CN112719516A - 一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法。主要由底座板、凸轮盘、导向圈、滚轮式硅胶圈托座、主芯轴、主芯轴压盖、凸轮扳手、凸轮销、凸轮扳手芯轴、螺帽、硅胶圈、球阀、球阀扳手、通气管、主芯轴螺栓、导向圈螺栓和滚轮组成；在底座板的圆板边缘栓接有导向圈，二者将环托于滚轮式硅胶圈托座上的硅胶圈夹于其中；导向圈的背面开有导向槽，导向槽内插装有滚轮式硅胶圈托座；底座板的主芯轴通过主芯轴压盖装配有凸轮盘，凸轮盘上开有腰型孔并设置有凸轮扳手、凸轮销、凸轮扳手芯轴形成的凸轮机构，控制硅胶圈直径变化，使其与筒节内壁无缝柔性贴合。适宜作为筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法应用。

Description

一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法

技术领域

本发明属于船体结构建造技术领域，具体涉及一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法。

背景技术

船舶筒形结构通常由多个筒节组合焊接而成，而每节筒节均为卷制焊接成型，其内表面圆度及光滑度远远不如机加工零件；其次，筒节的壁厚有所不同，存在普通壁厚筒节和加强壁厚筒节结构，因此筒内对接环缝的直径尺寸不一致；再次，焊接过程中由于预热温度和道间温度的保持，筒节本身会有一定的热膨胀效应，直径会发生变化。基于筒节的这三个特点，也是技术难点，需要提出一种密封装置及方法，可以通过改变密封面的大小适应不同内径的筒节和热膨胀带来的筒节直径的变化，还要能够对圆度及光滑度不好的内壁具有很好的贴合效果，并在筒节内壁上给与足够、均匀的刚性支撑，防止密封贴合不严漏气。现有在下水管道维修方面，常采用充气膨胀式气囊对管道内的水进行密封，密封效果很好，但此种密封装置一般采用橡胶类弹性材料制成，而船舶筒形结构制作焊接时，为了防止焊接裂纹的形成，需要在焊前对结构进行100℃以上的预热处理，且焊接过程中也需要维持道间温度与预热温度一致，而橡胶气囊在高温下会爆破，无法实现气体密封保护作用。

船舶筒形结构通常采用直径在1米以内的高强钢。在该结构环缝组合焊接时，由于其钢材合金元素含量较高，焊缝极易氧化，影响焊缝成形及其性能，进而影响整个系统的安全性，因此需要在整个打底焊接过程中对焊缝实施气体保护。由于筒内空间狭窄，加之预热及道间温度的限制，人员无法在筒内开展焊接操作，尤其是TIG焊容易导致人员窒息，所以需要采用筒外单面焊双面成型的方式进行TIG打底焊接，因此就必须要在反面对焊缝进行气体保护，以防止焊背氧化而影响焊缝的最终性能。

授权公告号CN203956307U发明了一种管道焊接用气体保护装置，采用刚性密封边缘与管子内壁接触，并未实现封堵盘的自适应涨紧，气密性保证需要依靠其他外部手段。申请公布号CN105522266A发明了一种筒体熔焊对接环缝背面保护装置，该发明采用八段槽状结构拼合为一个圆环，形成密封，安装时需要分别调节每段的位置，无法实现各段密封槽的同步调整。申请公布号CN111331232A发明了一种船用不锈钢管段对接焊的背部惰性气体保护装置，采用气胎充气膨胀涨紧管内壁密封的方式，涨紧效率对于本发明旋转凸轮即完成涨紧低。申请公布号CN111390360A发明了一种不锈钢焊接用焊缝背面气体保护装置，采用带孔管子吹起的方式进行背面保护，不能完全形成密闭空间，氩气保护效果相对较差。授权公告号CN210081002U发明了一种轨道式全位置管道焊接气体保护装置，只能实现焊接区域局部的密封保护，无法实现全位置全焊接周期的密闭保护。申请公布号CN109396642A发明了一种用于舱体环缝焊接的气体保护装置，该装置直接套装在舱体端部，不能实现直接与内壁的密封，充气量相对较大，充气时间相对较长。

基于上述打底焊缝的背保需求，继续提出一种能够将保护气高纯氩密封于待焊焊缝所处的密闭空腔里，进而对焊接过程中的焊缝进行保护的装置及方法。

发明内容

为了消除焊缝氧化对筒节建造质量的不利影响，保证船舶系统的安全，本发明提出了一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法。利用凸轮组合机构形成的可变直径的特点，可实现内径不等圆组合环缝的通用焊接；利用圆周内多点均匀刚性支撑配合硅胶圈的高弹性特点，可实现与不规则圆形筒节内壁的无缝隙柔性贴合，同时适应筒节预热及焊接热过程中的膨胀效应，解决了热膨胀内径变化和筒节内壁自身圆度不规则、光滑度差导致的贴合密封不严、漏气的技术难题；同时利用双保护板组合使用的方法，在筒内形成一个充气空间大小可随意调节的密闭空腔，达到充分保护的同时，最大限度的减小充氩空间，进而减小充氩量和充氩时间，节约能源，降低成本，又提高筒形结构的建造效率及建造质量。解决筒形结构环缝焊接的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，主要由底座板、凸轮盘、导向圈、滚轮式硅胶圈托座、主芯轴、主芯轴压盖、凸轮扳手、凸轮销、凸轮扳手芯轴、螺帽、硅胶圈、球阀、球阀扳手、通气管、主芯轴螺栓、导向圈螺栓和滚轮组成；在底座板的圆板边缘栓接有导向圈，二者将环托于滚轮式硅胶圈托座上的硅胶圈夹于其中；导向圈的背面开有导向槽，导向槽内插装有滚轮式硅胶圈托座；底座板的主芯轴通过主芯轴压盖装配有凸轮盘，凸轮盘上开有腰型孔并设置有凸轮扳手、凸轮销、凸轮扳手芯轴形成的凸轮机构，控制硅胶圈直径变化，使其与筒节内壁无缝柔性贴合；底座板上还设有通气管，通气管外侧连接有球阀和球阀扳手控制氩气的进出。

一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置方法，该方法按如下步骤实现：

（1）将两块气体保护装置分别对称放置于筒节内待焊环形焊缝的左右两侧，保护装置与筒节内壁垂直，间距可自行调节，通常设为200～300mm，保证充气量足以保护TIG打底焊接即可；

（2）通过旋转保护装置上的凸轮扳手，实现整个凸轮传动机构的运动，通过硅胶圈的膨胀和收缩，实现整个密封面的放大缩小，最终让密封圈膨胀顶死在筒节内壁上，达到严实密封的作用；两块气体保护装置均按此步骤操作，形成在筒节轴向方向上以待焊焊缝为中心的密闭空腔；

（3）气体保护装置布置完成后，按具体焊接工艺要求对焊接区域进行预热；

（4）打开气体保护装置上的球阀，通过进气孔向密闭空腔内充入高纯氩气，氩气流量15L/min～25L/min，用于筒节外侧单面焊双面成型TIG打底焊接时的背面保护，防止焊缝被氧化；进气孔充氩的同时，开放另一块保护板上的出气孔，将密闭空腔内的空气排净，充气时间根据所布置密闭空腔的大小而定，一般4～6min即可完成。

（5）充氩完成后，将氩气流量调小至背保流量，通常设为4L/min～8L/min，用锡箔纸在筒节外侧将待焊坡口整圈密封住，同时将出气阀关闭，此步操作是让腔内气体与外面空气完全隔离开，防止氩气通过坡口间隙或出气孔逸出，同时防止空气进入密闭空腔内而影响保护效果；

（6）充氩并贴封完成后，准备进行筒节外侧的打底焊接，采用TIG单面焊双面成型的方式；打底前将坡口处锡箔纸撕开一小段80～100mm进行焊接，此段打底完成后，再将锡箔纸撕开一小段80～100mm，再进行本段打底焊接，直至打底全部完成；打底完成后，进行正面填充焊缝的焊接；

（7）拆除气体保护装置，具体操作方式为反方向旋转凸轮扳手，使硅胶托架整体回缩，带动硅胶圈收缩与筒节内壁分离，进而拆下装置。

积极效果，本发明利用凸轮组合传动机构形成的可变直径的特点，可实现内径不等圆组合环缝的通用焊接，通用性强；利用圆周内多点均匀刚性支撑配合硅胶圈的高弹性特点，可实现与不规则圆形筒节内壁的无缝隙柔性贴合，同时适应筒节预热及焊接热过程中的膨胀效应，解决了热膨胀内径变化和筒节内壁自身圆度不规则、光滑度差导致的贴合密封不严、漏气的技术难题；利用双保护板组合使用的方法，在筒内形成一个充气空间大小可随意调节的密闭空腔，达到充分保护的同时，最大限度的减小充氩空间，进而减小充氩量和充氩时间，节约能源，降低成本，提高效率；该保护装置及方法无需焊接过程中持续大量充氩，避免焊接过程中大气流对焊背成形带来的波动性影响；该保护方法所用装置操作非常便捷，仅通过转动凸轮扳手，1-2秒内即可完成整个保护装置的贴合及密封，相同时间内亦可完成整个装置的拆卸，装卸效率很高；该装置及方法的使用，对筒形结构组合焊接焊缝保护效果极佳、保证了焊缝成型及其性能，对船舶筒形结构的建造质量和建造效率提升效果显著。本发明采用筒节组焊环缝TIG打底焊接过程中对焊缝背面进行气体保护，以防焊背氧化，消除焊缝氧化对筒节建造质量的不利影响，保证船舶系统的安全性。适宜作为一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置及方法应用。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为移除球阀和主芯轴压盖后正面结构示意图；

图3为导向圈移除后内部结构示意图；

图4为导向圈结构示意图；

图5为底座板结构示意图；

图6为凸轮盘结构示意图；

图7为本发明施工现场布置图。

图中：1、底座板，2、凸轮盘，3、导向圈，4、滚轮式硅胶圈托座，5、主芯轴，6、主芯轴压盖，7、凸轮扳手，8、凸轮销，9、凸轮扳手芯轴，10、螺帽，11、硅胶圈，12、球阀，13、球阀扳手，14、通气管，15、主芯轴螺栓，16、导向圈螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

据图所示，一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，主要由底座板1、凸轮盘2、导向圈3、滚轮式硅胶圈托座4、主芯轴5、主芯轴压盖6、凸轮扳手7、凸轮销8、凸轮扳手芯轴9、螺帽10、硅胶圈11、球阀12、球阀扳手13、通气管14、主芯轴螺栓15、导向圈螺栓16和滚轮组成；在底座板1的圆板边缘栓接有有导向圈3，二者将环托于滚轮式硅胶圈托座4上的硅胶圈11夹于其中；导向圈3的背面开有导向槽，导向槽内插装有滚轮式硅胶圈托座4；底座板1的主芯轴5通过主芯轴压盖6装配有凸轮盘2，凸轮盘2上开有腰型孔并设置有凸轮扳手7、凸轮销8、凸轮扳手芯轴9形成的凸轮机构，控制硅胶圈11直径变化，使其与在筒节内壁无缝柔性贴合；底座板1上还设有通气管14，通气管14外侧连接有球阀12和球阀扳手13控制氩气的进出。

所述底座板1为一个中心有轴孔的圆板结构，中心轴孔边缘均布螺纹孔，用于连接主芯轴5，圆板边缘均匀开设螺纹孔，用于连接导向圈3；

所述凸轮盘2为中间有轴孔、边缘斜坡锯齿的圆盘结构，凸轮盘2被主芯轴5、主芯轴压盖6扣装在底座板1上；边缘的斜坡锯齿与滚轮式硅胶圈托座4上的滚轮接触，当旋转凸轮扳手7时，斜坡锯齿推动滚轮式硅胶圈托座4做径向运动，实现硅胶圈11的涨紧。需要指出的是，凸轮盘2的斜度变化可以控制气体保护装置的直径变化范围，当前气体保护装置可实现直径12mm的变化，若改变斜度，可实现更大范围内的涨紧调节。

所述导向圈3通过导向圈螺栓16与底座板1锁紧固定，将硅胶圈11夹于其中；同时，导向圈3压在滚轮式硅胶圈托座4上，其背面开有导向槽，目的是让滚轮式硅胶圈托座4仅在导向槽内发生径向运动，防止滚轮式硅胶圈托座4发生除径向外其他方向的位移。

所述滚轮式硅胶圈托座4均匀分布在整个圆周上，形成一个完整的硅胶圈托座框架，其作用是托住整个硅胶圈11，在凸轮盘2上通过滚轮滑动实现硅胶圈11的膨胀和收缩，进而实现整个圆盘保护装置的放大缩小，完成不同内径筒节焊接时的气体保护功能；硅胶圈11采用空心硅胶管制成，其压缩量要比实心管大；另外，滚轮式硅胶圈托座4在圆周上18个点均匀分布，对硅胶圈11起到均匀的刚性支撑作用，配合硅胶圈11的高弹性特点，进而气体保护装置与筒节内壁的贴合状态不受筒径热膨胀变化、内壁圆度和光滑度差的影响，能够始终保持严实贴合不漏气。

所述主芯轴5与底座板1固定，凸轮盘2套在主芯轴5上，可实现凸轮盘2在主芯轴5上完成相对底座板1的周向旋转；主芯轴压盖6压在凸轮盘2上，与主芯轴5通过主芯轴螺栓15连接固定，以防止凸轮盘2发生轴向位移；为了方便操作人员搬运，底座板1和凸轮盘2采用铝合金制成。

所述凸轮销8固定在凸轮盘2上形成一体结构，带动凸轮盘2向左或向右周向旋转。

所述凸轮扳手芯轴9穿过凸轮盘2上的腰型孔和凸轮扳手7固定于底座板1上，与底座板1形成一体化结构，作用是凸轮扳手7可以其为中心轴相对于底座板1左右旋转；另外，凸轮扳手芯轴9端头带有螺纹，与螺帽10配合拧紧，将凸轮扳手7和凸轮盘2固定住，防止发生轴向位移。

所述凸轮盘2上开有腰型孔，用于整个凸轮机构旋转时导向凸轮盘2按固定轨迹移动，同时限制移动的最大行程。

所述凸轮扳手7作为整个装置最初始的旋转构件，通过扳动其向左或向右旋转，可带动凸轮销8移动，进而带动凸轮盘2旋转，使滚动式硅胶托座4做径向直线运动，最终实现硅胶圈11的膨胀和收缩，完成与筒节内壁的贴合密封及拆除卸载动作。

所述通气管14与底座板1为一体结构，用于向密封空腔内充入氩气或从密封空腔内向外排出空气，进出气功能是通过旋转球阀扳手13控制球阀12的开通和闭合状态完成的。

一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置方法，该方法按如下步骤实现：

（1）将两块气体保护装置分别对称放置于筒节内待焊环形焊缝的左右两侧，保护装置与筒节内壁垂直，间距可自行调节，通常设为200～300mm，保证充气量足以保护TIG打底焊接即可；

（2）通过旋转保护装置上的凸轮扳手，实现整个凸轮传动机构的运动，通过硅胶圈的膨胀和收缩，实现整个密封面的放大缩小，最终让密封圈膨胀顶死在筒节内壁上，达到严实密封的作用；两块气体保护装置均按此步骤操作，形成在筒节轴向方向上以待焊焊缝为中心的密闭空腔；

（3）气体保护装置布置完成后，按具体焊接工艺要求对焊接区域进行预热；

（4）打开气体保护装置上的球阀，通过进气孔向密闭空腔内充入高纯氩气，氩气流量15L/min～25L/min，用于筒节外侧单面焊双面成型TIG打底焊接时的背面保护，防止焊缝被氧化；进气孔充氩的同时，开放另一块保护板上的出气孔，将密闭空腔内的空气排净，充气时间根据所布置密闭空腔的大小而定，一般4～6min即可完成。

（5）充氩完成后，将氩气流量调小至背保流量，通常设为4L/min～8L/min，用锡箔纸在筒节外侧将待焊坡口整圈密封住，同时将出气阀关闭，此步操作是让腔内气体与外面空气完全隔离开，防止氩气通过坡口间隙或出气孔逸出，同时防止空气进入密闭空腔内而影响保护效果；

（6）充氩并贴封完成后，准备进行筒节外侧的打底焊接，采用TIG单面焊双面成型的方式；打底前将坡口处锡箔纸撕开一小段80～100mm进行焊接，此段打底完成后，再将锡箔纸撕开一小段80～100mm，再进行本段打底焊接，直至打底全部完成；打底完成后，进行正面填充焊缝的焊接；

（7）拆除气体保护装置，具体操作方式为反方向旋转凸轮扳手，使硅胶托架整体回缩，带动硅胶圈收缩与筒节内壁分离，进而拆下装置。

本发明工作过程：

以柱状筒节制作环缝焊接为例。

（1）选取壁厚20mm普通筒节和30mm的加强筒节进行对接，内壁直径分别为φ570mm和φ560mm，先进行定位焊装配，装配间隙为4mm。装配完成后，将一块气体保护装置在收缩状态下放置于待焊环形焊缝的一侧，距离焊缝100mm，旋转装置上的凸轮扳手，让密封圈膨胀顶死在柱状筒节筒节内壁上，达到严实密封的作用。将另一块气体保护装置放于环形焊缝的另一侧，亦距离焊缝100mm，按上步旋转凸轮操作，顶死，最终形成在筒形结构轴向方向上以待焊焊缝为中心的密闭空腔。

（2）气体保护装置布置完成后，在筒外侧对焊接区域进行预热，预热温度接近150℃，预热达到要求后保持温度不低于100℃。

（3）将氩气瓶与进气阀口相连，向密闭空腔内充入高纯氩气，氩气流量为20L/min，充气时间5min，同时将另一块保护装置上的出气阀打开，排出腔内空气，可以连接出气导管，将阀门接在出气管上以便操作开关。

（4）充氩完成后，将氩气流量调至背保流量，4L/min～8L/min即可，用锡箔纸在筒节外侧将待焊坡口整圈密封住，同时将出气阀门关闭。

（5）充氩并贴封完成后，采用TIG单面焊双面成型的方式在筒节外侧进行打底焊接；

打底焊接前，保证焊接区域温度为100℃～150℃。由两名焊工同时在筒节两侧立焊位置同时进行打底焊接；

待本段焊缝打底完成后，旋转筒节，将未进行打底焊接的坡口旋转至立焊位置，然后进行该段立焊焊缝的焊接，直至整个焊缝打底完成。

当焊接定位塞块所在的焊接段时，应首先将定位塞块去除，再进行该段的焊接。打底前将坡口处锡箔纸撕开约100mm，此段打底完成后，再将锡箔纸撕开100mm，再进行本段打底焊接，直至打底完成。打底焊接共2层3道，打底焊缝厚度大于等于6mm。

（6）采用MAG进行正面填充焊缝的焊接。焊接过程中，匀速旋转筒节，使焊接位置始终处于平焊位置。

（7）正面焊缝填充完成后，拆除气体保护装置，具体操作方式为反方向旋转凸轮扳手，使硅胶圈收缩，与筒节内壁分离，进而拆下。打底焊接完成后反面呈银白色，焊接保护效果好。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：主要由底座板（1）、凸轮盘（2）、导向圈（3）、滚轮式硅胶圈托座（4）、主芯轴（5）、主芯轴压盖（6）、凸轮扳手（7）、凸轮销（8）、凸轮扳手芯轴（9）、螺帽（10）、硅胶圈（11）、球阀（12）、球阀扳手（13）、通气管（14）、主芯轴螺栓（15）、和导向圈螺栓（16）和滚轮组成；在底座板（1）的圆板边缘栓接有导向圈（3），二者将环托于滚轮式硅胶圈托座（4）上的硅胶圈（11）夹于其中；导向圈（3）的背面开有导向槽，导向槽内插装有滚轮式硅胶圈托座（4）；底座板（1）的主芯轴（5）通过主芯轴压盖（6）装配有凸轮盘（2），凸轮盘（2）上开有腰型孔并设置有凸轮扳手（7）、凸轮销（8）、凸轮扳手芯轴（9）形成的凸轮机构，控制硅胶圈（11）直径变化，使其与筒节内壁无缝柔性贴合；底座板（1）上还设有通气管（14），通气管（14）外侧连接有球阀（12）和球阀扳手（13）控制氩气的进出。

2.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述底座板（1）为一个中心有轴孔的圆板结构，中心轴孔边缘均布螺纹孔，用于连接主芯轴（5），圆板边缘均匀开设螺纹孔，用于连接导向圈（3）。

3.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述凸轮盘（2）为中间有轴孔、边缘斜坡锯齿的圆盘结构，凸轮盘（2）被主芯轴（5）、主芯轴压盖（6）扣装在底座板（1）上；边缘的斜坡锯齿与滚轮式硅胶圈托座（4）上的滚轮接触，当旋转凸轮扳手（7）时，斜坡锯齿推动滚轮式硅胶圈托座（4）做径向运动，实现硅胶圈（11）的涨紧；需要指出的是，凸轮盘（2）的斜度变化可以控制气体保护装置的直径变化范围，当前气体保护装置可实现直径12mm的变化，若改变斜度，可实现更大范围内的涨紧调节。

4.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述导向圈（3）通过导向圈螺栓（16）与底座板（1）锁紧固定，将硅胶圈（11）夹于其中；同时，导向圈（3）压在滚轮式硅胶圈托座（4）上，其背面开有导向槽，目的是让滚轮式硅胶圈托座（4）仅在导向槽内发生径向运动，防止滚轮式硅胶圈托座（4）发生除径向外其他方向的位移。

5.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述滚轮式硅胶圈托座（4）均匀分布在整个圆周上，形成一个完整的硅胶圈托座框架，其作用是托住整个硅胶圈（11），在凸轮盘（2）上通过轴承滑动实现硅胶圈（11）的膨胀和收缩，进而实现整个圆盘保护装置的放大缩小，完成不同内径筒节焊接时的气体保护功能；硅胶圈（11）采用空心硅胶管制成，其压缩量要比实心管大；另外，滚轮式硅胶圈托座（4）在圆周上多点均匀分布，对硅胶圈（11）起到均匀的刚性支撑作用，配合硅胶圈（11）的高弹性特点，进而气体保护装置与筒节内壁的贴合状态不受筒径热膨胀变化、内壁圆度和光滑度差的影响，能够始终保持严实贴合不漏气。

6.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述主芯轴（5）与底座板（1）固定，凸轮盘（2）套在主芯轴（5）上，可实现凸轮盘（2）在主芯轴（5）上完成相对底座板（1）的周向旋转；主芯轴压盖（6）压在凸轮盘（2）上，与主芯轴（5）通过主芯轴螺栓（15）连接固定，以防止凸轮盘（2）发生轴向位移；为了方便操作人员搬运，底座板（1）和凸轮盘（2）采用铝合金制成。

7.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述凸轮盘（2）上开有腰型孔，用于整个凸轮机构旋转时导向凸轮盘（2）按固定轨迹移动，同时限制移动的最大行程。

8.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述凸轮销（8）固定在凸轮盘（2）上形成一体结构，带动凸轮盘（2）向左或向右周向旋转；

所述凸轮扳手芯轴（9）穿过凸轮盘（2）上的腰型孔和凸轮扳手（7）固定于底座板（1）上，与底座板（1）形成一体化结构，作用是凸轮扳手（7）可以其为中心轴相对于底座板（1）左右旋转；另外，凸轮扳手芯轴（9）端头带有螺纹，与螺帽（10）配合拧紧，将凸轮扳手（7）和凸轮盘（2）固定住，防止发生轴向位移；

所述凸轮扳手（7）作为整个装置最初始的旋转构件，通过扳动其向左或向右旋转，可带动凸轮销（8）移动，进而带动凸轮盘（2）旋转，使硅胶托座（4）做径向直线运动，最终实现硅胶圈（11）的膨胀和收缩，完成与筒节内壁的贴合密封及拆除卸载动作。

9.根据权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置，其特征是：

所述通气管（14）与底座板（1）为一体结构，用于向密封空腔内充入氩气或从密封空腔内向外排出空气，进出气功能是通过旋转球阀扳手（13）控制球阀（12）的开通和闭合状态完成的。

10.一种实施权利要求1所述的一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置的方法，其特征是：

一种柔性可调式筒形结构环缝焊接保护气密封装置方法，该方法按如下步骤实现：

1）将两块气体保护装置分别对称放置于筒节内待焊环形焊缝的左右两侧，保护装置与筒节内壁垂直，间距可自行调节，通常设为200～300mm，保证充气量足以保护TIG打底焊接即可；

2）通过旋转保护装置上的凸轮扳手，实现整个凸轮传动机构的运动，通过硅胶圈的膨胀和收缩，实现整个密封面的放大缩小，最终让密封圈膨胀顶死在筒节内壁上，达到严实密封的作用；两块气体保护装置均按此步骤操作，形成在筒节轴向方向上以待焊焊缝为中心的密闭空腔；

3）气体保护装置布置完成后，按具体焊接工艺要求对焊接区域进行预热；

4）打开气体保护装置上的球阀，通过进气孔向密闭空腔内充入高纯氩气，氩气流量15L/min～25L/min，用于筒节外侧单面焊双面成型TIG打底焊接时的背面保护，防止焊缝被氧化；进气孔充氩的同时，开放另一块保护板上的出气孔，将密闭空腔内的空气排净，充气时间根据所布置密闭空腔的大小而定，一般4～6min即可完成；

5）充氩完成后，将氩气流量调小至背保流量，通常设为4L/min～8L/min，用锡箔纸在筒节外侧将待焊坡口整圈密封住，同时将出气阀关闭，此步操作是让腔内气体与外面空气完全隔离开，防止氩气通过坡口间隙或出气孔逸出，同时防止空气进入密闭空腔内而影响保护效果；

6）充氩并贴封完成后，准备进行筒节外侧的打底焊接，采用TIG单面焊双面成型的方式；打底前将坡口处锡箔纸撕开一小段80～100mm进行焊接，此段打底完成后，再将锡箔纸撕开一小段80～100mm，再进行本段打底焊接，直至打底全部完成；打底完成后，进行正面填充焊缝的焊接；

7）拆除气体保护装置，具体操作方式为反方向旋转凸轮扳手，使硅胶托架整体回缩，带动硅胶圈收缩与筒节内壁分离，进而拆下装置。

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