CN115055881A - 一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，公开了一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法，焊接装置包括设置在钢管桩中心轴线上的中央主机箱，多个与所述中央主机箱连接且以钢管桩中心轴线均匀分布的可移动焊接装置，以及一端连接所述可移动焊接装置、另一端连接中央主机箱的支撑组件；所述可移动焊接装置包括与所述支撑组件连接且与钢管桩中心轴线平行设置的主机架，设置在所述主机架两端的多向移动结构，以及设置在主机架上且位于多向移动结构之间的浮动焊接装置；焊接方法包括：S1、连接焊接装置与钢管桩；S2、焊接装置沿钢管桩中心轴线行进；S3、转动实施焊接；本发明能够对不同长度、不同直径的钢管桩实施焊接作业，具有实用性强、应用范围广的特点。

Description

一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体是涉及一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法。

背景技术

在一些项目中，钢管桩的长度可达几十米，直径为2～2.5米；钢管桩的剪力环内壁均匀分布多个剪力环，剪力环与桩壁之间的焊接形式为双面角焊缝。

以长度约70米、直径为2.5m的钢管桩为例，剪力环焊接的工作量高达498米；目前主要采用人工手工焊接，焊接设备采用二氧化碳气体保护焊，一般单个焊工焊接剪力环的平均速度约每小时4米，焊完单条群桩所需工作时间为130多小时；由此可见，在对钢管桩进行焊接的过程中工作人员承担着巨大的焊接工作量，并且费时费力，存在焊接效率低的问题。

现有技术提供的自动焊接装置需要对钢管桩两端进行夹持，采用一根长轴贯穿钢管桩，在长轴上设置焊接设备，同时转动钢管桩完成对剪力环的自动焊接；虽然现有技术提供的自动焊接装置能够进行自动焊接，在一定程度上减轻了工作人员的工作压力，但是其具有较强的局限性；原因是在长度较长的钢管桩焊接中，往往中心轴的长度不足以贯穿整个钢管桩，也就是说现有技术仅适用于较短的钢管桩焊接任务。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种钢管桩剪力环的焊接装置及其焊接方法，能够对不同长度、不同直径的钢管桩实施焊接作业，具有实用性强、应用范围广的特点。

本发明的技术方案是：

一种钢管桩剪力环的焊接装置，包括焊接枪，所述焊接装置还包括中央主机箱及可移动焊接装置，可移动焊接装置借助支撑组件与中央主机箱连接，多个可移动焊接装置围绕中央主机箱呈轮辐状结构设置，所述可移动焊接装置包括主机架及滚动组件，所述滚动组件借助导向机构与主机架连接，所述焊接枪设置在主机架上，所述主机架借助滚动组件在钢管桩内移动。

所述主机架下端悬吊有浮动焊接装置，所述浮动焊接装置包括设置有焊接台及伸缩组件，所述伸缩组件固定主机架上，所述焊接台设置在伸缩组件的伸出端并借助伸缩组件具有相对主机架升降的自由度。

所述焊接台包括焊接台本体及夹持结构，所述夹持结构包括在焊接台本体一侧设置的固定挡板及另一侧设置的移动挡板，所述移动挡板借助设置在焊接台本体上的驱动单元具有相对焊接台本体左右平移的自由度，所述固定挡板与移动挡板上分别设置有焊接枪并夹持在剪力环两侧。

所述驱动单元包括设置在焊接台本体上的齿条，固定在所述移动挡板上的电机，所述电机借助齿轮与齿条啮合传动，所述移动挡板与齿条形成滑动连接。

所述导向机构包括第一导向杆、转向杆及设置在两者之间的转向支撑组件，所述第一导向杆一端与主机架铰接，第一导向杆另一端与转向杆连接，所述转向杆的自由端与滚动组件铰接，所述转向支撑组件包括垂直设置在所述第一导向杆端部的转动套筒及转向电机，转向杆一端贯穿所述转动套筒且与连接叉臂，转向杆另一端连接且固定在第一导向杆上的转向电机，所述转向杆借助转向电机具有带动滚动组件旋转的自由度。

所述导向机构还包括拉杆，拉杆在主机架及主机架两侧设置的转向杆之间分别设置，所述主机架下端设置有中部滑槽，所述中部滑槽内设置有滑动件，所述拉杆一端与转向杆的自由端套装形成铰接，另一端与主机架上设置的滑动件铰接。

所述固定挡板及移动挡板上分别设置有与焊接枪配合的摆动机构，所述摆动机构包括设置与固定挡板或移动挡板铰接的摆臂以及摆动齿轮片，所述摆臂上设置有弹性限位凸起，所述摆臂的下端设置有焊枪本体，借助弹性限位凸起与摆动齿轮片上的齿牙间隙形成卡接，使得焊枪本体与固定挡板及移动挡板形成可摆动的限位配合。

所述支撑组件为电动伸缩杆、气动伸缩杆、折叠伸缩杆中的任意一种。

一种钢管桩剪力环的焊接装置方法，基于一种钢管桩剪力环的焊接装置，包括以下步骤：

S1、连接焊接装置与钢管桩

将焊接装置放入钢管桩的端口，通过支撑组件的伸缩调节使得中央主机箱位于钢管桩的中心轴线上，并且使可移动焊接装置与钢管桩内壁接触；

S2、焊接装置沿钢管桩中心轴线行进

滚动组件驱动整个焊接装置沿钢管桩的中心轴线前进；滚动组件行至焊接台与剪力环对应处，使得焊接枪与焊接位置适配，停止前进；

S3、转动实施焊接

导向机构使滚动组件旋转90°后，滚动组件驱动焊接装置绕钢管桩中心轴线转动，焊接枪实施焊接。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种钢管桩剪力环的焊接装置及其焊接方法，相较于传统人工实施焊接的方式，本装置具备自动焊接功能，能够大大提升焊接效率，大幅度减轻工作人员的工作强度；

本装置通过多向移动结构的设置能够使焊接装置在钢管桩内沿中心轴线行进，以及在钢管桩内进行转动并实施焊接；相较于现有技术提供的自动焊接装置，本装置不受限于钢管桩的长度，无论钢管桩多长，本装置均能够进行快速焊接，具备实用性强的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1可移动焊接装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1U型架的结构示意图；

图4是本发明实施例1焊接台的结构示意图；

图5是本发明实施例1导向机构的结构示意图；

图6是本发明实施例3焊接枪的结构示意图；

图7是本发明实施例4浮动台的结构示意图；

图8是本发明实施例2焊接方法的流程图；

其中，1-中央主机箱、2-可移动焊接装置、20-主机架、200-U型架、201-连接架、202-第一铰接耳、203-第二铰接耳、204-中部滑槽、205-浮动滑槽、3-支撑组件、40-导向机构、400-第一导向杆、401-连接叉臂、402-滑动件、403-转动环、404-拉杆、405-转动套筒、406-转向杆、407-减震弹簧、408-转向电机、41-滚动组件、410-伺服电机、411-转动轮、5-浮动焊接装置、50-浮动台、500-连接耳孔、501-激光测距组件、51-焊接台、52-伸缩组件、510-焊接台本体、511-夹持结构、512-焊接枪、5110-固定挡板、5111-移动挡板、5112-齿条、5113-电机、5120-摆臂、5121-焊枪本体、5122-卡接槽、5123-摆动齿轮片、5124-弹性限位凸起、5125-减阻滚轮、520-螺纹套筒、521-螺纹丝杠。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种钢管桩剪力环的焊接装置，包括设置在钢管桩中心轴线上的中央主机箱1及焊接枪512，3个与所述中央主机箱1连接且以钢管桩中心轴线均匀分布的可移动焊接装置2，以及一端连接所述可移动焊接装置2、另一端连接中央主机箱1的支撑组件3；

当本发明进行焊接时将焊接装置放置在钢管桩中心轴向上，通过可移动焊接装置2在钢管桩内行进，当运动到预设的剪力环位置时，通过焊接枪512对剪力环进行焊接，降低了人员参与度，提高自动化生产程度。

如图2所示，所述可移动焊接装置2包括与所述支撑组件3连接且与钢管桩中心轴线平行设置的主机架20，设置在所述主机架20两端的导向机构40，以及设置在主机架20下端悬吊的浮动焊接装置5；

如图3所示，所述主机架20包括与导向机构40连接的U型架200，固定设置在所述U型架200上的连接架201；

所述U型架200上端开口处分别设置有第二铰接耳203；所述U型架200的下端设置有沿钢管桩中心轴线方向延伸的中部滑槽204；

如图2所示，所述浮动焊接装置5包括设置在所述U型架200上的浮动台50，与所述浮动台50平行设置的焊接台51，以及连接所述浮动台50与焊接台51的伸缩组件52；

所述伸缩组件52为伸缩缸、电动螺杆中的一种，通过伸缩组件52推动浮动焊接装置5相对主机架20的U型架200进行升降，实现了对焊接枪512高度的调节，使得焊接枪512能够更方便的接触到需要焊接的剪力环焊缝。

如图4所示，所述焊接台51包括与所述伸缩组件52连接且位于两个滚动组件41之间的焊接台本体510，设置在所述焊接台本体510上且靠近钢管桩内壁的夹持结构511，以及设置在所述夹持结构511上的焊接枪512；

所述夹持结构511包括在焊接台本体510一侧设置的固定挡板5110及另一侧设置的移动挡板5111，所述移动挡板5111借助设置在焊接台本体510上的驱动单元具有相对焊接台本体510左右平移的自由度，所述固定挡板5110与移动挡板5111上分别设置有焊接枪512并夹持在剪力环两侧。所述驱动单元包括设置在焊接台本体510上的齿条5112，固定在所述移动挡板5111上的电机5113，以及连接所述电机5113与齿条5112的齿轮；

借助夹持结构511，当人员操作焊接装置运行到位后，通过固定挡板5110与移动挡板5111夹持在剪力环的两侧，使得焊接枪512能够借助固定挡板5110与移动挡板5111更准确的定位在剪力环的两侧进行焊接，移动挡板5111与固定挡板5110上设置有与剪力环接触的减阻滚轮5125，通过减阻滚轮5125降低转动阻力。

当夹持结构511进行夹持时，借助电机5113旋转使得移动挡板5111沿着齿条5112移动即可完成。

所述焊接枪512有两个，且分别设置在移动挡板5111与固定挡板5110上，用于对剪力环与钢管桩连接缝进行焊接。

所述导向机构40包括第一导向杆400、转向杆406及设置在两者之间的转向支撑组件，所述第一导向杆400一端与主机架20铰接，第一导向杆400另一端与转向杆406连接，所述转向杆406的自由端与滚动组件41铰接，所述转向支撑组件包括垂直设置在所述第一导向杆400端部的转动套筒405及转向电机408，转向杆406一端贯穿所述转动套筒405且与连接叉臂401，转向杆406另一端连接且固定在第一导向杆400上的转向电机408，所述转向杆406借助转向电机408具有带动滚动组件41旋转的自由度。

当焊接装置行进到位，并通过夹持结构511对剪力环进行夹持定位后，通过转向电机408带动转向杆406在转动套筒405内转动，从而实现了对滚动组件41转动方向的调节。

所述导向机构40还包括拉杆404，拉杆404在主机架20及主机架20两侧设置的转向杆406之间分别设置，所述主机架20下端设置有中部滑槽204，所述中部滑槽204内设置有滑动件402，所述拉杆404一端与转向杆406的自由端套装形成铰接，另一端与主机架20上设置的滑动件402铰接。通过滑动件402的移动，使得拉杆404拉动两侧转向杆406相对第二铰接耳203摆动，从而实现一侧转向杆406支撑角度变小而升高，另一侧转向杆406支撑角度变大而降低，从而使得焊接台本体510带动焊接枪512发生摆动，使得两侧的焊接枪512能够更好的适配剪力环的焊接位置和角度。所述中部滑槽204内设置伸缩缸或电推杆，可实现人员按需的远程控制，进一步提高自动化程度。

所述转向杆406可以为硬质杆或阻尼杆，若为阻尼杆则如图5所示，所述转向杆406上设置减震弹簧407，通过阻尼杆与减振弹簧407的配合，提高滚动组件41的减振以及通过能力，从而更好的在剪力环上通过。

所述滚动组件41包括设置在连接叉臂401上的伺服电机410，套设在所述伺服电机410上的转动轮411。

通过伺服电机410带动转动轮411使得滚动组件41为焊接装置提供平移动力，为了简化控制，降低成本，所述滚动组件41也可采用轮毂电机。

所述支撑组件3设置在第一铰接耳202与中央主机箱1之间，为折叠伸缩杆，其中，所述第一铰接耳202设置在连接架201上，使得主机架20能够对中央主机箱1进行支撑。

中央主机箱1上设置朝向可移动焊接装置2的摄像头，便于人员对设备进行远程遥控，避免人员进入钢管桩中的恶劣工作环境；

实施例2

如图8所示，本实施例是基于实施例1提供的一种钢管桩剪力环的焊接装

S1、连接焊接装置与钢管桩

将焊接装置放入钢管桩的端口，通过支撑组件3的伸缩调节使得中央主机箱1位于钢管桩的中心轴线上，并且使可移动焊接装置2与钢管桩内壁接触；

S2、焊接装置沿钢管桩中心轴线行进

滚动组件41驱动整个焊接装置沿钢管桩的中心轴线前进；滚动组件41行至焊接台51与剪力环对应处，使得焊接枪512与焊接位置适配，停止前进；

S3、转动实施焊接

导向机构40使滚动组件41旋转90°后，滚动组件41驱动焊接装置绕钢管桩中心轴线转动，焊接枪512实施焊接。

实施例3

与实施例1不同的是：

所述固定挡板5110及移动挡板5111上分别设置有与焊接枪512配合的摆动机构，所述摆动机构包括设置与固定挡板5110或移动挡板5111铰接的摆臂5120以及摆动齿轮片5123，所述摆臂5120上设置有弹性限位凸起5124，所述摆臂5120的下端设置有焊枪本体5121，所述固定挡板5110、移动挡板5111上分别设置有由摆动齿轮片5123的齿牙间隙形成的卡接槽5122；借助弹性限位凸起5124与摆动齿轮片5123上的卡接槽5122形成卡接，使得焊枪本体5121与固定挡板5110及移动挡板5111形成可摆动的限位配合。通过焊枪本体5121的摆动，使得焊枪与焊缝的夹角能够调节，便于保证较好的焊接质量。

所述支撑组件3设置在第一铰接耳202与中央主机箱1之间，为气动伸缩杆。

实施例4

与实施例1不同的是：

如图7所示，所述U型架200侧边设置有沿钢管桩轴线方向延伸的浮动滑槽205；

所述浮动台50包括滑动设置在所述浮动滑槽205内的浮动架，设置在所述浮动架上且位于U型架200两侧的连接耳孔500，以及设置在所述连接耳孔500上的激光测距组件501。

通过浮动架使得焊接台本体510能够相对主机架20前后移动，通过液压缸或电推杆驱动，便于在焊接装置到位后对焊接枪的沿钢管桩轴向位置进行微调，保证更好的焊接精度。

所述伸缩组件52包括设置在所述连接耳孔500上的螺纹套筒520，贯穿所述螺纹套筒520且与焊接台本体510连接的螺纹丝杠521。

通过激光测距组件501对焊接台本体510进行定位，便于确定焊接枪512到位时的参数，便于后续焊接时对螺纹丝杠521调节参数的确定，所述螺纹丝杠521借助电机驱动形成电动伸缩杆机构。

所述支撑组件3设置在第一铰接耳202与中央主机箱1之间，为电动伸缩杆。

Claims (9)

1.一种钢管桩剪力环的焊接装置，包括焊接枪(512)，其特征在于，所述焊接装置还包括中央主机箱(1)及可移动焊接装置(2)，可移动焊接装置(2)借助支撑组件(3)与中央主机箱(1)连接，多个可移动焊接装置(2)围绕中央主机箱(1)呈轮辐状结构设置，所述可移动焊接装置(2)包括主机架(20)及滚动组件(41)，所述滚动组件(41)借助导向机构(40)与主机架(20)连接，所述焊接枪(512)设置在主机架(20)上，所述主机架(20)借助滚动组件(41)在钢管桩内移动。

2.根据权利要求1所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述主机架(20)下端悬吊有浮动焊接装置(5)，所述浮动焊接装置(5)包括设置有焊接台(51)及伸缩组件(52)，所述伸缩组件(52)固定主机架(20)上，所述焊接台(51)设置在伸缩组件(52)的伸出端并借助伸缩组件(52)具有相对主机架(20)升降的自由度。

3.根据权利要求2所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述焊接台(51)包括焊接台本体(510)及夹持结构(511)，所述夹持结构(511)包括在焊接台本体(510)一侧设置的固定挡板(5110)及另一侧设置的移动挡板(5111)，所述移动挡板(5111)借助设置在焊接台本体(510)上的驱动单元具有相对焊接台本体(510)左右平移的自由度，所述固定挡板(5110)与移动挡板(5111)上分别设置有焊接枪(512)并夹持在剪力环两侧。

4.根据权利要求3所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述驱动单元包括设置在焊接台本体(510)上的齿条(5112)，固定在所述移动挡板(5111)上的电机(5113)，所述电机(5113)借助齿轮与齿条(5112)啮合传动，所述移动挡板(5111)与齿条(5112)形成滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述导向机构(40)包括第一导向杆(400)、转向杆(406)及设置在两者之间的转向支撑组件，所述第一导向杆(400)一端与主机架(20)铰接，第一导向杆(400)另一端与转向杆(406)连接，所述转向杆(406)的自由端与滚动组件(41)铰接，所述转向支撑组件包括垂直设置在所述第一导向杆(400)端部的转动套筒(405)及转向电机(408)，转向杆(406)一端贯穿所述转动套筒(405)且与连接叉臂(401)，转向杆(406)另一端连接且固定在第一导向杆(400)上的转向电机(408)，所述转向杆(406)借助转向电机(408)具有带动滚动组件(41)旋转的自由度。

6.根据权利要求5所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述导向机构(40)还包括拉杆(404)，拉杆(404)在主机架(20)及主机架(20)两侧设置的转向杆(406)之间分别设置，所述主机架(20)下端设置有中部滑槽(204)，所述中部滑槽(204)内设置有滑动件(402)，所述拉杆(404)一端与转向杆(406)的自由端套装形成铰接，另一端与主机架(20)上设置的滑动件(402)铰接。

7.根据权利要求3所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述固定挡板(5110)及移动挡板(5111)上分别设置有与焊接枪(512)配合的摆动机构，所述摆动机构包括设置与固定挡板(5110)或移动挡板(5111)铰接的摆臂(5120)以及摆动齿轮片(5123)，所述摆臂(5120)上设置有弹性限位凸起(5124)，所述摆臂(5120)的下端设置有焊枪本体(5121)，借助弹性限位凸起(5124)与摆动齿轮片(5123)上的齿牙间隙形成卡接，使得焊枪本体(5121)与固定挡板(5110)及移动挡板(5111)形成可摆动的限位配合。

8.根据权利要求1所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述支撑组件(3)为电动伸缩杆、气动伸缩杆、折叠伸缩杆中的任意一种。

9.一种钢管桩剪力环的焊接装置方法，基于权利要求1～8任意一项所述的一种钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、连接焊接装置与钢管桩

将焊接装置放入钢管桩的端口，通过支撑组件(3)的伸缩调节使得中央主机箱(1)位于钢管桩的中心轴线上，并且使可移动焊接装置(2)与钢管桩内壁接触；

S2、焊接装置沿钢管桩中心轴线行进

滚动组件(41)驱动整个焊接装置沿钢管桩的中心轴线前进；滚动组件(41)行至焊接台(51)与剪力环对应处，使得焊接枪(512)与焊接位置适配，停止前进；

S3、转动实施焊接

导向机构(40)使滚动组件(41)旋转90°后，滚动组件(41)驱动焊接装置绕钢管桩中心轴线转动，焊接枪(512)实施焊接。

Images