CN114406554A - 一种用于x80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，焊接部件可以对待焊接焊管的焊缝坡口进行自动焊接，并且在完成焊接后，由第一输送机构将焊接完成的焊管输送至第二输送机构内，焊缝加热装置和保温装置对焊管焊缝进行加热和保温工作；加热可以减缓焊管焊缝的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的溢出，同时高温使得焊缝的淬硬程度降低，提高了焊管焊缝的抗裂性，而保温使得焊管焊缝缓慢冷却，可以消除焊后残余应力，进一步促使残余氢的扩散外溢，降低了焊管焊缝冷裂纹形成的概率。

Description

一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别涉及一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置。

背景技术

随着石油工业的发展，管道输送油气以其安全、经济、高效而飞速发展，随着天然气输送压力的增高管线钢的钢级也随着升高。X80管线钢已在西气东输支线工程试验段小规模成功应用，下一步计划在天然气长输管道工程上大量使用。焊接是X80管线钢焊管成型过程中不可缺少的一道工艺，由于在焊接过程中管线钢经历了一系列复杂的非平衡物理化学过程，从而造成焊缝和热影响区的化学成分不均匀、晶粒粗大、组织偏析等缺陷，焊接接头的残余应力处于拉应力状态，残余应力会使X80管线钢焊管的焊缝形成焊接冷裂纹，冷裂纹的存在会导致X80管线钢焊管的破坏，进而引起各种事故的发生。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，可自动对管线钢焊管的焊缝进行焊接以及在焊接焊缝后对焊缝进行残余应力的消除，解决了现有技术中X80管线钢焊管成型依靠人工焊接焊缝，导致焊接效率低下以及焊接后焊缝因存在残余应力形成冷裂纹而导致X80管线钢焊管破坏的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供了一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其包括焊接部件、焊缝应力消除部件和控制部分；

焊接部件包括用于输送待焊接焊管的第一输送机构，第一输送机构包括横截面呈“凹”字形的第一底座，第一底座的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管的第一输送轮，每个第一输送轮的圆周外壁用于与焊管的外壁接触，焊管焊缝坡口竖直朝上；第一输送机构的顶部设置有用于对焊管焊缝坡口进行焊接的焊接机构，焊接机构位于焊管焊缝坡口的正上方；

焊缝应力消除部件包括用于输送已焊接焊管的第二输送机构，第二输送机构包括横截面呈“凹”字形的第二底座，第二底座的入口端与第一底座的出口端相接；第二底座的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管的第二输送轮；第二底座外部设置有外壳罩，外壳罩的两端分别设置有供焊管进出的缺口，外壳罩内部设置有焊缝加热装置和保温装置，焊缝加热装置位于焊管焊缝的正上方；第一输送轮和第二输送轮均自带有驱动电机；

控制部分包括控制器，控制器与第一输送轮、第二输送轮、焊接机构、焊缝加热装置和保温装置电连接。

进一步地，位于第一底座的左内侧壁和右内侧壁上的多个第一输送轮对称倾斜设置，倾斜后的左内侧壁上的第一输送轮和右内侧壁上的第一输送轮呈倒“V”字形结构。

进一步地，第一输送机构和第二输送机构内均设置有用于使焊管绕自身中心旋转的转动调节机构，第一底座和第二底座的内底面两端均设置有一个转动调节机构；转动调节机构包括用于与控制器电性连接的第一液压缸，第一液压缸的尾端与第一底座或第二底座的内底面固定连接，第一液压缸的输出端设置有转动装置，转动装置包括安装板，安装板上设置有与控制器电性连接的旋转电机，旋转电机的输出端通过联轴器连接有用于与焊管外壁接触的接触轮，接触轮的轴线与焊管的轴线平行。

进一步地，第一底座和第二底座的内底面上的两个转动调节机构之间均设置有一个用于托起和放下焊管的举升装置，每个举升装置均包括设在第一底座或第二底座内底面上安装盒，安装盒内设置有与控制器电性连接的第二液压缸和举升架，第二液压缸的尾端与安装盒的内底面固定连接，第二液压缸的头端与举升架的底部固定连接，举升架的顶部设置有承载块，承载块的顶部为与焊管外壁适配的弧形结构。

进一步地，焊接机构包括设置在第一底座正上方的滑轨，滑轨上设置有与控制器电性连接的移动小车，移动小车包括横截面呈“回”字形结构的车体，车体上设置有与滑轨顶部接触的行走轮和两个分别与滑轨两侧接触的导向轮，车体下方设置有高度调节机构，高度调节机构包括竖直设置且与车体下方连接的调节管，调节管的内部设置有传动丝杆和与传动丝杆滑动连接的矩形滑块，调节管的顶部设置有用于驱动传动丝杆旋转的步进电机，步进电机与控制器电性连接，调节管的一侧面上开凿有滑口，矩形滑块滑动于滑口内，矩形滑块的端面上设置有用于焊接焊管焊缝坡口的焊枪，焊枪位于调节管的外部。

进一步地，车体下方设置有与控制器电性连接的摄像头。

进一步地，焊缝加热装置包括多个沿第二底座长度方向设置的喷火口、供气系统和温度传感器，供气系统包括用于与每个喷火口连通的供气主管和用于与供气主管连通的储气罐，储气罐位于外壳罩的外部，位于外壳罩外部的供气主管的管段上设置有气体电磁阀；每个喷火口上均设置有点火器；

每个喷火口底部与焊管焊缝之间的间距与10cm~20cm；温度传感器设置在外壳罩内部且用于实时监测焊管焊缝的温度；

气体电磁阀、点火器和温度传感器均与控制器电性连接。

进一步地，保温装置包括设置在外壳罩内壁上的电阻加热丝、设置在外壳罩外部的功率控制模块和时间模块，电阻加热丝通过功率控制模块和时间模块与控制器电性连接。

进一步地，焊缝加热装置的加热温度为600℃，电阻加热丝的发热温度恒定为200℃。

本发明的有益效果为：本方案中的一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，焊接部件可以对待焊接焊管的焊缝坡口进行自动焊接，并且在完成焊接后，由第一输送机构将焊接完成的焊管输送至第二输送机构内，焊缝加热装置和保温装置对焊管焊缝进行加热和保温工作；加热可以减缓焊管焊缝的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的溢出，同时高温使得焊缝的淬硬程度降低，提高了焊管焊缝的抗裂性，而保温使得焊管焊缝缓慢冷却，可以消除焊后残余应力，进一步促使残余氢的扩散外溢，降低了焊管焊缝冷裂纹形成的概率。

附图说明

图1为一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置的结构示意图。

图2为转动调节机构设置在第一底座内的结构示意图。

图3为高度调节机构与车体的连接结构示意图。

图4为车体的剖视放大结构示意图。

图5为举升装置设置在第一底座内的结构示意图。

图6为承载块的横截面放大结构示意图。

图7为焊缝加热装置和保温装置设置在外壳罩内的结构示意图。

其中，1、第一输送机构；11、第一底座；12、第一输送轮；2、焊接机构；21、滑轨；22、移动小车；23、车体；24、行走轮；25、导向轮；26、摄像头；3、第二输送机构；31、第二底座；32、第二输送轮；4、外壳罩；5、焊缝加热装置；51、喷火口；52、供气系统；521、供气主管；522、储气罐；53、温度传感器；54、气体电磁阀；55、点火器；6、保温装置；61、电阻加热丝；62、功率控制模块；63、时间模块；7、控制器；8、转动调节机构；81、第一液压缸；82、转动装置；821、安装板；822、旋转电机；823、接触轮；9、举升装置；91、安装盒；92、第二液压缸；93、举升架；94、承载块；10、调节管；11、传动丝杆；12、矩形滑块；13、步进电机；14、滑口；15、焊枪；16、焊管。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1~图7所示，本发明提供的一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其包括焊接部件、焊缝应力消除部件和控制部分。

焊接部件包括用于输送待焊接焊管16的第一输送机构1，第一输送机构1包括横截面呈“凹”字形的第一底座11，第一底座11的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管16的第一输送轮12，每个第一输送轮12的圆周外壁用于与焊管16的外壁接触，焊管16焊缝坡口竖直朝上；第一输送机构1的顶部设置有用于对焊管16焊缝坡口进行焊接的焊接机构2，焊接机构2位于焊管16焊缝坡口的正上方。

焊缝应力消除部件包括用于输送已焊接焊管16的第二输送机构3，第二输送机构3包括横截面呈“凹”字形的第二底座31，第二底座31的入口端与第一底座11的出口端相接；第二底座31的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管16的第二输送轮32；第二底座31外部设置有外壳罩4，外壳罩4的两端分别设置有供焊管16进出的缺口，外壳罩4内部设置有焊缝加热装置5和保温装置6，焊缝加热装置5位于焊管16焊缝的正上方；第一输送轮12和第二输送轮32均自带有驱动电机。

控制部分包括控制器7，控制器7与第一输送轮12、第二输送轮32、焊接机构2、焊缝加热装置5和保温装置6电连接。

本发明的基本原理为：首先将待焊接焊管16放置在第一输送机构1上，待焊接焊管16的外壁与多个对称设置的第一输送轮12接触，然后焊接机构2对待焊接焊管16的焊缝坡口进行自动焊接，自动焊接完成后，第一输送轮12转动，将已焊接焊管16输送至第二输送结构，焊缝加热装置5先对焊缝进行高温加热至600℃，然后停止加热，待焊缝的温度自然冷却至200℃时，保温装置6工作，使外壳罩4内部的温度维持在200℃且保温4小时，加热可以减缓焊管16焊缝的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的溢出，同时高温使得焊缝的淬硬程度降低，提高了焊管16焊缝的抗裂性，而保温使得焊管16焊缝缓慢冷却，可以消除焊后残余应力，进一步促使残余氢的扩散外溢，降低了焊管16焊缝冷裂纹形成的概率。

优选但不局限地，位于第一底座11的左内侧壁和右内侧壁上的多个第一输送轮12对称倾斜设置，倾斜后的左内侧壁上的第一输送轮12和右内侧壁上的第一输送轮12呈倒“V”字形结构，当焊接焊管16放置在第一输送轮12上时，可以自动对中，且焊接焊管16固定牢固，在输送焊接焊管16时不易脱落。

第一输送机构1和第二输送机构3内均设置有用于使焊管16绕自身中心旋转的转动调节机构8，第一底座11和第二底座31的内底面两端均设置有一个转动调节机构8；转动调节机构8包括用于与控制器7电性连接的第一液压缸81，第一液压缸81的尾端与第一底座11或第二底座31的内底面固定连接，第一液压缸81的输出端设置有转动装置82，转动装置82包括安装板821，安装板821上设置有与控制器7电性连接的旋转电机822，旋转电机822的输出端通过联轴器连接有用于与焊管16外壁接触的接触轮823，接触轮823的轴线与焊管16的轴线平行。当待焊接焊管16的焊缝坡口没有竖直朝上时，那么控制器7可以控制第一液压缸81伸长，可以通过控制器7控制第一液压缸81进油阀的进油时间实现，伸长的第一液压缸81带动转动装置82上升，直至转动装置82上的接触轮823与焊接焊管16的外壁接触，启动旋转电机822实现接触轮823带动焊接焊管16绕自身轴线旋转，达到调节焊接焊管16转动角度的目的，使待焊接焊管16的焊缝坡口竖直朝上。

第一底座11和第二底座31的内底面上的两个转动调节机构8之间均设置有一个用于托起和放下焊管16的举升装置9，每个举升装置9均包括设在第一底座11或第二底座31内底面上的安装盒91，安装盒91内设置有与控制器7电性连接的第二液压缸92和举升架93，第二液压缸92的尾端与安装盒91的内底面固定连接，第二液压缸92的头端与举升架93的底部固定连接，举升架93的顶部设置有承载块94，承载块94的顶部为与焊管16外壁适配的弧形结构，承载块94的顶部为光滑面，降低承载块94的顶部与焊接焊管16外壁之间的摩擦力。

当转动调节机构8因焊接焊管16与第一输送轮12之间摩擦力过大而无法调节焊接焊管16转动角度时，举升装置9将整个焊接焊管16举升托起：第二液压缸92在控制器7的控制下伸长，伸长的第二液压缸92将举升架93托起，直至承载块94顶部与焊接焊管16外壁接触且焊接焊管16外壁与多个第一输送轮12脱离，然后启动转动调节机构8达到调节焊接焊管16转动角度的目的，使待焊接焊管16的焊缝坡口竖直朝上，便于焊接机构2的焊接。

作为焊接机构2的一种具体设置方式，焊接机构2包括设置在第一底座11正上方的滑轨21，滑轨21上设置有与控制器7电性连接的移动小车22，移动小车22包括横截面呈“回”字形结构的车体23，车体23上设置有与滑轨21顶部接触的行走轮24和两个分别与滑轨21两侧接触的导向轮25，车体23下方设置有高度调节机构，高度调节机构包括竖直设置且与车体23下方连接的调节管10，调节管10的内部设置有传动丝杆11和与传动丝杆11滑动连接的矩形滑块12，调节管10的顶部设置有用于驱动传动丝杆11旋转的步进电机13，步进电机13与控制器7电性连接，调节管10的一侧面上开凿有滑口14，矩形滑块12滑动于滑口14内，矩形滑块12的端面上设置有用于焊接焊管16焊缝坡口的焊枪15，焊枪15位于调节管10的外部；将焊接焊管16焊缝坡口与焊枪15的下端相对应，通过调节机构使焊枪15的高度得到调节，方便焊枪15与焊接焊管16焊缝坡口对应，然后通过外部电源启动步进电机13和焊枪15，使传动丝杆11进行旋转，旋转的传动丝杆11通过滑块带动焊枪15在竖直方向上进行往复的移动，同时移动小车22带动焊枪15水平方向上直线往复移动，不需要人为的手持焊接机构2，减少劳动量的消耗，提高工作效率，不需要人眼一直盯着焊接点，防止焊接过程中产生的光线对人眼造成损伤。

车体23下方设置有与控制器7电性连接的摄像头26，摄像头26有两个功能，第一个功能：在焊接焊管16没有开始焊接时，通过采集焊接焊管16的位置图像并上传至控制器7，控制器7根据上传的图像，判断焊管16焊缝坡口是否竖直朝上，如是，则焊接机构2对焊管16焊缝坡口进行焊接，如不是，则转动调节机构8和举升装置9联动，使待焊接焊管16的焊缝坡口竖直朝上，便于焊接机构2的焊接。第二个功能：采集焊接焊管16的焊缝图像并上传至控制器7，判断焊接焊管16的焊缝外形是否变形或有缺陷，如有，则已焊接焊管16不进入第二输送机构3，如没有，则第一输送机构1将已焊接焊管16输送至第二输送机构3，并通过焊缝加热装置5和保温装置6进行加热和保温。

焊缝加热装置5包括多个沿第二底座31长度方向设置的喷火口51、供气系统52和温度传感器53，供气系统52包括用于与每个喷火口51连通的供气主管521和用于与供气主管521连通的储气罐522，储气罐522位于外壳罩4的外部，位于外壳罩4外部的供气主管521的管段上设置有气体电磁阀54；每个喷火口51上均设置有点火器55。

每个喷火口51底部与焊管16焊缝之间的间距与10cm~20cm；温度传感器53设置在外壳罩4内部且用于实时监测焊管16焊缝的温度；气体电磁阀54、点火器55和温度传感器53均与控制器7电性连接。保温装置6包括设置在外壳罩4内壁上的电阻加热丝61、设置在外壳罩4外部的功率控制模块62和时间模块63，电阻加热丝61通过功率控制模块62和时间模块63与控制器7电性连接；焊缝加热装置5先对焊缝进行高温加热至600℃，然后停止加热，待焊缝的温度自然冷却至200℃时，保温装置6工作，使外壳罩4内部的温度维持在200℃且保温4小时，加热可以减缓焊管16焊缝的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的溢出，同时高温使得焊缝的淬硬程度降低，提高了焊管16焊缝的抗裂性，而保温使得焊管16焊缝缓慢冷却，可以消除焊后残余应力，进一步促使残余氢的扩散外溢，降低了焊管16焊缝冷裂纹形成的概率。

Claims (9)

1.一种用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，包括焊接部件、焊缝应力消除部件和控制部分；

焊接部件包括用于输送待焊接焊管的第一输送机构，所述第一输送机构包括横截面呈“凹”字形的第一底座，所述第一底座的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管的第一输送轮，每个所述第一输送轮的圆周外壁用于与焊管的外壁接触，焊管焊缝坡口竖直朝上；第一输送机构的顶部设置有用于对焊管焊缝坡口进行焊接的焊接机构，焊接机构位于焊管焊缝坡口的正上方；

焊缝应力消除部件包括用于输送已焊接焊管的第二输送机构，第二输送机构包括横截面呈“凹”字形的第二底座，所述第二底座的入口端与第一底座的出口端相接；第二底座的左内侧壁和右内侧壁上均设置有多个用于输送焊管的第二输送轮；第二底座外部设置有外壳罩，外壳罩的两端分别设置有供焊管进出的缺口，外壳罩内部设置有焊缝加热装置和保温装置，焊缝加热装置位于焊管焊缝的正上方；第一输送轮和第二输送轮均自带有驱动电机；

控制部分包括控制器，所述控制器与第一输送轮、第二输送轮、焊接机构、焊缝加热装置和保温装置电连接。

2.根据权利要求1所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，位于所述第一底座的左内侧壁和右内侧壁上的多个所述第一输送轮对称倾斜设置，倾斜后的左内侧壁上的第一输送轮和右内侧壁上的第一输送轮呈倒“V”字形结构。

3.根据权利要求2所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，第一输送机构和第二输送机构内均设置有用于使焊管绕自身中心旋转的转动调节机构，第一底座和第二底座的内底面两端均设置有一个所述转动调节机构；所述转动调节机构包括用于与所述控制器电性连接的第一液压缸，所述第一液压缸的尾端与第一底座或第二底座的内底面固定连接，第一液压缸的输出端设置有转动装置，所述转动装置包括安装板，所述安装板上设置有与控制器电性连接的旋转电机，所述旋转电机的输出端通过联轴器连接有用于与焊管外壁接触的接触轮，所述接触轮的轴线与焊管的轴线平行。

4.根据权利要求3所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述第一底座和第二底座的内底面上的两个所述转动调节机构之间均设置有一个用于托起和放下焊管的举升装置，每个所述举升装置均包括设在第一底座或第二底座内底面上的安装盒，所述安装盒内设置有与控制器电性连接的第二液压缸和举升架，所述第二液压缸的尾端与安装盒的内底面固定连接，第二液压缸的头端与所述举升架的底部固定连接，举升架的顶部设置有承载块，所述承载块的顶部为与焊管外壁适配的弧形结构。

5.根据权利要求4所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述焊接机构包括设置在所述第一底座正上方的滑轨，所述滑轨上设置有与控制器电性连接的移动小车，所述移动小车包括横截面呈“回”字形结构的车体，所述车体上设置有与滑轨顶部接触的行走轮和两个分别与滑轨两侧接触的导向轮，车体下方设置有高度调节机构，高度调节机构包括竖直设置且与车体下方连接的调节管，所述调节管的内部设置有传动丝杆和与传动丝杆滑动连接的矩形滑块，调节管的顶部设置有用于驱动传动丝杆旋转的步进电机，步进电机与控制器电性连接，调节管的一侧面上开凿有滑口，所述矩形滑块滑动于所述滑口内，矩形滑块的端面上设置有用于焊接焊管焊缝坡口的焊枪，所述焊枪位于调节管的外部。

6.根据权利要求5所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述车体下方设置有与所述控制器电性连接的摄像头。

7.根据权利要求6所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述焊缝加热装置包括多个沿所述第二底座长度方向设置的喷火口、供气系统和温度传感器，供气系统包括用于与每个喷火口连通的供气主管和用于与所述供气主管连通的储气罐，所述储气罐位于所述外壳罩的外部，位于外壳罩外部的供气主管的管段上设置有气体电磁阀；每个喷火口上均设置有点火器；

每个喷火口底部与焊管焊缝之间的间距与10cm~20cm；所述温度传感器设置在外壳罩内部且用于实时监测焊管焊缝的温度；

所述气体电磁阀、点火器和温度传感器均与控制器电性连接。

8.根据权利要求7所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述保温装置包括设置在外壳罩内壁上的电阻加热丝、设置在外壳罩外部的功率控制模块和时间模块，所述电阻加热丝通过所述功率控制模块和时间模块与所述控制器电性连接。

9.根据权利要求7所述的用于X80管线钢焊管焊接和消除焊缝应力的装置，其特征在于，所述焊缝加热装置的加热温度为600℃，所述电阻加热丝的发热温度恒定为200℃。

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