷轧机或中厚板轧机生产，经螺旋焊接或UOE直缝焊接形成大口径钢管。

在管线钢的成型工艺中，无论是轧制前还是轧制后，通常都会涉及到对母材、粗胚等进行焊接，而目前的焊接方式存在较多缺陷，会对管线钢后续的生产工序产生不利的影响；有人采用金相、扫描电镜断口等对焊接接头各个区域的组织和性能进行分析，发现内外焊缝区组织均为针状铁素体，热影响区粗晶区晶粒粗化严重，主要组织为粒状贝氏体和贝氏体铁素体，在原奥氏体晶界和贝氏体板条内部存在块状或条状的马氏体-奥氏体组元；热影响区冲击功离散性较大，扫描电镜断口分析呈现典型的解理断裂特征；焊接接头抗拉强度805-815MPa，断裂位置均在热影响区；焊接接头反弯试样易在热影响区出现裂纹和脆断现象；热影响区硬度在220-250HV之间，较母材下降30HV左右。可以看出:热影响区是管线钢焊接接头的薄弱环节，因此，提高管线钢的焊接稳定性成为当前研究的重点，有助于为后续的工序打下良好的基础。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种管线钢双向摩擦焊接设备，以解决现有技术中管线钢焊接后缺陷较多，焊接稳定性差，易对后续工序产生不利影响等技术问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种管线钢双向摩擦焊接设备，其要点在于，包括：

安装底座；

中间摩擦台，其滑动装配在所述安装底座上；

往复驱动机构，其连接在中间摩擦台与安装底座之间，用于驱动中间摩擦台在安装底座上往复滑动；

左支撑台和右支撑台，所述左支撑台和右支撑台分别位于中间摩擦台的两侧，且均与所述安装底座滑动连接，左支撑台和右支撑台的滑动方向与中间摩擦台的滑动方向垂直；

压力驱动机构，其设置在安装底座内部，用于迫使左支撑台和右支撑台朝中间摩擦台紧靠；

所述中间摩擦台、左支撑台和右支撑台上均分布有用于固定钢段的固定结构。

采用上述结构，待焊接的两块钢段母材分别固定在左支撑台和右支撑台上，并在中间摩擦台上固定放置一块衔接段，然后往复驱动机构驱动中间摩擦台并带动衔接段高频率往复运动时，然后压力驱动机构工作，迫使左支撑台和右支撑台上的钢段母材与衔接段的两侧紧贴，从而形成摩擦焊接，使两块钢段母材连接为一体。采用双向摩擦焊接方式对母材进行连接，最大的优势是保持了焊接接头与钢段母材材料成分的一致性，从而保持管线钢在使用过程中性能的一致性。同时双向摩擦焊也克服了质量较重的钢材不便于摩擦焊接的技术问题，具有技术手段新颖、工艺方法巧妙的技术优势，市场应用前景广阔。

作为优选：所述往复驱动机构包括第一电机、连接在第一电机输出轴上的驱动盘、以及偏心转动连接在驱动盘上的联动杆，其中联动杆远离驱动盘的一端转动连接在中间摩擦台上。采用上述结构，第一电机工作即可驱动中间摩擦台在安装底座的宽度方向上往复运动。

作为优选：所述安装底座的中部对称设有两组沿其宽度方向延伸的导向柱，所述中间摩擦台的下侧设有与导向柱相匹配并滑动连接的导向槽，所述导向柱截面的上部分为弧形。

所述导向柱的外表面和导向槽的内槽槽壁的粗糙度不超过Ra3.2。采用上述结构，中间摩擦台滑动的流畅性好，可确保中间摩擦台高频率往复运动时，机构运动的可靠性，有利于提升焊接质量。

作为优选：所述压力驱动机构包括固设在左支撑台下侧的第一齿条、固设在右支撑台下侧的第二齿条、以及固设在安装底座内部的第二电机，其中第二电机的输出轴上连接有齿盘，该齿盘啮合在第一齿条与第二齿条之间。采用上述结构，第二电机驱动齿盘转动，齿盘与两侧的齿条啮合，这样便可驱动左支撑台和右支撑台朝靠近中间摩擦台的方向运动，即提供摩擦焊接所需的侧向压力。

作为优选：所述安装底座上分布有沿其长度方向延伸的滑槽，左支撑台和右支撑台的下侧均设有与滑槽相匹配并滑动连接的滑块。采用上述结构，便于实现滑动装配。

作为优选：所述安装底座长度方向的中间位置设有安装槽，第一齿条和第二齿条相互远离的一侧滑动抵接在安装槽两侧侧壁上。采用上述结构，不仅有利于装配齿轮齿条，而且齿条的背侧滑动接触在安装槽的侧壁上，还能够保证齿条运动的平稳性。

作为优选：所述左支撑台和右支撑台的中部均设有避让孔。采用上述结构，能够减小钢段母材与左支撑台和右支撑台上表面之间的接触面积，使钢段母材的固定更为可靠，也有利于保证焊接质量。

作为优选：所述固定结构包括水平设置在对应的中间摩擦台、左支撑台和右支撑台上方的定位板，每块定位板上配置有至少两组向下延伸的锁紧螺栓。采用上述结构，拧动锁紧螺栓即可将母材紧固在中间摩擦台、左支撑台和右支撑台上。

作为优选：所述左支撑台和右支撑台在各定位板的对应位置均设有支撑座，支撑座的上表面均与对应的左支撑台和右支撑台的上表面齐平。采用上述结构，能够保证母材在左支撑台和右支撑台上固定强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、母材通过摩擦焊的方式连接，焊后的熔合区、热影响区与母材组织结构的一致性更好，管线钢在后续轧制成型后各区域的晶粒尺寸趋于一致，焊缝位置不会出现起泡、缩松、裂痕等制造缺陷，可显著地提升管线钢成型质量。

2、在两段母材之间增设衔接段并使用双向摩擦焊接手段，在摩擦焊接时，仅需要让衔接段高频率的往复运动即可使两段母材与衔接段连接为一体，克服了质量较重的钢质母材不便于摩擦焊接的技术问题，具有技术手段新颖、工艺方法巧妙的技术优势，市场应用前景广阔。

附图说明

图1为双向摩擦焊接设备的结构示意图；

图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；

图3为双向摩擦焊接设备的主视图；

图4为焊接设备隐藏左支撑台和右支撑台后的另一结构示意图；

图5为本发明的使用状态参考图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1至4所示，一种管线钢双向摩擦焊接设备，其结构包括安装底座1a，安装底座1a上滑动安装有中间摩擦台1b、左支撑台1c和右支撑台1d，其中所述中间摩擦台1b沿安装底座1a的宽度方向滑动，左支撑台1c和右支撑台1d沿安装底座1a的长度方向滑动，且左支撑台1c和右支撑台1d设置在中间摩擦台1b的左右两侧。安装底座1a上设置有往复驱动机构1f，往复驱动机构1f包括第一电机1f1、连接在第一电机1f1输出轴上的驱动盘1f2、以及偏心转动连接在驱动盘1f2上的联动杆1f3，其中联动杆1f3远离驱动盘1f2的一端转动连接在中间摩擦台1b上，第一电机1f1工作即可驱动中间摩擦台1b在安装底座1a的宽度方向上往复运滑动。安装底座1a内部还设有压力驱动机构1e，压力驱动机构1e包括固设在左支撑台1c下侧的第一齿条1e1、固设在右支撑台1d下侧的第二齿条1e2、以及固设在安装底座1a内部的第二电机1e3，其中第二电机1e3的输出轴上连接有齿盘1e4，该齿盘1e4啮合在第一齿条1e1与第二齿条1e2之间，第二电机1e3驱动齿盘1e4转动，即可驱动左支撑台1c和右支撑台1d朝靠近中间摩擦台1b的方向运动。

焊接设备的工作过程如下所述：

如图5所示，两块钢段母材a通过固定结构1g分别固定在左支撑台1c和右支撑台1d上，衔接段b也通过固定结构1g固定在中间摩擦台1b上，然后往复驱动机构1f驱动衔接段b高频率往复运动，此过程中，压力驱动机构1e也在工作，迫使左支撑台1c和右支撑台1d上的钢段母材a与衔接段b的两侧紧贴，以提供摩擦焊接所需的压力，最后即可通过衔接段b将两块钢段母材a焊接起来。

采用摩擦焊接方式对钢段母材a进行连接，最大的优势是保持焊接接头与母材材料成分的一致性，从而保持管线钢在使用过程中性能的一致性，并有利于后续如轧制等工序的生产。同时，双向焊接方式也克服了质量较重的钢段母材a不便于摩擦焊接的技术问题。

如图1所示，为减小钢段母材a与左支撑台1c和右支撑台1d上表面之间的接触面积，使钢段母材a的固定装配更为可靠，左支撑台1c和右支撑台1d的中部均设有避让孔k。固定结构1g包括水平悬置在对应的中间摩擦台1b、左支撑台1c和右支撑台1d上方的定位板m1，定位板m1上配置有两组向下延伸的锁紧螺栓n2，钢段母材a放置在左支撑台1c和右支撑台1d上后，拧紧锁紧螺栓n2即可完成钢段母材a的锁紧。进一步的，为增加钢段母材a在左支撑台1c和右支撑台1d上的固定支撑强度，左支撑台1c和右支撑台1d在对应定位板m1的位置均设有支撑座m2，支撑座m2的上表面均与对应的左支撑台1c和右支撑台1d的上表面齐平，钢段母材a固定锁紧后，稳固性较好，有利于保证焊接质量。

如图3所示，安装底座1a的中部对称设有两组沿其宽度方向延伸的导向柱1a1，中间摩擦台1b的下侧设有与导向柱1a1相匹配并滑动连接的导向槽1b1，导向柱1a1截面的上部分为弧形。导向柱1a1的外表面和导向槽1b1的内槽槽壁的粗糙度不超过Ra3.2。这样设计后中间摩擦台1b滑动的流畅性好，能够确保中间摩擦台1b高频率往复运动时，机构运动的可靠性，有利于提升和保证焊接质量。

再如图1和4所示，安装底座1a上分布有沿其长度方向延伸的滑槽1a2，左支撑台1c和右支撑台1d的下侧均设有与滑槽1a2相匹配并滑动连接的滑块h，进一步的，安装底座1a长度方向的中间位置设有安装槽1a3，第一齿条1e1和第二齿条1e2分别固定在左支撑台1c和右支撑台1d的下侧后，第一齿条1e1和第二齿条1e2的背侧滑动抵接在安装槽1a3两侧侧壁上，齿盘1e4也位于安装槽1a3内并与两侧的第一齿条1e1和第二齿条1e2啮合，如此设计，不仅有利于装配齿轮齿条，而且齿条的背侧滑动接触在安装槽1a3的侧壁上，还能够保证齿轮齿条啮合运动的平稳性，同样也有利于提升和保证焊接质量。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于，包括：

安装底座(1a)；

中间摩擦台(1b)，其滑动装配在所述安装底座(1a)上；

往复驱动机构(1f)，其连接在中间摩擦台(1b)与安装底座(1a)之间，用于驱动中间摩擦台(1b)在安装底座(1a)上往复滑动；

左支撑台(1c)和右支撑台(1d)，所述左支撑台(1c)和右支撑台(1d)分别位于中间摩擦台(1b)的两侧，且均与所述安装底座(1a)滑动连接，左支撑台(1c)和右支撑台(1d)的滑动方向与中间摩擦台(1b)的滑动方向垂直；

压力驱动机构(1e)，其设置在安装底座(1a)内部，用于迫使左支撑台(1c)和右支撑台(1d)朝中间摩擦台(1b)紧靠；

所述中间摩擦台(1b)、左支撑台(1c)和右支撑台(1d)上均分布有用于固定钢段的固定结构(1g)；

所述往复驱动机构(1f)包括第一电机(1f1)、连接在第一电机(1f1)输出轴上的驱动盘(1f2)、以及偏心转动连接在驱动盘(1f2)上的联动杆(1f3)，其中联动杆(1f3)远离驱动盘(1f2)的一端转动连接在中间摩擦台(1b)上；

所述压力驱动机构(1e)包括固设在左支撑台(1c)下侧的第一齿条(1e1)、固设在右支撑台(1d)下侧的第二齿条(1e2)、以及固设在安装底座(1a)内部的第二电机(1e3)，其中第二电机(1e3)的输出轴上连接有齿盘(1e4)，该齿盘(1e4)啮合在第一齿条(1e1)与第二齿条(1e2)之间，所述安装底座(1a)长度方向的中间位置设有安装槽(1a3)，第一齿条(1e1)和第二齿条(1e2)相互远离的一侧滑动抵接在安装槽(1a3)两侧侧壁上。

2.根据权利要求1所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述安装底座(1a)的中部对称设有两组沿其宽度方向延伸的导向柱(1a1)，所述中间摩擦台(1b)的下侧设有与导向柱(1a1)相匹配并滑动连接的导向槽(1b1)，所述导向柱(1a1)截面的上部分为弧形。

3.根据权利要求2所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述导向柱(1a1)的外表面和导向槽(1b1)的内槽槽壁的粗糙度不超过Ra3.2。

4.根据权利要求1所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述安装底座(1a)上分布有沿其长度方向延伸的滑槽(1a2)，左支撑台(1c)和右支撑台(1d)的下侧均设有与滑槽(1a2)相匹配并滑动连接的滑块(h)。

5.根据权利要求1所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述左支撑台(1c)和右支撑台(1d)的中部均设有避让孔(k)。

6.根据权利要求1所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述固定结构(1g)包括水平设置在对应的中间摩擦台(1b)、左支撑台(1c)和右支撑台(1d)上方的定位板(m1)，每块定位板(m1)上配置有至少两组向下延伸的锁紧螺栓(n2)。

7.根据权利要求6所述的管线钢双向摩擦焊接设备，其特征在于：所述左支撑台(1c)和右支撑台(1d)在各定位板(m1)的对应位置均设有支撑座(m2)，支撑座(m2)的上表面均与对应的左支撑台(1c)和右支撑台(1d)的上表面齐平。

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