CN114850669A - 一种高速磁浮低真空管道的焊接设备及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速磁浮低真空管道的焊接设备及焊接方法，属于高速磁浮设备加工领域，其通过在具有螺旋焊缝的管道内外分别设置焊接组件，利用两焊接组件中走行模组和焊接模组的对应控制和协同作业，以及对管道上螺旋焊缝的准确识别和区段划分，可以实现两焊接组件与同一焊缝区段内外区域的协同焊接作业，进而准确实现管道上螺旋焊缝的焊接和低真空管道的制备。本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其结构紧凑，控制精度高，能够准确实现螺旋焊缝的焊接，为高速磁浮低真空管道的制备提供了便利，推动了高速磁浮技术的发展，保证了低真空管道制备的效率和精度，为低真空管道的安全应用提供了保障，具有较好的应用前景和实用价值。

Description

一种高速磁浮低真空管道的焊接设备及焊接方法

技术领域

本发明属于高速磁浮设备加工领域，具体涉及一种高速磁浮低真空管道的焊接设备及焊接方法。

背景技术

随着我国磁浮轨道交通技术的不断进步和发展，磁浮领域相关的设备研究已经越来越深入。在磁浮轨道交通形式中，真空管道磁浮交通形式是一种特殊的交通运行形式，其通过设置(低)真空管道，使得磁浮交通轨道设置在管道内，且磁浮车辆在近似真空的环境下运行。由于管道的近似真空设置，使得磁浮车辆在运行时的风阻大大降低，进而可以实现更高速的运行，形成高速磁浮轨道交通形式。

对于真空管道高速磁浮交通而言，其真空管道是最关键的设备之一，其密封性的好坏往往直接影响了磁浮车辆的运行速度，且真空管道的制备、安装成本往往也制约着高速磁浮交通的设计、运营成本。

目前，针对高速磁浮真空管道的制备往往是采用多个管道单元以端部连接的形式制备，虽然能够一定程度上满足高速磁浮的运营需求，但是真空管道的整体性较差，管道单元的制备复杂，单元长度较短，需要大量的焊接需求，导致管道焊接制备的成本较高，无法有效降低高速磁浮的运营成本。同时，由于现有的真空管道多是有单独的圆环单元端部焊接而成，导致现有的管道焊接设置往往只能满足环缝的焊接需求，无法满足螺旋焊接的使用需求。此外，对于常规的环形焊接而言，其往往需要对环缝位置进行抽真空处理，这在螺旋焊接时也根本无法实现，从而导致现有的管道焊接设备根本不能有效满足高速磁浮真空管道的焊接需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种高速磁浮低真空管道的焊接设备及焊接方法，能够实现高速磁浮低真空管道的内外侧对应焊缝作业，满足螺旋焊缝的焊接作业需求，保证低真空管道焊缝作业的准确性和可靠性。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种高速磁浮低真空管道的焊接设备，其包括管外焊接组件和管内焊接组件，分别用于螺旋焊缝的管外焊接和管内焊接；

所述管外焊接组件包括管外走行模组和设置于该管外走行模组上的管外焊接模组；所述管外走行模组可设置在待焊接管道的外周，并可在所述管道外周通长范围内走行及固定；所述管外焊接模组设置在所述管外走行模组上，并可在该管外走行模组上进行管道环向上的往复位移；

所述管外焊接模组包括真空防护罩、激光焊接头和焊缝识别定位装置；所述真空防护罩可在管外焊接模组工作时吸附在所述管道的外周壁面上，并为待焊接的焊缝区段提供真空焊接环境；所述焊缝识别定位装置和所述激光焊接头分别设置在真空防护罩内，分别用于真空防护罩罩设区域内焊缝信息的识别以及焊缝信息识别后的激光焊接；

所述管内焊接组件设置在待焊接管道的内部，其包括管内走行模组、管内识别定位装置和管内焊接激光器；所述管内识别定位装置和所述管内焊接激光器分别设置在所述管内走行模组上，分别用于管内焊缝的识别以及管内焊缝的焊接，并可在在所述管内走行模组的带动下运动、固定于管道内的对应位置；且所述管内识别定位装置与所述焊缝识别定位装置通信连接，两者之间可进行实时信息交互，以实现两焊接组件之间的协同工作。

作为本发明的进一步改进，所述管外走行模组包括成对设置的两个旋转支撑轨道；

两旋转支撑轨道之间以若干轨道连接件连接成整体结构，且各旋转支撑轨道上分别设置有自走行装置，用于在管道外周壁面上的抵接固定和走行。

作为本发明的进一步改进，至少一个旋转支撑轨道上对应所述管外焊接模组设置有运动支撑架；

所述运动支撑架与对应旋转支撑轨道之间设置有驱动机构，使得所述运动支撑架可在旋转支撑轨道上沿管道环向往复运动；且所述运动支撑架上对应所述真空防护罩设置有第一位移模组，用于实现所述真空防护罩在两旋转支撑轨道之间的往复位移。

作为本发明的进一步改进，在所述真空防护罩内还设置有第二位移模组；

所述激光焊接头和所述焊缝识别定位装置设置在所述第二位移模组上，并可在该第二位移模组的带动下实现管道纵向上和管道环向上的位移，以适应真空防护罩内各位置螺旋焊缝的识别及焊接。

作为本发明的进一步改进，所述真空防护罩抵接所述管道外周壁面的一侧设置有仿生密封，用于所述真空防护罩确定焊接区域后的区域密封。

作为本发明的进一步改进，所述管内走行模组与所述管外走行模组的设置形式相同，其包括成对设置的旋转支撑轨道，并在旋转支撑轨道上设置有多个可抵接作用于管道内周壁面上的自走行装置。

作为本发明的进一步改进，所述管内走行模组包括作业平台和设置于该作业平台底部的管内走行装置及仿生吸盘；

所述管内走行装置用于带动所述作业平台在管内走行；所述仿生吸盘包括多个转动连接所述作业平台的吸盘单元，用于交替吸附所述管道的内壁面并实现所述作业平台作业位置的变换。

作为本发明的进一步改进，对应所述管内焊接激光器设置有多轴旋转伸缩机械臂；该多轴旋转伸缩机械臂的一端连接所述管内焊接激光器，另一端连接在所述作业平台上，用于将管内焊接激光器带动到管内的对应作业部位。

本发明的另一个方面，提供一种高速磁浮低真空管道的焊接方法，其利用所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备来实现，其包括如下步骤：

(1)在具有螺旋焊缝的管道外部设置所述管外焊接组件，并在该管道内部设置所述管内焊接组件；

(2)控制所述管外走行模组和所述管内走行模组在管道内外分别走行，并在走行过程中控制所述焊缝识别定位装置和所述管内识别定位装置识别管道上的焊缝，且利用两识别定位装置之间的数据交互共同定位焊缝的位置；

(3)控制所述管外焊接组件将管外焊缝进行分段、分区划分，并将所述真空防护罩调整选定的焊缝区段处；同时，控制所述焊缝识别定位装置与所述管内识别定位装置进行选定的焊缝区段信息的交互，并在此基础上控制所述管内焊接组件对该焊缝区段的内侧区域进行焊接；

(4)在完成所述焊缝区段内侧焊接后，控制所述真空防护罩工作，在该焊缝区段的外侧区域形成真空作业环境；

(5)控制所述管外焊接模组工作，将真空防护罩罩设区域内的焊缝区段对应焊接；

(6)控制所述管外走行模组和/或所述管外焊接模组运动，切换下一个焊缝区段，重复进行步骤(3)～(5)中的过程，直到完成整个低真空管道上的螺旋焊缝焊接。

作为本发明的进一步改进，在步骤(4)中，在所述真空防护罩工作前，先控制所述管外焊接模组运动，将所述真空防护罩罩设的焊缝区段两端分别焊接。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其通过在形成有螺旋焊缝的管道内外分别设置焊接组件，利用管外焊接组件和管内焊接组件中走行模组和焊接模组的对应控制，可准确识别管道上的螺旋焊缝，再通过内外焊接模组之间数据信息交互，使得管道内外焊接组件可同时定位相应的焊缝区段，再对应完成该焊缝区段的内外先后焊接，利用上述过程的循环进行，可以完成管道上螺旋焊缝的准确焊接，从而完成高度磁浮低真空管道的准确制备，提升低真空管道的焊接质量和可靠性，推动高速磁浮相关技术的发展。

(2)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其通过在管内焊接组件上和管外焊接组件上分别设置识别定位装置，利用两识别定位装置与对应焊接模组的匹配以及两识别定位装置之间的信息数据交互，可以实现焊缝区段位置的快速确定，准确实现焊缝内外焊接的协同性，保证焊缝内外焊接作业的准确性，提升管道焊接的效率，减少焊缝的缺陷。

(3)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其通过在管道内设置由管内走行装置、仿生吸盘、作业平台、多轴旋转伸缩机械臂组成的管内焊接组件，可以实现管内焊缝以及相关连接构件的对应焊接，保证管内焊缝和管内构件焊接的可靠性，提升低真空管道制备的效率和质量，降低高速磁浮相关设备的制备成本。

(4)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其通过对应设置管外焊接组件的系统组成，利用运动支撑架、第一位移模组、第二位移模组的对应设置，可以实现管外焊接模组在管道外侧各位置处的准确漫游走行，保证焊接的全面性和准确性；同时，利用仿生密封和真空防护罩的相互匹配，可以保证对应焊缝区段焊接时处于真空作业环境中，进而保证焊缝焊接的质量，减少焊接缺陷的出现。

(5)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接方法，其步骤简单，操作便捷，通过控制管道内外焊接组件的对应工作，可以实现管道内外螺旋焊缝的快速定位和准确焊接，保证螺旋焊缝焊接的质量和效率，降低低真空管道的制备成本，推动高速磁浮相关技术的发展。

(6)本发明的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其结构紧凑，控制精度高，能够准确实现螺旋焊缝的焊接，为高速磁浮低真空管道的制备提供了便利，推动了高速磁浮技术的发展，保证了低真空管道制备的效率和精度，为低真空管道的安全应用提供了保障，具有较好的应用前景和实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中高速磁浮低真空管道的焊接设备的系统结构示意图；

图2是本发明实施例中高速磁浮低真空管道的焊接设备的使用状态示意图；

图3是本发明实施例中焊接设备的焊接模组的结构俯视图；

图4是本发明实施例中利用焊接设备进行螺旋管道焊接的立体结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、低真空管道；2、管外焊接组件；3、管内焊接组件；

101、管道焊接钢板；102、扭转机构；201、自走行装置；202、旋转支撑轨道；203、真空抽取装置；204、真空防护罩；205、激光焊接控制器；206、激光焊接头；207、焊缝识别定位装置；208、弧形滑轨；209、仿生密封；210、轨道连接件；301、管内识别定位装置；302、管内走行装置；303、仿生吸盘；304、作业平台；305、管内焊接激光器；306、机器人驱动模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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。

实施例：

请参阅图1～图4，本发明优选实施例中的高速磁浮低真空管道的焊接设备包括管外焊接组件2和管内焊接组件3，分别在以管道焊接钢板101螺旋拼合为低真空管道1时进行螺旋延伸焊缝的内外侧焊接，并最终形成连续的低真空管道1。

如图4中所示，优选实施例中的管道焊接钢板101呈长条形板状结构，其端部在扭转机构102的扭转作用下以螺旋扭转的形式进行送料，使得管道焊接钢板101螺旋拼合为管状结构，即管道焊接钢板101的横向两侧边以螺旋延伸的方式拼合，并在两者之间螺旋延伸的焊缝。

为了实现上述焊缝的焊接，优选实施例中的焊接设备包括设置在低真空管道1外部的管外焊接组件2和设置在低真空管道1内部的管内焊接组件3，两组件协同工作，沿焊缝螺旋延伸的方向依次进行同步焊接作业，以此提高管道内外焊接的协同性，保证焊接的质量，减少焊接的缺陷。

具体而言，优选实施例中的管外焊接组件2如图1、图2中所示，其包括沿低真空管道1轴向间隔设置的至少两个旋转支撑轨道202，旋转支撑轨道202为套设在低真空管道1外周的圆弧形结构，其两端和中部分别设置有自走行装置201，使得旋转支撑轨道202可通过自走行装置201抵接支撑在低真空管道1的外周。

同时，旋转支撑轨道202在低真空管道1外周包绕的角度大于180°，使得其完成设置后，不管如何旋转，均不会从低真空管道1外周上脱落。例如，在图1中，旋转支撑轨道202在低真空管道1外周上包绕的角度为270°；同时，旋转支撑轨道202内侧的自走行装置201设置为至少三个，且三个自走行装置201中的两个分设于旋转支撑轨道202的两端，另一个设置在旋转支撑轨道202的中部，三个自走行装置201抵接部位的连线形成三角形，且低真空管道1的中心位于该三角形所围的区域内。

通过自走行装置201的上述设置，可以实现旋转支撑轨道202在低真空管道1外周上的可靠抵接，即使旋转支撑轨道202旋转到低真空管道1的底部，其也不会从低真空管道1上脱落，进而充分保证焊接过程中的稳定性。

当然，在实际设置时，旋转支撑轨道202也可以设置为圆环形式，并在其内侧间隔设置至少三个自走行装置201，以其实现焊接过程中的可靠支撑。

进一步地，管外焊接组件2包括至少两个间隔设置的旋转支撑轨道202，如图4中所示，两旋转支撑轨道202之间以多个轨道连接件210连接，形成整体结构，可在低真空管道1的外周上沿环向旋转以及沿轴向位移。

如图1中所示，在旋转支撑轨道202上设置有运动支撑架，该运动支撑架与至少一个旋转支撑轨道202匹配连接，并针对运动支撑架设置有驱动机构，使得运动支撑架可在旋转支撑轨道202上沿环向往复走行，实现运动支撑架上焊接模组在低真空管道1的外周上沿环向走行，进而实现环向上各部位焊缝的焊接。

更详细地，优选实施例中的焊接模组包括设置在运动支撑架上的真空防护罩204，并在该真空防护罩204的罩设区域内设置有激光焊接头206，其与激光焊接控制器205连接设置，用于对焊缝进行焊接，而激光焊接控制器205用于控制激光焊接头206工作。需要说明的是，对于优选实施例中的激光焊接头206而言，其自带设置有用于焊接材料补充、送料的机构，焊接材料通过该机构进行给料，经过激光束作用后融化，从而实现激光熔覆焊接。

进一步地，优选实施例中针对真空防护罩204在运动支撑架上设置有第一位移模组，用于真空防护罩204在管道纵向上的往复位移控制，使得真空防护罩204可在两旋转支撑轨道202之间往复运动，改变其罩设区域。同时，对应激光焊接头206还在真空防护罩204中设置有第二位移模组，如图3中所示，其可随真空防护罩204同步运动，且激光焊接控制器205匹配设置在第二位移模组上，可在该位移模组的带动下完成激光焊接头206在真空防护罩204内各位置的位移控制。

在实际设置过程中，第一位移模组为直线位移模组，可以实现直线上的位移，例如管道纵向上的位移；第二位移模组为平面位移模组，可以实现某一个平面区域内的平面位移。不过，在实际工作时，管道外周待焊接的区域往往为弧面，此时，第二位移模组为弧面位移模组，其用于实现环向位移的滑轨优选与管道外周表面平行，即上述滑轨为如图1、图2中所示的弧形滑轨208，且弧形滑轨208为相对设置的两个，两弧形滑轨208之间设置直线滑轨，使得该直线滑轨可在两弧形滑轨208上沿管道环向往复滑移，完成激光焊接头206环向上的位移驱动。

显然，利用运动支撑架的环向位移、真空防护罩204的水平位移和激光焊接控制器205的平面/弧面位移，可以实现管外焊接组件2所处环向上各部位焊缝的焊接。在实际设置时，运动支撑架与旋转支撑轨道202之间的匹配形式可以为“齿轮”-“齿环”的组合方式；当然，根据实际需求，上述驱动形式也可以设置为别的形式，只要能实现运动支撑架与旋转支撑轨道202之间的相对位移即可，在此不做赘述。

进一步地，针对真空防护罩204还设置有真空抽取装置203，用于将真空防护罩204内抽真空，以此确保真空防护罩204内的工作环境满足实际工作时的需求。同时，在真空防护罩204抵接管道外周壁面的一侧沿环向设置有仿生密封209，以此确保真空防护罩204与低真空管道1外周抵接时的密封可靠性。

相应地，为了实现真空防护罩204罩设区域内焊缝位置的准确确定，在真空防护罩204内对应激光焊接头206还设置有焊缝识别定位装置207，用于实时定位罩设区域内的焊缝位置。在实际设置时，焊缝识别定位装置207优选设置在第二位移模组上，并可在第二位移模组的驱动下往复运动。同时，为了简化激光焊接头206的定位过程，优选实施例中的焊缝识别定位装置207优选集成设置在激光焊接控制器205上，使得其与激光焊接头206的相对位置不变，在此基础上，通过焊缝识别定位装置207与焊缝的对位，便可实现激光焊接头206与焊缝相对位置的确定，以此简化了激光焊接头206的定位过程。

进一步地，对应于管外焊接组件2的设置，在低真空管道1内还设置有管内焊接组件3，用于与管外焊接组件2协同工作，进行低真空管道1内侧焊缝的焊接。在实际设置时，管内焊接组件3可以设置成类似管外焊接组件2的形式，即包括轴向间隔设置的至少两个旋转支撑轨道，相邻旋转支撑轨道之间通过多个轨道连接件连接，此时，各旋转支撑轨道的外径小于低真空管道1的内径；相应地，在旋转支撑轨道的外周间隔设置有多个自走行装置，使得旋转支撑轨道可与低真空管道1同轴设置。此后，通过管内焊接组件3中设置于旋转支撑轨道上的焊缝模组，可以实现管道内侧焊缝的焊接。

可以理解，在上述管内焊接组件3中，其焊接模组以及对应其设置的位移模组都可参考管外焊接组件2中的相应设置，在此不做赘述。不过，在实际设置时，低真空管道1的内部往往焊接有各类的构建或者连接件，此时，管内焊接组件3设置成上述形式便可能影响管内的正常焊接作业。

因此，在另一个具体实施例中，管内焊接组件3如图1、图2中所示，其与管外焊接组件2在结构形式上存在一定的不同，其为走行机器人的设置形式，包括作业平台304和设置在作业平台304上的管内识别定位装置301、管内焊接激光器305和机器人驱动模块306；同时，在作业平台304的底部设置有管内走行装置302和仿生吸盘303，利用仿生吸盘303与管内走行装置302之间的协同配合，可以实现整个设备在管道内环向、轴向各位置的走行，以此配合管外焊接组件2的管外焊接。

具体而言，在实际设置时，管内焊接激光器305设置在一套多轴伸缩旋转机械臂上，根据实际的需要，可以对应改变管内焊接激光器305的实际工作位置，如图1、图2中所示。同时，管内走行装置302与作业平台304之间通过活动转轴连接，两者之间的角度可以对应调整和变换，以此来实现机器人运行至管内不同位置时的结构调整；相应地，仿生吸盘303上设置有多个吸盘单元，通过仿生吸盘303吸附后管内走行装置302的位移调整，可以实现机器人在管道内侧壁面上的相关走行。

实际应用时，管内识别定位装置301与焊缝识别定位装置207之间通信连接，彼此之间可进行信息交互，以此确保在管外焊接组件2确定好焊缝焊接区段后，管内焊接组件3可以在管内同步确定该焊缝焊接区段的位置，进而为管外焊接组件2和管内焊接组件3的协同工作提供保证。

优选地，在实际设置时，机器人驱动模块306的驱动形式优选包括蓄电池驱动和移动式插电驱动两种，为焊接机器人运动作业提供足够的能源支持。此外，对于优选实施例中的管内焊接组件3而言，其除了可用于进行焊缝焊接外，还可用于管道内部的法兰、支架等构件的焊接。此时，管内焊接组件3可独立于管外焊接组件2自行工作，通过管内识别定位装置301对焊接件设置位置进行精准识别，并自行运动至焊接位置，进行空间曲面上各部件的智能焊接。

进一步地，对于优选实施例中的焊接设备而言，其进行低真空管道1的焊接过程优选包括如下过程：

(1)利用扭转机构102进行管道焊接钢板101的螺旋送料，使得原本呈长片状的管道焊接钢板101螺旋扭转并拼合成管状结构的低真空管道1。

在实际作业时，为了保证管道焊接钢板101螺旋成管后的结构稳定性，可以针对性设置固定机构或者定型机构，确保低真空管道1焊缝固定前的固定。在实际设置时，上述固定机构或者定型机构可以为夹持机构，通过夹持焊缝两侧的管道焊接钢板101，可以保证低真空管道1端部成型的可靠性。

(2)在低真空管道1的外周设置管外焊接组件2，针对根据低真空管道1的外径尺寸，适应性地调整自走行装置201，使得旋转支撑轨道202可以稳定支撑在管道的外周壁面上，并进一步优选使得旋转支撑轨道202与低真空管道1的轴线同轴。

相应地，在管道的内部设置管内焊接组件3，使得其管内识别定位装置301与管外焊接组件2的焊缝识别定位装置207之间建立通讯连接。

(3)控制管外焊接组件2的自走行装置201在管外根据设定的漫游路径进行管道通长范围内的漫游；在漫游过程中，焊缝识别定位装置207对管道外壁的焊缝进行精准识别及定位。同时，控制管内焊接组件3以同样的漫游速度在管道内部进行漫游和管道内部焊缝及法兰、支架等构件的识别。

在两焊接组件的漫游过程中，管内识别定位装置301与管道外部的焊缝识别定位装置207进行实时数据交互，共同定位焊缝位置，实现管道内外焊接作业的协同精准控制。

(4)当检测到需要进行焊接的焊缝位置时，管内焊接组件3根据识别反馈数据对管道内部的焊缝进行全自动智能焊接；同时，管外焊接组件2根据管道直径对外部焊缝进行分段、分区划分。

在管内焊接组件3进行管道内部焊缝的焊接时，其走行机构(管内走行装置302)根据管径弧度自适应进行微调，确保焊接组件在管道内部不同曲面范围内焊接时保持车体的稳定性；通过仿生吸盘303的交替吸附，实现机器人在管道内部任意位置的可靠固定，进而确保焊接作业的平稳性。在焊接不同位置时，管内焊接组件3的多轴机械臂进行自动伸缩，根据焊接位置及距离调整合适的臂长和旋转角度，以便达到最佳的焊接效果。

(5)通过内外识别定位装置之间的数据交互，使得管外焊接组件2确定管道已经完成内侧焊缝焊接的具体部位；之后，真空防护罩204根据系统反馈数据运行到指定位置，对焊接分区进行真空防护；同时，控制仿生密封209根据管道直径和外形进行仿生粘附，实现焊接区域的可靠密封。

待上述密封作业完成后，控制真空抽取装置203对真空防护罩204罩设区域抽真空，实现对焊接区域的真空抽取。在真空抽取前，为了保证真空抽取的准确性，优选控制激光焊接头206对真空防护罩204罩设区域内的焊缝两端区域分别进行焊缝作业，以将真空防护罩204罩设区域内的焊缝区段从整个螺旋焊缝中独立出来，且该独立出的焊缝区段靠近管道内部一侧已提前由管内焊接组件3提前焊接。

(6)通过激光焊接控制器205控制激光焊接头206工作，结合焊缝识别定位装置207识别的焊缝宽度、深度等尺寸参数，控制激光焊接头206发射激光，完成管道外侧焊缝的焊接。

通过控制第二位移模组的运动，可以带动激光焊接头206完成罩设区域内各位置处的焊缝焊接。此后，通过控制第一位移模组工作和运动支撑架在旋转支撑轨道202环向上的环向运动，可以实现管外焊接组件2中焊接模组对两旋转支撑轨道所夹持区域内焊缝的对应焊接，实际焊接时，循环上述步骤(4)～(6)中的过程即可。

另外，在完成某一区域的焊缝作业后，优选控制焊缝识别定位装置207对焊接后的焊缝质量进行探测评估，确保不出现缺焊、漏焊的部位，一旦发现存在上述部位，及时控制焊接系统进行补焊，确保焊接的效果和质量。

(7)通过上述过程完成低真空管道1轴向上的某一段环向上的焊缝焊接后，控制管外焊接组件2和管内焊接组件3沿管道通常范围继续漫游，进而后续的焊接作业。

本发明中的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其结构紧凑，控制精度高，能够准确实现螺旋焊缝的焊接，为高速磁浮低真空管道的制备提供了便利，推动了高速磁浮技术的发展，保证了低真空管道制备的效率和精度，为低真空管道的安全应用提供了保障，具有较好的应用前景和实用价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速磁浮低真空管道的焊接设备，其特征在于，包括管外焊接组件和管内焊接组件，分别用于螺旋焊缝的管外焊接和管内焊接；

所述管外焊接组件包括管外走行模组和设置于该管外走行模组上的管外焊接模组；所述管外走行模组可设置在待焊接管道的外周，并可在所述管道外周通长范围内走行及固定；所述管外焊接模组设置在所述管外走行模组上，并可在该管外走行模组上进行管道环向上的往复位移；

所述管外焊接模组包括真空防护罩、激光焊接头和焊缝识别定位装置；所述真空防护罩可在管外焊接模组工作时吸附在所述管道的外周壁面上，并为待焊接的焊缝区段提供真空焊接环境；所述焊缝识别定位装置和所述激光焊接头分别设置在真空防护罩内，分别用于真空防护罩罩设区域内焊缝信息的识别以及焊缝信息识别后的激光焊接；

所述管内焊接组件设置在待焊接管道的内部，其包括管内走行模组、管内识别定位装置和管内焊接激光器；所述管内识别定位装置和所述管内焊接激光器分别设置在所述管内走行模组上，分别用于管内焊缝的识别以及管内焊缝的焊接，并可在在所述管内走行模组的带动下运动、固定于管道内的对应位置；且所述管内识别定位装置与所述焊缝识别定位装置通信连接，两者之间可进行实时信息交互，以实现两焊接组件之间的协同工作。

2.根据权利要求1所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，所述管外走行模组包括成对设置的两个旋转支撑轨道；

两旋转支撑轨道之间以若干轨道连接件连接成整体结构，且各旋转支撑轨道上分别设置有自走行装置，用于在管道外周壁面上的抵接固定和走行。

3.根据权利要求2所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，至少一个旋转支撑轨道上对应所述管外焊接模组设置有运动支撑架；

所述运动支撑架与对应旋转支撑轨道之间设置有驱动机构，使得所述运动支撑架可在旋转支撑轨道上沿管道环向往复运动；且所述运动支撑架上对应所述真空防护罩设置有第一位移模组，用于实现所述真空防护罩在两旋转支撑轨道之间的往复位移。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，在所述真空防护罩内还设置有第二位移模组；

所述激光焊接头和所述焊缝识别定位装置设置在所述第二位移模组上，并可在该第二位移模组的带动下实现管道纵向上和管道环向上的位移，以适应真空防护罩内各位置螺旋焊缝的识别及焊接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，所述真空防护罩抵接所述管道外周壁面的一侧设置有仿生密封，用于所述真空防护罩确定焊接区域后的区域密封。

6.根据权利要求2或3所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，所述管内走行模组与所述管外走行模组的设置形式相同，其包括成对设置的旋转支撑轨道，并在旋转支撑轨道上设置有多个可抵接作用于管道内周壁面上的自走行装置。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，所述管内走行模组包括作业平台和设置于该作业平台底部的管内走行装置及仿生吸盘；

所述管内走行装置用于带动所述作业平台在管内走行；所述仿生吸盘包括多个转动连接所述作业平台的吸盘单元，用于交替吸附所述管道的内壁面并实现所述作业平台作业位置的变换。

8.根据权利要求7所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备，其中，对应所述管内焊接激光器设置有多轴旋转伸缩机械臂；该多轴旋转伸缩机械臂的一端连接所述管内焊接激光器，另一端连接在所述作业平台上，用于将管内焊接激光器带动到管内的对应作业部位。

9.一种高速磁浮低真空管道的焊接方法，其利用权利要求1～8中任一项所述的高速磁浮低真空管道的焊接设备来实现，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在具有螺旋焊缝的管道外部设置所述管外焊接组件，并在该管道内部设置所述管内焊接组件；

(2)控制所述管外走行模组和所述管内走行模组在管道内外分别走行，并在走行过程中控制所述焊缝识别定位装置和所述管内识别定位装置识别管道上的焊缝，且利用两识别定位装置之间的数据交互共同定位焊缝的位置；

(3)控制所述管外焊接组件将管外焊缝进行分段、分区划分，并将所述真空防护罩调整选定的焊缝区段处；同时，控制所述焊缝识别定位装置与所述管内识别定位装置进行选定的焊缝区段信息的交互，并在此基础上控制所述管内焊接组件对该焊缝区段的内侧区域进行焊接；

(4)在完成所述焊缝区段内侧焊接后，控制所述真空防护罩工作，在该焊缝区段的外侧区域形成真空作业环境；

(5)控制所述管外焊接模组工作，将真空防护罩罩设区域内的焊缝区段对应焊接；

(6)控制所述管外走行模组和/或所述管外焊接模组运动，切换下一个焊缝区段，重复进行步骤(3)～(5)中的过程，直到完成整个低真空管道上的螺旋焊缝焊接。

10.根据权利要求9所述的高速磁浮低真空管道的焊接方法，其中，在步骤(4)中，在所述真空防护罩工作前，先控制所述管外焊接模组运动，将所述真空防护罩罩设的焊缝区段两端分别焊接。

Images