CN112157073A - 一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备及除胶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备及除胶工艺，包括设置于拱门型框架（3）上用于对复合管（4）内部结构进行图像采集的图像采集装置（1）和用于除去所述复合管（4）环缝隙内残胶的除胶装置（2）、用于除去所述残胶灼烧产生气体的吹扫装置和除气抽风装置、设置于所述复合管（4）外部的冷却装置和设置于所述框架（3）侧面的复合管传输定位装置（5）。本发明可以根据精确清理双金属胶合复合管管端环缝隙中的残胶的情况确定灼烧路径，使管端可以进行焊丝堆焊，保证了焊接区域的质量的同时保护了复合的其他部位不受损伤；对残胶高温灼烧后产生的有害气体进行及时排出，降低了对环境的污染保证了施工人员的人身安全。

Description

一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备及除胶工艺

技术领域

本发明涉及管道加工领域，具体涉及一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备及除胶工艺。

背景技术

双金属胶合复合管是一种双金属复合管的衍生产品，其包括内部衬管和外部基管。其中所述衬管起承受腐蚀的作用，通常为不锈钢和镍基合金等耐蚀合金；所述基管用于保持复合管强度，通常为碳钢。所述的双金属胶合复合管一般用于油气的集输领域，适合在沙漠、海洋等环境中铺设。所述内部衬管和外部基管相接触的管层之间需填充用以改善复合管的抗塌陷性能并提高其使用安全性的高强粘合剂。

双金属复合管在现场装配过程中，需要对其管端进行堆焊处理。如申请号为CN2012100235.1的发明专利，公开了一种双金属复合管的对焊方法。该发明所述对焊方法，包括步骤：将加工后的两段双金属复合管分别连接电源两极，在双金属复合管的待焊接处的管内嵌套耐高温陶瓷环；利用闪光对焊原理使双金属复合管的耐腐蚀内层管逐渐熔化，随后双金属复合管的基管材料也开始熔融，同时通过耐高温陶瓷环上的通气孔向焊缝内注入高压惰性气体，将基管材料和耐腐蚀内层管的熔融物吹向双金属复合管外；当基管熔融的距离达到设计值后，停止注入高压惰性气体，再快速挤压两段双金属复合管，实现双金属复合管的对焊。该发明提供的对焊方法方便双金属复合管的现场对焊焊接施工，加快了施工速度，减少了焊接缺陷的产生，可用于腐蚀性石油天然气输送用双金属管的焊接。但是，双金属胶合复合管的内部衬管与外部基管管间的环缝隙处存在残胶，所述的残胶在焊接过程中由于受热会被灼烧碳化，最终导致堆焊处理的焊接质量达不到实际使用要求。

因此在实际生产过程中，在堆焊处理前，需对焊接位置处的环缝隙的残胶进行清除。现有技术中，清除残胶的工艺包括机械除胶工艺、氢氧焰灼烧工艺和离子束灼烧工艺。所述的机械除胶工艺主要采用车床、铣床或磨床等机械床来完成，但是由于机床的结构限制，采用机械除胶难以实现对管间环缝隙的残胶进行清除，即使可以清除，对管端的椭圆度和刀具要求也极高；此外，氢氧焰灼烧工艺和离子束灼烧工艺虽然能够清除部分残胶，但由于其热量大、热源不集中，会导致管内更深部位的残胶因热膨胀而流出，且会导致残胶发生部分热分解，影响双金属复合管的性能。

发明内容

本发明目的是提供可以快速、准确去除双金属胶合复合管的环缝隙夹层中的胶的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案如下：

一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，包括设置于拱门型框架上用于对复合管内部结构进行图像采集的图像采集装置和用于除去所述复合管环缝隙内残胶的除胶装置、用于除去所述残胶灼烧产生气体的气体吹扫装置和除气抽风装置、 设置于所述复合管外部的冷却装置和设置于所述框架侧面的复合管传输定位装置。

本发明为了去除双金属胶合复合管环缝隙处的残胶，设置图像采集装置和除胶装置，所述的图像采集装置设置有照明部件，使其能够更好地对复合管内部构造进行拍摄及观察；所述的除胶装置采用激光除胶并且设置有可调倾角聚焦器，使得所述的除胶设备具有高聚能及焦距可调等优点，采用激光灼烧产生热量低于氢氧焰和离子束，可以有效避免更深部位的胶流出能够较为方便的控制灼烧深度；可以在保护复合管的性能不受影响的同时将残胶去除，为管端的堆焊处理提供合适的施工条件。

优选地，所述的传输定位装置包括用于传输复合管的导轨和用于对所述复合管端口进行夹持并带动所述复合管转动的夹持旋转装置，所述的夹持旋转装置设置于所述导轨靠近所述框架的一端。

优选地，所述的图像采集装置包括用于探明所述复合管环缝隙内残胶分布的一或多个相机、用于照亮拍摄环境的环状的照明部件和设置于所述框架上用于带动所述图像采集装置移动的第一定位装置。

优选地，所述的除胶装置包括激光发射器、用于调节所述激光发射器的激光入射角度的可调倾角聚焦器和设置于所述框架上用于带动所述除胶装置移动的第二定位装置。

优选地，所述的第一定位装置为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。

优选地，所述的第二定位装置为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。

优选地，所述激光发射器使用的激光为CO₂激光或光纤激光。

本发明的另一个目的是提供一种采用所述的除胶设备对双金属胶合复合管的环缝隙内的胶进行去除的工艺。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案如下：

一种采用权利要求1所述除胶设备的双金属胶合复合管环缝隙除胶工艺，包括步骤：

S1：使用导轨将所述复合管移动至所述的除胶设备一侧，由所述的夹持旋转装置对所述复合管的管端进行夹持固定；

S2：由所述第一定位装置将所述的图像采集装置移动至所述复合管管端，使所述的夹持旋转装置带动所述复合管进行旋转，使所述的图像采集装置对所述复合管环缝隙的一周处进行图像采集，得到残胶在所述的复合管环缝隙的分布图像信息；

S3：由步骤S2中得到的残胶分布图像信息确定激光灼烧的初步灼烧路径，再由所述夹持旋转装置带动所述复合管进行旋转，参照所述的初步灼烧路径，利用可调倾角聚焦器调整激光发生器的激光入射角度，对所述的灼烧路径进行激光定点标记；

S4：采用所述图像采集装置对步骤S3得到的激光定点标记进行核实和修正，确定最终灼烧路径；

S5：移动所述的除胶装置，使得所述激光发射器沿最终灼烧路径进行激光灼烧除胶，同时打开外部冷却装置防止复合管过热，并打开气体吹扫装置和抽气除风装置，将残胶灼烧产生气体抽离；再使胶合复合管与夹持装置分离，并通过导轨将所述的复合光导离。

本发明所述的除胶工艺中由所述的夹持旋转装置对复合管的管端进行夹持固定及旋转，在确定灼烧路径及进行除胶过程中，所述的激光除胶装置在由所述可调倾角聚焦器确定激光入射角度后不对其进行调整，使得所述的激光发射器在工作时保持位置不变，避免了因所述激光发射器的调整产生波动，对复合管的灼烧路径以外的管壁造成不必要的损伤，确保了所述激光除胶设备的工作稳定性及精准度。

优选地，步骤S5所述激光发射器进行激光灼烧的作用宽度为0.1~3 mm。

优选地，所述的除胶装置、图像采集装置和传输定位装置设置于所述框架的同一侧。

本发明产生的有益效果包括：

（1）本发明提供一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备及除胶工艺，可以清理掉双金属胶合复合管管端环缝隙中的残胶，使管端可以进行焊丝堆焊，实现衬管与基管端部的冶金结合，保证了焊接区域的质量。

（2）本发明设置有对复合管内部结构进行图像采集的图像采集装置和用于除去所述复合管环缝隙内残胶的除胶装置，能够高精度地判定除胶位置从而确定灼烧路径，在将复合管基管与衬管间的残胶有效去除的同时保护了复合的其他部位不受损伤。

（3）本发明设置有夹持旋转装置，可以在夹紧所述复合管的同时带动其进行旋转，使得所述的除胶装置可以在固定位置进行除胶工作，不必重新对所述激光发射器的角度进行不断调整，从而避免了因所述除胶装置的角度或位置调整对灼烧路径进行清楚产生的误差，确保了所述激光除胶设备的工作稳定性及精准度。

（4）本发明所述的除胶装置设置有可调倾角聚焦器，可以根据所述初步灼烧路径及最终灼烧路径具体情况的对激光发射器的激光入射倾角进行调整并改变聚焦点位置，实现对所述激光发射器的激光灼烧范围进行精准的控制。

（5）本发明设置有针对残胶灼烧产生的气体进行处理的吹扫装置和除气抽风装置，因残胶大多为有机物，在高温灼烧后会产生有害气体，这些有害气体由所述的吹扫装置和除气抽风装置及时排出后可进行统一处理，可降低对环境的污染并且保证了施工人员的安全。

（6）所述冷却装置的设置，有效的防止残胶去除过程中复合管出现过热现象，使得更深层次的残胶受热流出，对复合管的焊缝区域产生消极影响。

附图说明

图1为激光除胶设备的示意图；

图2为图像采集装置和除胶装置的示意图；

图3为图像采集装置的工作状态的示意图；

图4为除胶装置工作状态的示意图；

图5为控制系统示意图；

其中，1为图像采集装置，11为相机，12为照明部件，13为第一定位装置，2为除胶装置，21为激光发射器，22为可调倾角聚焦器，23为第二定位装置，3为框架，4为复合管，41为衬管，42为基管，5为传输定位装置，51为导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步地详细说明。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下方”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅仅视为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

图1为激光除胶设备的示意图，由图1所示，一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，包括设置于拱门型框架3上用于对复合管4内部结构进行图像采集的图像采集装置1和用于除去所述复合管4环缝隙内残胶的除胶装置2、用于除去所述残胶灼烧产生气体的吹扫装置和除气抽风装置、设置于所述复合管4外部的冷却装置和设置于所述框架3侧面的复合管传输定位装置5。所述的传输定位装置5包括用于传输复合管的导轨51和用于对所述复合管4端口进行夹持并带动所述复合管4转动的夹持旋转装置，所述的夹持旋转装置设置于所述导轨51靠近所述框架3的一端。所述的除胶装置2、图像采集装置1和传输定位装置5设置于所述框架3的同一侧。

所述的气体的吹扫装置所用气体，可以是压缩空气，也可是氧气或其他氧化性气体。

所述的外部的冷却装置，使用的冷却介质为气体，水或油。

所述的框架3上设置有供所述图像采集装置1和除胶装置2滑动的滑杆。

图2为图像采集装置和除胶装置的示意图，如图2所示，所述的图像采集装置1包括用于探明所述复合管4环缝隙内残胶分布的一或多个相机11、用于照亮拍摄环境的环状的照明部件12和设置于所述框架3上用于带动所述图像采集装置1移动的第一定位装置13。所述的图像采集装置1通过信号传输装置与图像处理装置，连接方式包括有线或无线信号传输。所述的第一定位装置13为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。所述的相机11为工业视觉相机。

所述的相机11，可以是由单镜头相机进行观察，也可以设置多个镜头来同时捕捉定位。

所述的除胶装置2包括激光发射器21、用于调节所述激光发射器21的激光入射角度的可调倾角聚焦器22和设置于所述框架3上用于带动所述除胶装置2移动的第二定位装置23。所述的第二定位装置23为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。

所述激光发射器21使用的激光为CO₂激光或光纤激光。

如图2所示，本发明实施例中，所述的照明部件12设置为圆环状的照明灯，所述的相机11位于所述照明灯的中心。

一种采用所述除胶设备的双金属胶合复合管环缝隙除胶工艺，包括步骤：

S1：使用导轨51将所述复合管4移动至所述的框架3一侧，由所述的夹持旋转装置对所述复合管4的管端进行夹持固定；

S2：由所述第一定位装置13将所述的图像采集装置1移动至所述复合管4管端，所述的夹持旋转装置带动所述复合管4进行旋转，所述的图像采集装置1对所述复合管4环缝隙的一周处进行图像采集，然后将采集到的图像信息经过信号传输装置13向所述的图像处理装置14传输，得到残胶在所述的复合管4环缝隙的分布图像信息；

S3：由S2中得到的残胶分布位置确定激光灼烧的初步灼烧路径，再由所述夹持旋转装置带动所述复合管4进行旋转，参照所述的初步灼烧路径利用可调倾角聚焦器22调整激光发生器21的激光入射角度，对所述的灼烧路径进行激光定点标记，所述的定点标记的标记点数为2~个，本发明实施例的标记点数为3个；

S4：采用所述图像采集装置1对S3做的定点标记进行核实和修正，确定最终灼烧路径；

S5：移动所述的除胶装置2，使得所述激光发射器21沿最终灼烧路径进行激光灼烧除胶，同时打开外部冷却装置防止复合管过热，并打开吹扫装置和抽气除风装置，将残胶灼烧产生气体抽离再集中处理；胶合复合管与夹持装置分离，并通过导轨51离开。所述激光发射器21进行激光灼烧的作用宽度为0.1~3 mm。

图3为图像采集装置的工作状态的示意图，如图3所示，当需要对复合管进行除胶操作时，复合管环缝隙处的残胶与相机11的距离应正好在相机聚焦的景深范围内。

图4为除胶装置工作状态的示意图，如图4所示，当进行激光定点标记或激光除胶时，所述的激光发射器21的入射点聚集在衬管41和基管42之间环缝隙的残胶处。

图像采集系统1和除胶装置2的参数设定由控制系统控制进行。所述的控制系统的示意图如图5所示，所述的控制系统包括主控计算机，所述的主控计算机为一台多网口的工控机，所述的工控机内装有一张三轴运动控制卡和一张二轴运动控制卡。所述的三轴运动控制卡用于控制所述激光发射器21水平或竖直移动和所述可调倾角聚焦器22的转动；所述二轴运动控制卡用于控制所述图像采集装置1的水平、竖直移动。所述的二轴运动控制卡连接有第一驱动器组和第一电机组，所述的三轴运动控制卡连接有第二驱动器组和第二电机组。所述的第一电机组为无刷伺服电机或步进电机，所述的无刷伺服电机的控制精度由其编码器决定，所述步进电机的控制精度由其细分数、以及减速器的减速比决定。所述步进电机为配置编码器的步进电机或未配置编码器的步进电机。所述的第二电机组为无刷伺服电机或步进电机，所述的无刷伺服电机的控制精度由其编码器决定，所述步进电机的控制精度由其细分数、以及减速器的减速比决定。所述步进电机为配置编码器的步进电机或未配置编码器的步进电机。

所述的图像采集装置1通过网口或CameraLink接口与主控计算机连接。

当对复合管4进行图像采集时，由所述的主控计算机根据复合管的衬管41和基管42的内径及厚度计算出所述相机11的拍摄的轨迹圆的直径，计算出相机11的朝向，对相机的参数进行标定。由主控计算机控制所述二轴运动控制卡操纵所述图像采集装置1的水平、竖直移动。使得所述衬管41和基管42间的环缝隙处的残胶位于稍偏离光轴的位置。

由所述的夹持旋转装置控制复合管4进行旋转，相机11沿所述的环缝隙的圆周拍摄一周后，得到一系列的图片，通过图像处理装置14计算得到一圈残胶的空间分布位置。

由残胶的分布位置确定激光灼烧的初步灼烧路径，将所述的初步灼烧路径作为参考，由主控计算机控制所述的三轴运动控制卡操纵所述的除胶装置2的可调倾角聚焦器22调整激光发生器21的激光入射角度，对所述的灼烧路径进行激光定点标记；

采用所述图像采集装置1对S3做的定点标记进行核实和修正，确定最终灼烧路径；

移动所述的除胶装置2，使得所述激光发射器21沿最终灼烧路径进行激光灼烧除胶，同时打开外部冷却装置防止复合管过热，并打开吹扫装置和抽气除风装置，将残胶灼烧产生气体抽离再集中处理；胶合复合管与夹持装置分离，并通过导轨51离开。

所述的冷却装置、吹扫装置和抽气除风装置通过PLC控制系统（ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器）与所述的主控计算机连接。

根据最终灼烧路径的参数数据，确定所述激光发射器21的聚焦点的运动数据后，将所述的运动数据发送到三轴运动控制卡，并控制除胶装置2的竖直、水平运动和所述可调倾角聚焦器22的转动，以及所述的激光发射器21的功率，最终将环缝隙处的残胶灼烧去除。

当除胶结束后，所述的图像采集装置1和除胶装置2沿着所述框架3的滑杆向远离复合管4的方向移动，所述的复合管4由所述的传输定位装置5输送离开。

所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，还包括检测所述复合管4的位置的传感器、检测所述第一定位装置13和第二定位装置23间距离的距离传感器和用于驱动所述导轨的电机组，这些部件都通过所述的PLC控制系统与所述的主控计算机连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：包括设置于拱门型框架（3）上用于对复合管（4）内部结构进行图像采集的图像采集装置（1）和用于除去所述复合管（4）环缝隙内残胶的除胶装置（2）、用于除去所述残胶灼烧产生气体的吹扫装置和除气抽风装置、设置于所述复合管（4）外部的冷却装置和设置于所述框架（3）侧面的复合管传输定位装置（5）。

2.根据权利要求1所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的传输定位装置（5）包括用于传输复合管的导轨（51）和用于对所述复合管（4）端口进行夹持并带动所述复合管（4）转动的夹持旋转装置，所述的夹持旋转装置设置于所述导轨（51）靠近所述框架（3）的一端。

3.根据权利要求1所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的图像采集装置（1）包括用于探明所述复合管（4）环缝隙内残胶分布的一或多个相机（11）、用于照亮拍摄环境的环状的照明部件（12）和设置于所述框架（3）上用于带动所述图像采集装置（1）移动的第一定位装置（13）。

4.根据权利要求1所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的除胶装置（2）包括激光发射器（21）、用于调节所述激光发射器（21）的激光入射角度的可调倾角聚焦器（22）和设置于所述框架（3）上用于带动所述除胶装置（2）移动的第二定位装置（23）。

5.根据权利要求2所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的第一定位装置（13）为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。

6.根据权利要求3所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的第二定位装置（23）为多轴机械手、二维定位装置或三维定位装置。

7.根据权利要求4所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述激光发射器（21）使用的激光为CO₂激光或光纤激光。

8.一种采用权利要求1所述除胶设备的双金属胶合复合管环缝隙除胶工艺，包括步骤：

S1：使用导轨（51）将所述复合管（4）移动至所述的框架（3）一侧，由所述的夹持旋转装置对所述复合管（4）的管端进行夹持固定；

S2：由所述第一定位装置（13）将所述的图像采集装置（1）移动至所述复合管（4）管端，使所述的夹持旋转装置带动所述复合管（4）进行旋转，使所述的图像采集装置（1）对所述复合管（4）环缝隙的一周处进行图像采集，得到残胶在所述的复合管（4）环缝隙的分布图像信息；

S3：由步骤S2中得到的残胶分布图像信息确定激光灼烧的初步灼烧路径，再由所述夹持旋转装置带动所述复合管（4）进行旋转，参照所述的初步灼烧路径，利用可调倾角聚焦器（22）调整激光发生器（21）的激光入射角度，对所述的灼烧路径进行激光定点标记；

S4：采用所述图像采集装置（1）对步骤S3得到的激光定点标记进行核实和修正，确定最终灼烧路径；

S5：移动所述的除胶装置（2），使得所述激光发射器（21）沿最终灼烧路径进行激光灼烧除胶，同时打开外部冷却装置防止复合管过热，并打开吹扫装置和抽气除风装置，将残胶灼烧产生气体抽离；再使胶合复合管与夹持装置分离，并通过导轨（51）将所述复合管（4）导离。

9.根据权利要求8所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶工艺，其特征在于：步骤S5所述激光发射器（21）进行激光灼烧的作用宽度为0.1~3 mm。

10.根据权利要求1所述的一种双金属胶合复合管环缝隙除胶设备，其特征在于：所述的除胶装置（2）、图像采集装置（1）和传输定位装置（5）设置于所述框架（3）的同一侧。

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