CN113210920B - 焊接作业轨道、大型管道环缝焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接作业轨道、大型管道环缝焊接装置及焊接方法，涉及焊接装置技术领域，解决了大型管道环缝焊接装置依靠人工拿取固定，费时费力的技术问题。该焊接作业轨道包括架体、电磁抓手、焊接调整装置，架体为环形结构，通过电磁抓手固定在待焊接管道的环缝处；焊接用的焊枪通过焊接调整装置活动安装在架体上；架体为可重构式柔性结构，包括多段采用弹性钢板制成的轨道单元，部分或全部轨道单元首尾相连拼接在一起形成不同直径的架体，以适用于不同直径的管道焊接作业。本发明用于大型圆管道的焊缝进行自动化焊接，具有结构简单、易于安装、操作方便，在安装完成后，整个焊接过程全部自动化进行，自动化程度高的特点。

Description

焊接作业轨道、大型管道环缝焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接装置技术领域，尤其是涉及一种焊接作业轨道、大型管道环缝焊接装置及焊接方法。

背景技术

管道在工业输送中应用的非常多，管道焊接自动化的发展水平日益提高，但可以对大型管道进行自动化焊接产品依旧很少，目前随着超级大工程的增加，大型管道的自动化焊接显得越来越重要。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现阶段大型管道的焊缝主要靠人工焊接，人工拿取焊接装置进行环缝焊接，不仅自动化程度差，而且费时费力、焊接效率低、焊接质量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊接作业轨道、大型管道环缝焊接装置及焊接方法，以解决现有技术中存在的大型管道环缝焊接装置依靠人工拿取固定，费时费力的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种焊接作业轨道，包括架体、电磁抓手、焊接调整装置，其中：

所述架体为环形结构，通过所述电磁抓手固定在待焊接管道的环缝处；

焊接用的焊枪通过所述焊接调整装置活动安装在所述架体上；

所述架体为可重构式柔性结构，包括多段采用弹性钢板制成的轨道单元，部分或全部所述轨道单元首尾相连拼接在一起形成不同直径的所述架体，以适用于不同直径的管道焊接作业。

作为本发明的进一步改进，所述焊接调整装置包括环向移动模块、轴向移动模块、焊接深度调整模块，其中：

所述轴向移动模块通过所述环向移动模块固定在所述架体上；

所述焊接深度调整模块安装在所述轴向移动模块上；

焊枪安装在所述焊接深度调整模块上。

作为本发明的进一步改进，所述架体还包括连接在相邻两段所述轨道单元之间的安装调节片，所述安装调节片两端与所述轨道单元端部之间具有间隔形成供环向移动模块行走的通道。

作为本发明的进一步改进，所述焊接调整装置的数量为四套，沿所述架体圆周方向均匀布置，每套所述焊接调整装置通过所述环向移动模块能在所述架体的1/4圆环范围内往复移动；且四套所述焊接调整装置中的所述环向移动模块同步联动。

作为本发明的进一步改进，所述轨道单元数量为十段，所述电磁抓手数量为三十组，每段所述轨道单元上设置有三组所述电磁抓手。

作为本发明的进一步改进，所述电磁抓手包括上支撑部、下支撑部，所述上支撑部通过螺丝与所述架体固定连接，所述下支撑部内设置有电磁铁，通过所述电磁铁磁吸在待焊接管道内壁上。

作为本发明的进一步改进，所述环向移动模块包括底座、固定在所述底座两侧端部的上滑轮和下滑轮、与所述上滑轮传动连接以带动所述上滑轮滚动的上驱动组件、与所述下滑轮传动连接以带动所述下滑轮升降的下驱动组件；所述架体边部卡设在所述上滑轮和所述下滑轮之间。

本发明提供的一种大型管道环缝焊接装置，包括焊枪和所述的焊接作业轨道。

本发明提供的一种焊接方法，使用所述大型管道环缝焊接装置进行管道环缝焊接的方法，包括如下步骤：

步骤A、焊接作业轨道的安装和固定；

步骤B、通过焊接调整装置进行焊枪姿态、角度和位置调整；

步骤C、调整完毕后，焊接调整装置中的环向移动组件带动焊枪沿架体进行环形运动以进行环缝焊接。

作为本发明的进一步改进，步骤A中，焊接作业轨道的安装和固定包括：

步骤A-1、将四个环向移动模块分别与四组轨道单元连接，将轨道单元边部卡入到上滑轮和下滑轮之间；

步骤A-2、将一组断电的单组轨道单元固定于平行管道内焊缝区域的指定位置，左旋电磁开关，将该组轨道单元与管道固定；

步骤A-3、将第二组轨道单元与第一组轨道单元对齐，连接处用安装调节片连接，然后后通过电磁铁固定在管道上，方法与步骤A-2一致；

步骤A-4、参照步骤A-2、A-3依次安装完四组轨道单元安装固定，将环向移动模块调整至对称位；

每组轨道单元包含一段、两段或多于两段的轨道单元，相邻两段轨道单元之间连接处也通过安装调节片连接。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的大型管道环缝焊接装置，通过设置焊接作业轨道，方便将焊枪固定在管道焊缝处进行自动焊接，主要针对大型圆管道的焊缝进行自动化焊接，适用于最大直径八米的大型管道。

本发明提供的大型管道环缝焊接装置采用模块化设计、结构简单、易于安装、操作方便，在安装完成后，整个焊接过程全部自动化进行，自动化程度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明焊接作业轨道的整体结构示意图；

图2是图1中A局部放大图；

图3是本发明焊接作业轨道中相邻两段轨道单元连接在一起时的局部结构示意图一；

图4是本发明焊接作业轨道中相邻两段轨道单元连接在一起时的局部结构示意图二；

图5是本发明焊接作业轨道中相邻两段轨道单元连接在一起时的部分爆炸结构示意图。

图中1、架体；11、轨道单元；12、安装调节片；2、电磁抓手；3、焊接调整装置；31、环向移动模块；311、底座；312、上滑轮；313、下滑轮；314、上驱动组件；315、下驱动组件；32、轴向移动模块；33、焊接深度调整模块；34、焊枪摆动模块；100、焊枪。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种焊接作业轨道，包括架体1、电磁抓手2、焊接调整装置3，其中：

架体1为环形结构作为焊枪100的支撑固定和作业轨道，通过电磁抓手2固定在待焊接管道的环缝处；

焊接用的焊枪100通过焊接调整装置3活动安装在架体1上，通过焊接调整装置3能够调整焊枪100在架体1上环向、轴向和径向方向的位置；

在此需要说明的是，焊接调整装置3可采用现有技术中的产品实现。

架体1为可重构式柔性结构，包括多段采用弹性钢板制成的轨道单元11，部分或全部轨道单元11首尾相连拼接在一起形成不同直径的架体1，以适用于不同直径的管道焊接作业。

如图2和图3所示，在此需要说明的是，可重构式柔性结构设置架体1可以拆卸重新组装，且可以组装成不同直径的架体1结构，而且架体1组成的轨道单元11具有弹性，为柔性结构，并非不能产生变形的结构，进一步的，此处的柔性并非像硅胶橡胶类的变形量很大的柔性，而是弹性钢板的柔性。每段轨道单元11的弹性钢板均为弧形结构，且该弧形也可以经过进一步弯曲成更小弧度的轨道单元11。

使用时，可根据管道内径，选择不同数量的轨道单元11拼接在一起然后形成不同直径的架体1，然后将架体1固定到管道内壁上，然后将焊枪100通过焊接调整装置3固定在架体1上，架体1通过电磁抓手2吸附在管道内壁上。

如图3、图4和图5所示，作为本发明的一种可选实施方式，焊接调整装置3包括环向移动模块31、轴向移动模块32、焊接深度调整模块33，其中：

轴向移动模块32通过环向移动模块31固定在架体1上；

焊接深度调整模块33安装在轴向移动模块32上；

焊枪100安装在焊接深度调整模块33上。

更进一步的，在焊枪100和焊接深度调整模块33之间还设置有焊枪摆动模块34，焊枪摆动模块能够带动焊枪100摆动，该摆动是指焊枪100沿平行于轨道单元11圆周方向进行的前后摆动，从而完成环缝焊接。

如图2所示，作为本发明的进一步可选实施方式，架体1还包括连接在相邻两段轨道单元11之间的安装调节片12，安装调节片12两端与轨道单元11端部之间具有间隔形成供环向移动模块31行走的通道。

具体的，安装调节片12为片形结构，且分别设置在轨道单元11内侧和外侧，通过两侧设置安装调节片12使两段轨道单元11连接的更加牢固。

如图1所示，进一步的，焊接调整装置3的数量为四套，沿架体1圆周方向均匀布置，每套焊接调整装置3通过环向移动模块31能在架体1的1/4圆环范围内往复移动；且四套焊接调整装置3中的环向移动模块31同步联动。在此需要说明的是，同步联动是通过控制器同时向四个环向移动模块31发出向前移动或向后移动的信号，从而实现同步联动。

作为本发明的一种可选实施方式，轨道单元11数量为十段，电磁抓手2数量为三十组，每段轨道单元11上设置有三组电磁抓手2。

如图2和图5所示，进一步的，电磁抓手2包括上支撑部21、下支撑部22，上支撑部21通过螺丝与架体1固定连接，下支撑部22内设置有电磁铁，通过电磁铁磁吸在待焊接管道内壁上。

如图5所示，进一步的，环向移动模块31包括底座311、固定在底座311两侧端部的上滑轮312和下滑轮313、与上滑轮312传动连接以带动上滑轮312滚动的上驱动组件314、与下滑轮313传动连接以带动下滑轮313升降的下驱动组件315；架体1边部卡设在上滑轮312和下滑轮313之间。

具体的，上驱动组件314包括电机，电机与上滑轮312传动连接，能带动上滑轮312旋转，下驱动组件315包括电机、齿轮和齿条，齿轮固定在电机输出轴上，齿条固定在下滑轮313上，齿轮啮合在齿条上，当电机旋转时带动齿轮旋转，齿轮旋转带动齿条向上或向下移动，从而带动下滑轮313跟随一起升降，通过下滑轮313的升降实现对架体1的卡紧或松开。当需要环向移动模块31移动时则将下滑轮313向下降下，松开架体1，当调整好后，需要对焊枪100的角度、深度、轴向位置进行调整时，则需要将下滑轮313向上升起，使上下滑轮夹紧架体1，然后进行调节。

轴向移动模块32包括固定座、精密电机、滑动板和固定架，固定座固定在底座311上，滑动板穿设在固定座内，能沿垂直于轨道单元11宽度方向移动，精密电机固定在固定座上，输出轴通过齿轮和齿条与滑动板连接，以推动滑动板水平往复移动；固定架固定在滑动板底部，焊接深度调整模块33竖直安装在固定架端部。

焊接深度调整模块33安装在轴向移动模块32的左侧移动平台上也就是安装在滑动板端部的固定架上，主要由一个小型的直线移动模块组成，直线移动模块的滑块连接焊枪摆动模块34，从而试下焊枪的深度和角度的调整。

在本发明中焊接调整装置3采用现有技术中产品实现，最优的可使用本申请人已授权专利产品。

本发明提供的一种大型管道环缝焊接装置，包括焊枪100和焊接作业轨道。

本发明提供的一种焊接方法，使用大型管道环缝焊接装置进行管道环缝焊接的方法，包括如下步骤：

步骤A、焊接作业轨道的安装和固定；

步骤B、通过焊接调整装置进行焊枪姿态、角度和位置调整；

步骤C、调整完毕后，焊接调整装置中的环向移动组件带动焊枪沿架体进行环形运动以进行环缝焊接。

步骤A中，焊接作业轨道的安装和固定包括：

步骤A-1、将四个环向移动模块分别与四组轨道单元连接，将轨道单元边部卡入到上滑轮和下滑轮之间；

步骤A-2、将一组断电的单组轨道单元固定于平行管道内焊缝区域的指定位置，左旋电磁开关，将该组轨道单元与管道固定；

步骤A-3、将第二组轨道单元与第一组轨道单元对齐，连接处用安装调节片连接，然后后通过电磁铁固定在管道上，方法与步骤A-2一致；

步骤A-4、参照步骤A-2、A-3依次安装完四组轨道单元安装固定，将环向移动模块调整至对称位；

每组轨道单元包含一段、两段或多于两段的轨道单元，相邻两段轨道单元之间连接处也通过安装调节片连接。

具体的焊接过程，环向移动模块31带动设备运动至指定焊接区域后，齿轮带动下滑轮向上移动，使两滑轮与轨道单元夹紧，轴向移动模块32将焊枪运至焊缝正上方，焊接深度调整模块33中的直线移动模块调节焊枪深度及角度，调整完成后上下滑轮松开，继续带动焊枪沿架体做环形运动，焊接开始。

本发明提供的大型管道环缝焊接装置，通过设置焊接作业轨道，方便将焊枪固定在管道焊缝处进行自动焊接，主要针对大型圆管道的焊缝进行自动化焊接，适用于最大直径八米的大型管道。

本发明提供的大型管道环缝焊接装置采用模块化设计、结构简单、易于安装、操作方便，在安装完成后，整个焊接过程全部自动化进行，自动化程度高。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种焊接作业轨道，其特征在于，包括架体、电磁抓手、焊接调整装置，其中：

所述架体为环形结构，通过所述电磁抓手固定在待焊接管道的环缝处；

焊接用的焊枪通过所述焊接调整装置活动安装在所述架体上；

所述架体为可重构式柔性结构，包括多段采用弹性钢板制成的轨道单元，部分或全部所述轨道单元首尾相连拼接在一起形成不同直径的所述架体，以适用于不同直径的管道焊接作业；所述焊接调整装置包括环向移动模块、轴向移动模块、焊接深度调整模块，其中：

所述轴向移动模块通过所述环向移动模块固定在所述架体上；

所述焊接深度调整模块安装在所述轴向移动模块上；

焊枪安装在所述焊接深度调整模块上；

所述焊枪和所述焊接深度调整模块之间还设置有焊枪摆动模块，所述焊枪摆动模块能够带动所述焊枪摆动，该摆动是指所述焊枪沿平行于所述轨道单元圆周方向进行的前后摆动，从而完成环缝焊接；

所述架体还包括连接在相邻两段所述轨道单元之间的安装调节片，所述安装调节片两端与所述轨道单元端部之间具有间隔形成供环向移动模块行走的通道；所述调节片分别设置在所述轨道单元内侧和外侧，通过两侧设置安装调节片使两段轨道单元连接的更加牢固；所述焊接调整装置的数量为四套，沿所述架体圆周方向均匀布置，每套所述焊接调整装置通过所述环向移动模块能在所述架体的1/4圆环范围内往复移动；且四套所述焊接调整装置中的所述环向移动模块同步联动；所述环向移动模块包括底座、固定在所述底座两侧端部的上滑轮和下滑轮、与所述上滑轮传动连接以带动所述上滑轮滚动的上驱动组件、与所述下滑轮传动连接以带动所述下滑轮升降的下驱动组件；所述架体边部卡设在所述上滑轮和所述下滑轮之间；

所述上驱动组件包括电机，所述电机与所述上滑轮传动连接，能带动上滑轮旋转，所述下驱动组件包括电机、齿轮和齿条，齿轮固定在电机输出轴上，齿条固定在下滑轮上，齿轮啮合在齿条上，当电机旋转时带动齿轮旋转，齿轮旋转带动齿条向上或向下移动，从而带动下滑轮跟随一起升降，通过下滑轮的升降实现对架体的卡紧或松开；当需要环向移动模块移动时则将下滑轮向下降下，松开架体，当调整好后，需要对焊枪的角度、深度、轴向位置进行调整时，则需要将下滑轮向上升起，使上下滑轮夹紧架体，然后进行调节；

所述轴向移动模块包括固定座、精密电机、滑动板和固定架，固定座固定在底座上，滑动板穿设在固定座内，能沿垂直于轨道单元宽度方向移动，精密电机固定在固定座上，输出轴通过齿轮和齿条与滑动板连接，以推动滑动板水平往复移动；固定架固定在滑动板底部，焊接深度调整模块竖直安装在固定架端部。

2.根据权利要求1所述的焊接作业轨道，其特征在于，所述轨道单元数量为十段，所述电磁抓手数量为三十组，每段所述轨道单元上设置有三组所述电磁抓手。

3.根据权利要求2所述的焊接作业轨道，其特征在于，所述电磁抓手包括上支撑部、下支撑部，所述上支撑部通过螺丝与所述架体固定连接，所述下支撑部内设置有电磁铁，通过所述电磁铁磁吸在待焊接管道内壁上。

4.一种大型管道环缝焊接装置，其特征在于，包括焊枪和如权利要求1-3中任一所述的焊接作业轨道。

5.一种焊接方法，其特征在于，使用如权利要求4中所述的大型管道环缝焊接装置进行管道环缝焊接的方法，包括如下步骤：

步骤A、焊接作业轨道的安装和固定；

步骤B、通过焊接调整装置进行焊枪姿态、角度和位置调整；

步骤C、调整完毕后，焊接调整装置中的环向移动组件带动焊枪沿架体进行环形运动以进行环缝焊接。

6.根据权利要求5中所述的焊接方法，其特征在于，步骤A中，焊接作业轨道的安装和固定包括：

步骤A-1、将四个环向移动模块分别与四组轨道单元连接，将轨道单元边部卡入到上滑轮和下滑轮之间；

步骤A-2、将一组断电的单组轨道单元固定于平行管道内焊缝区域的指定位置，左旋电磁开关，将该组轨道单元与管道固定；

步骤A-3、将第二组轨道单元与第一组轨道单元对齐，连接处用安装调节片连接，然后通过电磁铁固定在管道上，方法与步骤A-2一致；

步骤A-4、参照步骤A-2、A-3依次安装完四组轨道单元安装固定，将环向移动模块调整至对称位；

每组轨道单元包含一段、两段或多于两段的轨道单元，相邻两段轨道单元之间连接处也通过安装调节片连接。

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