CN114054956B - 激光管道打底焊内焊方法及焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光管道打底焊内焊方法，涉及油气体管道打底焊技术领域，可以包括以下步骤：步骤一、采用激光对待焊接管道进行打底焊；步骤二、将激光焊接头安装于所述待焊接管道内，能够从所述待焊接管道的内壁进行焊接；步骤三、调整所述激光焊接头的位置，开始对所述待焊接管道进行激光焊接；步骤四、所述激光焊接头安装在环形旋转座上，所述环形旋转座带动所述激光焊接头沿所述待焊接管道轴向旋转，直至完成激光焊接工作；所述环形旋转座上安装有若干个轴对称设置的所述激光焊接头。本发明还公开了一种激光管道打底焊内焊方法所采用的焊接装置。本发明能够有效提高管道打底焊的焊接质量和合格率。

Description

激光管道打底焊内焊方法及焊接装置
技术领域
本发明涉及油气体管道打底焊技术领域，特别是涉及一种激光管道打底焊内焊方法及焊接装置。
背景技术
油气体管道铺设时管道之间的连接一般用电弧填丝焊接的方式完成，为了保证管道内表面的焊接质量，第一步焊接需要进行打底焊。打底焊要求使管道内表面的焊缝光滑平整以降低油气输送时的阻力。用电弧填丝焊进行打底焊，管道内壁焊缝容易产生缺陷，对于人可以进入的大直径管道，一般是人进入管道对这些缺陷进行修复。激光焊接具有可控性高、稳定性好、一致性高、焊缝平整、焊接速度快、热作用区域小、薄板焊接不需焊料等众多优势，已经得到了越来越广泛的应用。目前各种锂离子电池外壳的焊接均采用激光焊接，其焊接的密封性和焊缝的平整度均表现出了巨大的优势。油气体管道的打底焊属于拼焊，用激光进行拼焊，焊缝正面的平整度和一致性一般优于背面，所以，要使管道打底焊获得更好的管道内表面的焊缝平整度和一致性，用激光从内部焊接，使管道内壁成为焊接的正面，是最佳选择。
因此，提供一种激光管道打底焊内焊方法及焊接装置，以解决现有技术中所存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光管道打底焊内焊方法及焊接装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效提高管道打底焊的焊接质量和合格率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种激光管道打底焊内焊方法，包括以下步骤：
步骤一、采用激光对待焊接管道进行打底焊；
步骤二、将激光焊接头安装于所述待焊接管道内，能够从所述待焊接管道的内壁进行焊接；
步骤三、调整所述激光焊接头的位置，开始对所述待焊接管道进行激光焊接；
步骤四、所述激光焊接头安装在环形旋转座上，所述环形旋转座带动所述激光焊接头沿所述待焊接管道轴向旋转，直至完成激光焊接工作；
所述环形旋转座上安装有若干个轴对称设置的所述激光焊接头。
优选的，所述步骤二中，所述激光焊接头沿与所述待焊接管道轴向垂直的切向方向放置，所述激光焊接头采用侧出光方式，所述激光焊接头发出的激光以偏离所述待焊接管道内壁法线5±2°的角度作用到所述待焊接管道内壁；
所述激光焊接头采用弧形激光焊接头，所述弧形激光焊接头与所述待焊接管道的管壁曲率匹配。
优选的，所述待焊接管道的焊接处采用坡口切，所述焊接处的坡口底部厚度为0.5~3mm。
优选的，焊接时，所述待焊接管道焊接处的坡口底部紧密接触，采用无焊料激光拼焊或激光填丝焊方式焊接。
优选的，所述激光焊接头通过光纤引入激光，所述光纤通过光纤铠装管进行保护；所述激光焊接头通过水冷却，焊接时通入保护气体能够提高焊接质量。
本发明还提供一种上述激光管道打底焊内焊方法所采用的焊接装置，包括：
环形旋转座，所述环形旋转座能够伸入待焊接管道内，所述环形旋转座能够绕所述待焊接管道的轴线旋转；
激光焊接头，所述激光焊接头设置有若干个，若干个所述激光焊接头轴对称安装于所述环形旋转座上；
光纤，所述激光焊接头连接有所述光纤，所述光纤能够为所述激光焊接头引入激光；
冷却水管，所述激光焊接头连接有所述冷却水管，所述冷却水管能够通入水对所述激光焊接头进行冷却；
气体管道，所述激光焊接头连接有所述气体管道，所述气体管道能够通入保护气体。
优选的，所述焊接装置还包括管道对准固定组件，所述管道对准固定组件设置有两个，所述环形旋转座安装于两个所述管道对准固定组件之间。
优选的，所述环形旋转座包括驱动电机以及旋转环，所述驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮，所述旋转环上安装有齿环，所述驱动齿轮与所述齿环啮合连接；所述旋转环的中部安装于支撑轴承上。
优选的，所述光纤的外侧套装有光纤铠装管，所述冷却水管和所述气体管道安装于同一根不锈钢软管内，相邻所述激光焊接头之间连接有冷却水短接管；所述环形旋转座上设置有双沟道防坠圈，所述双沟道防坠圈的沟道为U型，开口朝向所述光纤铠装管和所述不锈钢软管的进入侧；所述管道对准固定组件上安装有双层导向轮，所述光纤铠装管和所述不锈钢软管由所述双层导向轮导入所述双沟道防坠圈内，所述管道对准固定组件上靠近所述双沟道防坠圈的一侧设置有挡板。
优选的，所述管道对准固定组件上设置有多个张力轮，多个所述张力轮沿圆周均布。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明采用激光打底焊，能够获得更好的管道内表面的焊缝平整度和一致性，而且在环形旋转座上至少轴对称安装两个激光焊接头，能够提高焊接速度和减少焊接时需要旋转的角度；本发明能够提高管道打底焊的焊接质量和合格率，这对于人不便进入进行修复的直径较小的管道焊接而言，具有重要意义。
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为本发明焊接装置的结构示意图；
图2为本发明环形旋转座的结构示意图；
附图标记说明：1A为管道对准固定组件、1B为管道对准固定组件、2为环形旋转座、201为旋转环、202为支撑轴承、203为驱动齿轮、204为驱动电机、205为齿环、3A激光焊接头、3B为激光焊接头、4为聚焦光束、5为光纤铠装管、6A为冷却水管、7A为冷却水短接管、8A为气体管道、9为不锈钢软管、10A为双沟道防坠圈、10B为双沟道防坠圈、11为双层导向轮、12为挡板。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种激光管道打底焊内焊方法及焊接装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效提高管道打底焊的焊接质量和合格率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种激光管道打底焊内焊方法，适合直径为550mm至850mm范围的管道进行激光打底焊内焊，使用两个激光焊接头同时进行焊接。
如图1-图2所示，本实施例激光管道打底焊内焊方法包括以下步骤：
步骤一、采用激光对待焊接管道进行打底焊；
步骤二、将激光焊接头安装于所述待焊接管道内，能够从所述待焊接管道的内壁进行焊接；
步骤三、调整所述激光焊接头的位置，开始对所述待焊接管道进行激光焊接，其中，所述激光焊接头沿与所述待焊接管道轴向垂直的切向方向放置，聚焦光束4采用侧出光方式从激光焊接头3A和激光焊接头3B作用到待焊接管道的内壁，激光入射角（光束轴线与管道内壁法线之间的夹角）为5±2°；
步骤四、所述激光焊接头安装在环形旋转座2上，焊接时激光焊接头随环形旋转座2绕轴旋转，直至完成激光焊接工作；
所述环形旋转座2上安装有两个轴对称设置的所述激光焊接头，即激光焊接头3A和激光焊接头3B，激光焊接头3A和激光焊接头3B的结构相同；本实施例中安装两个激光焊接头，能够提高焊接速度和减少焊接时需要旋转的角度；当待焊接管道的直径足够大时，可轴对称均布两个以上激光焊接头，激光焊接头的具体数量可以根据工作需要进行调整。
在本实施例中，所述激光焊接头采用弧形激光焊接头，所述弧形激光焊接头的弧度与所述待焊接管道的管壁曲率匹配，以适用于更小的待焊接管道直径。
在本实施例中，所述待焊接管道的焊接处采用常规坡口切，所述焊接处的坡口底部厚度为适合打底焊要求和激光无焊料拼焊要求的0.5~3mm，厚度的选择与所用激光的功率相关，功率更高时厚度可增加，可使用光纤传能的光纤激光器或者直接半导体激光器提供激光。
在本实施例中，焊接时，所述待焊接管道焊接处的坡口底部紧密接触，不留缝隙，采用无焊料激光拼焊方式焊接；或者，还可以根据工艺需要，采用激光填丝焊。
在本实施例中，激光通过光纤导入，光纤用光纤铠装管5保护，激光焊接头采用水冷，冷却水通过冷却水管6A导入和导出、激光焊接头3A和激光焊接头3B之间的冷却水采用串联连接，用冷却水短接管7A短接实现进出水的连接，焊接过程中采用保护气体保护，保护气体通过气体管道8A导入，冷却水管6A和气体管道8A用同一根不锈钢软管9保护。
本发明还提供一种上述激光管道打底焊内焊方法所采用的焊接装置，包括：
环形旋转座2，所述环形旋转座能够伸入待焊接管道内，所述环形旋转座能够绕所述待焊接管道的轴线旋转；
激光焊接头，所述激光焊接头设置有两个，即激光焊接头3A和激光焊接头3B，激光焊接头3A和激光焊接头3B轴对称安装于所述环形旋转座2上；
光纤，所述激光焊接头连接有所述光纤，所述光纤能够为所述激光焊接头引入激光；
冷却水管6A，所述激光焊接头连接有所述冷却水管6A，所述冷却水管6A能够通入水对所述激光焊接头进行冷却；
气体管道8A，所述激光焊接头连接有所述气体管道8A，所述气体管道8A能够通入保护气体。
在本实施例中，所述焊接装置还包括管道对准固定组件，所述管道对准固定组件设置有两个，即管道对准固定组件1A和管道对准固定组件1B，所述环形旋转座2安装于两个所述管道对准固定组件之间。
在本实施例中，管道对准固定组件包括固定环，固定环的一侧连接同步定位对中机构，同步定位对中机构用于激光焊接头的定位与对中，确保各激光焊接头与组对后的管口中心处于同一平面，继而保证对准固定；或者，还可以根据工作需要选择其它的管道对准固定机构。
在本实施例中，所述环形旋转座2包括驱动电机204以及旋转环201，所述驱动电机204的输出轴连接有驱动齿轮203，所述旋转环201上安装有齿环205，所述驱动齿轮203与所述齿环205啮合连接，通过驱动电机204带动驱动齿轮203旋转，驱动齿轮203带动齿环205旋转，从而能够带动旋转环201转动，激光焊接头安装于旋转环201上；所述旋转环201由支撑轴承202进行支撑固定。
在本实施例中，焊接时，环形旋转座2带动激光焊接头3A和激光焊接头3B绕待焊接管道的轴线旋转，此时会拖动光纤铠装管5和不锈钢软管9，为防止光纤铠装管5和不锈钢软管9在被拖动时缠绕或接触其它部件产生阻碍，在环形旋转座2上设置双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B，双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的沟道为U形，开口朝向光纤铠装管5和不锈钢软管9的进入侧，光纤铠装管5和不锈钢软管9进入环形旋转座2所在区域后将进入双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的不同沟道，彼此隔开并受到双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的支撑。
在本实施例中，为了使光纤铠装管5和不锈钢软管9顺利进入双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的U形沟道中，在管道对准固定组件1A上设置双层导向轮11，使光纤铠装管5和不锈钢软管9分别由该双层导向轮11导入双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的U形沟道中，为了防止光纤铠装管5和不锈钢软管9滑出双沟道防坠圈10A和双沟道防坠圈10B的U形沟道，在管道对准固定组件1A上设置挡板12。
在本实施例中，在管道对准固定组件1A上设置张力轮，焊接时为光纤铠装管5和不锈钢软管9的进退提供牵引力，所述张力轮由驱动电机带动，张力轮提供的光纤铠装管5和不锈钢软管9的进退速度与环形旋转座2上光纤铠装管5和不锈钢软管9的线速度匹配。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光管道打底焊内焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、采用激光对待焊接管道进行打底焊；
步骤二、将激光焊接头安装于所述待焊接管道内，能够从所述待焊接管道的内壁进行焊接；
步骤三、调整所述激光焊接头的位置，开始对所述待焊接管道进行激光焊接；
步骤四、所述激光焊接头安装在环形旋转座上的外缘上，所述环形旋转座带动所述激光焊接头沿所述待焊接管道轴向旋转，直至完成激光焊接工作；
所述环形旋转座上安装有若干个轴对称设置的所述激光焊接头；所述激光焊接头沿与所述待焊接管道轴向垂直的切向方向放置，所述激光焊接头采用弧形激光焊接头，所述弧形激光焊接头与所述待焊接管道的管壁曲率匹配。
2.根据权利要求1所述的激光管道打底焊内焊方法，其特征在于：所述步骤二中，所述激光焊接头采用侧出光方式，所述激光焊接头发出的激光以偏离所述待焊接管道内壁法线5±2°的角度作用到所述待焊接管道内壁。
3.根据权利要求1所述的激光管道打底焊内焊方法，其特征在于：所述待焊接管道的焊接处采用坡口切，所述焊接处的坡口底部厚度为0.5~3mm。
4.根据权利要求3所述的激光管道打底焊内焊方法，其特征在于：焊接时，所述待焊接管道焊接处的坡口底部紧密接触，采用无焊料激光拼焊或激光填丝焊方式焊接。
5.根据权利要求1所述的激光管道打底焊内焊方法，其特征在于：所述激光焊接头通过光纤引入激光，所述光纤通过光纤铠装管进行保护；所述激光焊接头通过水冷却，焊接时通入保护气体能够提高焊接质量。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的激光管道打底焊内焊方法所采用的焊接装置，其特征在于：包括：
环形旋转座，所述环形旋转座能够伸入待焊接管道内，所述环形旋转座能够绕所述待焊接管道的轴线旋转；
激光焊接头，所述激光焊接头设置有若干个，若干个所述激光焊接头轴对称安装于所述环形旋转座上；
光纤，所述激光焊接头连接有所述光纤，所述光纤能够为所述激光焊接头引入激光；
冷却水管，所述激光焊接头连接有所述冷却水管，所述冷却水管能够通入水对所述激光焊接头进行冷却；
气体管道，所述激光焊接头连接有所述气体管道，所述气体管道能够通入保护气体。
7.根据权利要求6所述的焊接装置，其特征在于：所述焊接装置还包括管道对准固定组件，所述管道对准固定组件设置有两个，所述环形旋转座安装于两个所述管道对准固定组件之间。
8.根据权利要求6所述的焊接装置，其特征在于：所述环形旋转座包括驱动电机以及旋转环，所述驱动电机的输出轴连接有驱动齿轮，所述旋转环上安装有齿环，所述驱动齿轮与所述齿环啮合连接；所述旋转环的中部安装于支撑轴承上。
9.根据权利要求7所述的焊接装置，其特征在于：所述光纤的外侧套装有光纤铠装管，所述冷却水管和所述气体管道安装于同一根不锈钢软管内，相邻所述激光焊接头之间连接有冷却水短接管；所述环形旋转座上设置有双沟道防坠圈，所述双沟道防坠圈的沟道为U型，开口朝向所述光纤铠装管和所述不锈钢软管的进入侧；所述管道对准固定组件上安装有双层导向轮，所述光纤铠装管和所述不锈钢软管由所述双层导向轮导入所述双沟道防坠圈内，所述管道对准固定组件上靠近所述双沟道防坠圈的一侧设置有挡板。
10.根据权利要求9所述的焊接装置，其特征在于：所述管道对准固定组件上设置有多个张力轮，多个所述张力轮沿圆周均布。
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