CN112475547A - 一种空间补偿型材料结合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间补偿型材料结合装置。所述装置包括前侧六自由度机构、后侧六自由度机构、上侧六自由度结构、滚转驱动机构、在线检测仪器、上侧六自由度机构的工具、前侧六自由度机构的工具、前侧空间弹性体、前侧隔热陶瓷体、后侧六自由度机构的工具、后侧空间弹性体、后侧隔热陶瓷体。本发明能够解决由于不锈钢钢管在制造生产中每根管子的截面直径、正圆度均有偏差造成的对接质量差的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢钢管焊接工程技术领域，具体地说涉及一种不锈钢钢管组对焊接方法，即一种空间补偿型材料结合装置，用于石油天然气、石油化工、化肥、污水处理等工业领域。
背景技术
不锈钢钢管在各类工厂和油气集输管道安装中十分常见，钢管外径范围在20~2000mm 之间，绝大多数是以焊接的方式连接。目前在进行不锈钢钢管组对时，通常的方法是手工作业的方式组对，以达到满足焊接作业需要的组对间隙和错边量；在焊接过程中，用白垩粉等涂料涂抹在焊接坡口的外两侧边缘，阻隔焊接产生的热熔飞溅伤到坡口外的不锈钢母材，以达到保护不锈钢母材的作用。
现有技术的具体做法为：将两根坡口已经加工成要求的尺寸的不锈钢钢管，进行手工组对，再点固焊固定，形成待焊的焊接接头，由于当使用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等热熔焊焊接不锈钢时，容易产生激烈的热熔飞溅，从而伤害到不锈钢坡口两侧的母材表面，造成熔化蚀坑、合金元素氧化或烧损，降低了不锈钢表面有效的承载、耐热或耐蚀性能，所以常使用白垩粉等涂料涂于坡口外侧边缘，以达到阻隔焊接产生的热熔飞溅作用。但是，现有技术的缺点为：一、由于不锈钢钢管在制造生产中，每根管子的截面直径、正圆度均有偏差，两根管子组对时相错的现象较多，手工组对质量差。二、清除涂抹于不锈钢外表面的白垩粉耗时较长，导致施工效率低。三、清除白垩粉末易造成环境污染。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种空间补偿型材料结合装置。本发明能够解决由于不锈钢钢管在制造生产中每根管子的截面直径、正圆度均有偏差造成的对接质量差的技术问题。而且，本发明热阻断效率较高，尤其适用于结晶温度敏感材料。
为实现上述发明目的，提供如下技术方案：
一种空间补偿型材料结合装置，包含前侧六自由度机构1、后侧六自由度机构2、上侧六自由度结构3、滚转驱动机构4、在线检测仪器5、上侧六自由度机构的工具6、前侧六自由度机构的工具7、前侧空间弹性体8、前侧隔热陶瓷体9、后侧六自由度机构的工具10、后侧空间弹性体11、后侧隔热陶瓷体12、前侧被结合材料13和后侧被结合材料14，
前侧六自由度机构1、后侧六自由度机构2、上侧六自由度结构3、滚转驱动机构4水平放置；前侧六自由度机构1末端连接前侧六自由度机构的工具7，前侧六自由度机构1能提供前侧六自由度机构的工具7相对于地面至少空间六自由度的运动；后侧六自由度机构2末端连接后侧六自由度机构的工具10，后侧六自由度机构2能提供后侧六自由度机构的工具10相对于地面至少空间六自由度的运动；上侧六自由度结构3底端固定于地面，上侧六自由度结构3末端连接上侧六自由度机构的工具6，上侧六自由度结构3能提供上侧六自由度机构的工具6相对于地面至少空间六自由度的运动；
前侧空间弹性体8的一端连接前侧六自由度机构的工具7，前侧空间弹性体8的另外一端连接前侧隔热陶瓷体9；后侧空间弹性体11的一端连接后侧六自由度机构的工具10，后侧空间弹性体11的另外一端连接后侧隔热陶瓷体12；
滚转驱动机构4能够托起前侧被结合材料13和后侧被结合材料14，并通过驱动前侧被结合材料13和后侧被结合材料14的外表面转动使得前侧被结合材料13和后侧被结合材料14相对于地面转动；
所述在线检测仪器5水平放置，用于检测前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙的变化。
优选，前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12都具有导向圆角。
不锈钢钢管空间补偿焊接方法，特征在于使用上述一种空间补偿型材料结合装置对不锈钢钢管进行焊接。
具体的，不锈钢钢管空间补偿焊接方法，包含如下步骤；
步骤1：辅助设备例如吊车和吊具将前侧被结合材料13和前侧被结合材料14，转运至滚转驱动机构4上端，滚转驱动机构4托起前侧被结合材料13和前侧被结合材料14，并且，前侧被结合材料13和后前侧被结合材料14之间含有间隙；
步骤2：前侧六自由度机构1将前侧六自由度机构的工具7运动到前侧被结合材料13和后侧被结合材料14内腔顶端附近，使得前侧隔热陶瓷体9与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14的结合部构成动态沟槽空间，
步骤3：与步骤2相同的操作，后侧六自由度机构2将后侧六自由度机构的工具10运动到前侧被结合材料13和后侧被结合材料14内腔顶端附近，使得后侧隔热陶瓷体12在线空间自适应前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合部构成动态沟槽空间，并且，后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9留有微间隙；
步骤4：线检测仪器5检测前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙的变化，并系统在线自学习之后，滚转驱动机构4驱动前侧被结合材料13和后侧被结合材料14转动；
同时，前侧六自由度机构1驱动前侧六自由度机构的工具7，后侧六自由度机构2驱动后侧六自由度机构的工具10，使得后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14进行空间相对静止，并且后侧隔热陶瓷体12、前侧隔热陶瓷体9、前侧被结合材料13和后侧被结合材料14与地面相对转动；
步骤5：上侧六自由度结构3驱动上侧六自由度机构的工具6移动到前侧隔热陶瓷体9在线空间自适应前侧被结合材料13和后侧被结合材料14构成的动态沟槽空间位置，上侧六自由度机构的工具6释放高温液态金属，高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙进行材料晶相在线结合；
步骤6：内添加高温液态金属从前侧隔热陶瓷体9工作到后侧隔热陶瓷体12，由于后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9留有微间隙尺寸较小，高温液态金属由于表面张力不会热侵入较深；
步骤7：高温液态金属经过前侧隔热陶瓷体9到后侧隔热陶瓷体12之后，前侧六自由度机构1驱动前侧隔热陶瓷体9，使其和后侧六自由度机构2驱动的后侧隔热陶瓷体12空间交替与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14并构成在线空间自适应动态沟槽空间，并往复多次使得高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14空间整圈结合缝隙进行材料晶相在线结合。
而且，相对于单隔热陶瓷体，本发明采用前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12交替作业，热阻断效率较高，尤其适用于结晶温度敏感材料。
有益效果
一、本发明用陶瓷材质衬垫在不锈钢钢管内部为衬垫，使用机构调节不锈钢钢管由于直径、正圆度的偏差而造成的组对错边，可以避免外对口器和不锈钢钢管直接接触造成的损伤。
二、本发明使用陶瓷材质衬垫在不锈钢上能够起到保护不锈钢钢管的作用，阻隔焊接产生的热熔飞溅到不锈钢母材上。同时解决了现有技术采用涂抹白垩粉在不锈钢表面而造成的清除困难、环境污染的问题，提高了工效。
三、本发明使用旋转驱动装置进行组对，相对于现有的手工组对，提高了组对质量。
四、本发明所使用的陶瓷材质衬垫没有损耗，可反复使用。
五、本发明所采用的不陶瓷材质衬垫，在起到保护不锈钢钢管的同时，也具有便于安装和拆卸的特点。
六、本发明所采用的陶瓷材质衬垫宽度在10—300mm 之间，能够根据不同的不锈钢钢管外径进行的选择，以达到提高工作效率的目的。
七、本发明采用的陶瓷材质衬垫的长度比不锈钢钢管外径长20mm 以上，方便将陶瓷材质衬垫动态贴合在不锈钢钢管的内壁上。
八、本发明采用的陶瓷材质衬垫与不锈钢钢管接头坡口的距离为2—5mm，既能有效的保护不锈钢钢管，又能保证焊接工序的正常进行。
九、本发明适用的不锈钢钢管外径在70—2000mm 之间，具有使用范围广，实用性强的特点。
十、本发明选用的组对驱动装置，使得本发明组对方便，组对质量高。
附图说明
图1一种空间补偿型材料结合装置带钢管等轴侧视图。
图2一种空间补偿型材料结合装置不带钢管主视图。
图3一种空间补偿型材料结合装置不带钢管等轴侧视图。
图4一种空间补偿型材料结合装置带钢管主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
一种空间补偿型材料结合装置，包含前侧六自由度机构1、后侧六自由度机构2、上侧六自由度结构3、滚转驱动机构4、在线检测仪器5、上侧六自由度机构的工具6、前侧六自由度机构的工具7、前侧空间弹性体8、前侧隔热陶瓷体9、后侧六自由度机构的工具10、后侧空间弹性体11、后侧隔热陶瓷体12、前侧被结合材料13和后侧被结合材料14，
前侧六自由度机构1、后侧六自由度机构2、上侧六自由度结构3、滚转驱动机构4水平放置；前侧六自由度机构1末端连接前侧六自由度机构的工具7，前侧六自由度机构1能提供前侧六自由度机构的工具7相对于地面至少空间六自由度的运动；后侧六自由度机构2末端连接后侧六自由度机构的工具10，后侧六自由度机构2能提供后侧六自由度机构的工具10相对于地面至少空间六自由度的运动；上侧六自由度结构3底端固定于地面，上侧六自由度结构3末端连接上侧六自由度机构的工具6，上侧六自由度结构3能提供上侧六自由度机构的工具6相对于地面至少空间六自由度的运动；
前侧空间弹性体8的一端连接前侧六自由度机构的工具7，前侧空间弹性体8的另外一端连接前侧隔热陶瓷体9；后侧空间弹性体11的一端连接后侧六自由度机构的工具10，后侧空间弹性体11的另外一端连接后侧隔热陶瓷体12；
滚转驱动机构4能够托起前侧被结合材料13和后侧被结合材料14，并通过驱动前侧被结合材料13和后侧被结合材料14的外表面转动使得前侧被结合材料13和后侧被结合材料14相对于地面转动；
所述在线检测仪器5水平放置，用于检测前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙的变化。
不锈钢钢管空间补偿焊接方法，特征在于使用上述一种空间补偿型材料结合装置对不锈钢钢管进行焊接。
具体的，不锈钢钢管空间补偿焊接方法，包含如下步骤；
步骤1：辅助设备例如吊车和吊具将前侧被结合材料13和前侧被结合材料14，转运至滚转驱动机构4上端，滚转驱动机构4托起前侧被结合材料13和前侧被结合材料14，并且，前侧被结合材料13和后前侧被结合材料14之间含有间隙；
步骤2：前侧六自由度机构1将前侧六自由度机构的工具7运动到前侧被结合材料13和后侧被结合材料14内腔顶端附近，使得前侧隔热陶瓷体9与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14的结合部构成动态沟槽空间，
步骤3：与步骤2相同的操作，后侧六自由度机构2将后侧六自由度机构的工具10运动到前侧被结合材料13和后侧被结合材料14内腔顶端附近，使得后侧隔热陶瓷体12在线空间自适应前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合部构成动态沟槽空间，并且，后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9留有微间隙；
步骤4：线检测仪器5检测前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙的变化，并系统在线自学习之后，滚转驱动机构4驱动前侧被结合材料13和后侧被结合材料14转动；
同时，前侧六自由度机构1驱动前侧六自由度机构的工具7，后侧六自由度机构2驱动后侧六自由度机构的工具10，使得后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14进行空间相对静止，并且后侧隔热陶瓷体12、前侧隔热陶瓷体9、前侧被结合材料13和后侧被结合材料14与地面相对转动；
步骤5：上侧六自由度结构3驱动上侧六自由度机构的工具6移动到前侧隔热陶瓷体9在线空间自适应前侧被结合材料13和后侧被结合材料14构成的动态沟槽空间位置，上侧六自由度机构的工具6释放高温液态金属，高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙进行材料晶相在线结合，本例采用氩弧焊技术焊接，所述高温液态金属为氩弧焊过程中焊丝在焊接作业电磁场形成的液滴；
步骤6：内添加高温液态金属从前侧隔热陶瓷体9工作到后侧隔热陶瓷体12，由于后侧隔热陶瓷体12和前侧隔热陶瓷体9留有微间隙尺寸较小，高温液态金属由于表面张力不会热侵入较深；
步骤7：高温液态金属经过前侧隔热陶瓷体9到后侧隔热陶瓷体12之后，前侧六自由度机构1驱动前侧隔热陶瓷体9，使其和后侧六自由度机构2驱动的后侧隔热陶瓷体12空间交替与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14并构成在线空间自适应动态沟槽空间，并往复多次使得高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14空间整圈结合缝隙进行材料晶相在线结合。
由于并且上侧六自由度机构的工具6是静止的，但是其释放的高温液态金属液于动态沟槽空间内为半结晶状态并且具有一定的粘度和流动性，同时由于前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12之间的缝隙较小，使得高温液态金属液于缝隙内的粘滞阻力很大不会热侵入缝隙较深。而且，前侧六自由度机构1能提供前侧隔热陶瓷体9相对于后侧六自由度机构2驱动的后侧隔热陶瓷体12至少空间六自由度的运动，所述运动为圆弧撤出、空间轨迹避让，以及插合的工艺流程动作，其中，插合是由于前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12都具有导向圆角，高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14结合缝隙进行材料晶相在线结合与前侧隔热陶瓷体9具有不可结合的材料特性，达到前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12空间交替，与前侧被结合材料13和后侧被结合材料14并构成在线空间自适应动态沟槽空间，如此往复让，高温液态金属的液滴对前侧被结合材料13和后侧被结合材料14空间整圈结合缝隙进行材料晶相在线结合。
相对于单隔热陶瓷体，本发明采用前侧隔热陶瓷体9和后侧隔热陶瓷体12交替作业，热阻断效率较高，尤其适用于结晶温度敏感材料。而且，进一步的，前侧六自由度机构1、后侧六自由度机构2的交替空间连续作业相比于一个六自由度机构的空间变位姿的生产效能和节拍较高。
本发明用陶瓷材质衬垫在不锈钢钢管内部为衬垫，使用机构调节不锈钢钢管由于直径、正圆度的偏差而造成的组对错边，可以避免外对口器和不锈钢钢管直接接触造成的损伤。而且本发明使用陶瓷材质衬垫在不锈钢上能够起到保护不锈钢钢管的作用，阻隔焊接产生的热熔飞溅到不锈钢母材上。同时解决了现有技术采用涂抹白垩粉在不锈钢表面而造成的清除困难、环境污染的问题，提高了工效。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种空间补偿型材料结合装置，其特征在于包括前侧六自由度机构、后侧六自由度机构、上侧六自由度结构、滚转驱动机构、在线检测仪器、上侧六自由度机构的工具、前侧六自由度机构的工具、前侧空间弹性体、前侧隔热陶瓷体、后侧六自由度机构的工具、后侧空间弹性体、后侧隔热陶瓷体，
前侧六自由度机构、后侧六自由度机构、上侧六自由度结构、滚转驱动机构水平放置；前侧六自由度机构末端连接前侧六自由度机构的工具，前侧六自由度机构能提供前侧六自由度机构的工具相对于地面至少空间六自由度的运动；后侧六自由度机构末端连接后侧六自由度机构的工具，后侧六自由度机构能提供后侧六自由度机构的工具相对于地面至少空间六自由度的运动；上侧六自由度结构底端固定于地面，上侧六自由度结构末端连接上侧六自由度机构的工具，上侧六自由度结构能提供上侧六自由度机构的工具相对于地面至少空间六自由度的运动；
前侧空间弹性体的一端连接前侧六自由度机构的工具，前侧空间弹性体的另外一端连接前侧隔热陶瓷体；后侧空间弹性体的一端连接后侧六自由度机构的工具，后侧空间弹性体的另外一端连接后侧隔热陶瓷体；
滚转驱动机构能够托起前侧被结合材料和后侧被结合材料，并通过驱动前侧被结合材料和后侧被结合材料的外表面转动使得前侧被结合材料和后侧被结合材料相对于地面转动；
所述在线检测仪器水平放置，用于检测前侧被结合材料和后侧被结合材料结合缝隙的变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于前侧隔热陶瓷体和后侧隔热陶瓷体都具有导向圆角。
3.一种不锈钢钢管空间补偿焊接方法，特征在于使用上述一种空间补偿型材料结合装置对不锈钢钢管进行焊接。
4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，包含如下步骤；
步骤1：辅助设备例如吊车和吊具将前侧被结合材料和前侧被结合材料，转运至滚转驱动机构上端，滚转驱动机构托起前侧被结合材料和前侧被结合材料，并且，前侧被结合材料和后前侧被结合材料之间含有间隙；
步骤2：前侧六自由度机构将前侧六自由度机构的工具运动到前侧被结合材料和后侧被结合材料内腔顶端附近，使得前侧隔热陶瓷体与前侧被结合材料和后侧被结合材料的结合部构成动态沟槽空间，
步骤3：与步骤2相同的操作，后侧六自由度机构将后侧六自由度机构的工具运动到前侧被结合材料和后侧被结合材料内腔顶端附近，使得后侧隔热陶瓷体在线空间自适应前侧被结合材料和后侧被结合材料结合部构成动态沟槽空间，并且，后侧隔热陶瓷体和前侧隔热陶瓷体留有微间隙；
步骤4：线检测仪器5检测前侧被结合材料和后侧被结合材料结合缝隙的变化，并系统在线自学习之后，滚转驱动机构驱动前侧被结合材料和后侧被结合材料转动；
同时，前侧六自由度机构驱动前侧六自由度机构的工具，后侧六自由度机构驱动后侧六自由度机构的工具，使得后侧隔热陶瓷体和前侧隔热陶瓷体与前侧被结合材料和后侧被结合材料进行空间相对静止，并且后侧隔热陶瓷体、前侧隔热陶瓷体、前侧被结合材料和后侧被结合材料与地面相对转动；
步骤5：上侧六自由度结构驱动上侧六自由度机构的工具移动到前侧隔热陶瓷体在线空间自适应前侧被结合材料和后侧被结合材料构成的动态沟槽空间位置，上侧六自由度机构的工具释放高温液态金属，高温液态金属的液滴对前侧被结合材料和后侧被结合材料结合缝隙进行材料晶相在线结合；
步骤6：内添加高温液态金属从前侧隔热陶瓷体工作到后侧隔热陶瓷体，由于后侧隔热陶瓷体和前侧隔热陶瓷体留有微间隙尺寸较小，高温液态金属由于表面张力不会热侵入较深；
步骤7：高温液态金属经过前侧隔热陶瓷体到后侧隔热陶瓷体之后，前侧六自由度机构驱动前侧隔热陶瓷体，使其和后侧六自由度机构驱动的后侧隔热陶瓷体空间交替与前侧被结合材料和后侧被结合材料并构成在线空间自适应动态沟槽空间，并往复多次使得高温液态金属的液滴对前侧被结合材料和后侧被结合材料空间整圈结合缝隙进行材料晶相在线结合。
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