CN115138949A - 一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，两个钢管桩的内外侧环缝均形成V型状的坡口，包括支撑并驱动钢管桩转动的滚轮胎架、焊枪升降支架以及置于焊枪升降支架上的焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构，还包括与滚轮胎架、焊枪升降支架、焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构电性连接的控制单元，焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构均置于两个钢管桩之间环缝的上方位置，且打磨监测一体结构与焊枪保护调节一体结构朝着滚轮胎架上钢管桩的转动方向分布。本发明具有如下优点：保证外侧环缝的表面焊接质量以及焊接精度，避免人工高位焊接的安全隐患。

Description

一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统及其控制方法

技术领域：

本发明涉及大型钢管桩环缝焊接领域，具体地说是一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统及其控制方法。

背景技术：

目前超大型钢管桩的高度达10多米，对两个相邻钢管桩的外侧环缝进行焊接时，为保证一定的填充量以及焊接效率，通常采用多丝焊接，因此埋弧铁丝与钢管桩本体高温熔化成液态形成较多量的焊接铁水，焊接铁水容易从环缝处流淌至钢管桩表面，或者沿着环缝流淌，从而影响钢管桩表面质量以及环缝的焊接质量，因此在对两个相邻钢管桩的外侧环缝进行焊接时，通常焊枪垂直于外侧环缝的最顶端位置，但是钢管桩在外侧环缝焊接时，通常随着滚轮胎架进行匀速转动，由于焊接铁水需要一定时间的冷却成型，因此转动中的钢管桩加速了焊接铁水的流淌，仍然无法根除焊接铁水流淌的技术问题；其次，由于两个超大型钢管桩焊接对位时，存在一定的对接误差，外侧环缝内容易出现部分凸起或凹陷，传统的机器人焊接位置固定，识别能力低，无法保证焊接精度，目前通常人工站在钢管桩的顶部实时观察外侧环缝的深度来决定焊枪距离外侧环缝的距离，高位焊接存在较大的安全隐患，同时肉眼观察无法保证焊接精度。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统及其控制方法，保证外侧环缝的表面焊接质量以及焊接精度，避免人工高位焊接的安全隐患。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，两个钢管桩的内外侧环缝均形成V型状的坡口，包括支撑并驱动钢管桩转动的滚轮胎架、焊枪升降支架以及置于焊枪升降支架上的焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构，还包括与滚轮胎架、焊枪升降支架、焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构电性连接的控制单元，焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构均置于两个钢管桩之间环缝的上方位置，且打磨监测一体结构与焊枪保护调节一体结构朝着滚轮胎架上钢管桩的转动方向分布；

焊枪保护调节一体结构包括焊枪、驱动焊枪上下移动与前后移动的驱动组，还包括将外侧环缝包覆在内的铁水防溅漏成型组件，焊枪的焊接端伸入铁水防溅漏成型组件内且焊枪的延伸方向始终垂直于外侧环缝设置，外侧环缝内由焊枪产生的焊接铁水随着钢管桩的转动而限位在铁水防溅漏成型组件内并将与铁水防溅漏成型组件相接触的外侧环缝逐渐填满，最终经冷却后在外侧环缝内成型形成焊缝；

打磨监测一体结构包括与焊枪升降支架的一端固定的打磨监测支架以及置于打磨监测支架下端的缓冲打磨杆组件，缓冲打磨杆组件的打磨端可上下缓冲式的与外侧环缝的底端相接触，缓冲打磨杆组件上具有实时监测打磨端上下缓冲移动高度的位置传感器，位置传感器实时向控制单元发出打磨端的上下缓冲位移量，控制单元对该上下缓冲位移量分析处理：如果该上下缓冲位移量在系统预定的上阈值和下阈值之间，则表示外侧环缝内无凸起以及凹陷，焊枪至外侧环缝的距离不变；如果上下缓冲位移量小于系统预定的下阈值，则表示外侧环缝内具有凸起，此时控制单元根据钢管桩的直径、转动速度来计算凸起至焊枪的时间t1，根据上下缓冲位移量与下阈值之间的差值确定焊枪向上移动的距离s1，最终向驱动焊枪上下移动的驱动组发出经过时间t1后的驱动焊枪向上移动距离s1的信号指令；如果上下缓冲位移量大于系统预定的上阈值，则表示外侧环缝内有凹陷，此时控制单元根据钢管桩直径、转动速度来计算凹陷处至焊枪的时间t1，根据上下缓冲位移量与上阈值之间的差值确定焊枪向上移动的距离s2，最终向驱动焊枪上下移动的驱动组发出经过时间t2后的驱动焊枪向下移动距离s2的信号指令，从而实现对外侧环缝在不同深度下的平整焊缝。

本发明的进一步改进在于：缓冲打磨杆组件的打磨端经过凹陷或凸起的时间为T1，那么驱动组驱动焊枪持续发出伸缩的时间为T2，T1与T2保持一致。

本发明的进一步改进在于：当凸起为不规则形状时，焊枪的向上行程与打磨端在经过整个凸起过程中最低上下缓冲位移量一致；当凹陷为不规则形状时，焊枪的向下行程与打磨端在经过整个凹陷过程中最高上下缓冲位移量一致。

本发明的进一步改进在于：缓冲打磨杆组件包括置于打磨监测支架下端的延伸杆体以及与延伸杆体同轴连接的打磨杆体，打磨杆体内具有容延伸杆体的一端竖直伸入的槽体，延伸杆体的外圆周上具有连接挡环，连接挡环至槽体之间具有缓冲弹簧，缓冲弹簧套设在延伸杆体的外圆周上，打磨杆体与焊枪均置于外侧环缝的正上方。

本发明的进一步改进在于：延伸杆体的下端具有导向杆体，打磨杆体内还具有容导向杆体纵向伸入的限位槽，限位槽与槽体相通且同轴设置。

本发明的进一步改进在于：打磨杆体的下端为开口朝上设置的圆弧状结构。

本发明的进一步改进在于：位置传感器置于打磨杆体的外侧壁。

本发明的进一步改进在于：打磨监测一体结构还包括实时提取外侧环缝图像采集的AI图像识别传感器，AI图像识别传感器置于打磨监测支架上，且AI图像识别传感器的识别端垂直朝向外侧环缝，焊枪升降支架上具有与AI图像识别传感器、控制单元电性连接的显示屏。

本发明的进一步改进在于：驱动组包括可在焊枪升降支架上前后滑动的滑动块，滑动块上通过第一驱动缸与焊枪连接，第一驱动缸驱动焊枪垂直朝向或远离外侧环缝。

本发明的进一步改进在于：铁水防溅漏成型组件包括限位在外侧环缝中的防溅漏组以及限位在内侧环缝中的冷却成型组；

防溅漏组包括固定设置在滑动块下方的铁水容腔模具，铁水容腔模具的上端具有容焊枪垂直伸入的敞开面，铁水容腔模具内部中空，且铁水容腔模具的下端两侧位置均具有与外侧环缝径向嵌合的V型凸块，两个V型凸块的上端朝着铁水容腔模具内部水平延伸有将焊接铁水限位至外侧环缝内的弧板，弧板向着铁水容腔模具的内壁延伸有导流块，导流块由上至下逐步聚拢，导流块、弧板以及V型凸块形成容焊接铁水在外侧环缝中流动的铁水腔体，铁水腔体的宽度与外侧环缝的最大宽度一致；

冷却成型组包括固定在钢管桩内侧环缝的环形轨道以及在环形轨道上转动的转动座，环形轨道与钢管桩同轴设置，转动座向着内侧环缝的位置具有铁水冷却模具，铁水冷却模具的上端嵌设在内侧环缝内，且铁水冷却模具内具有冷却水腔室，转动座与铁水冷却模具之间通过第二驱动缸实现收缩。

本发明的进一步改进在于：铁水容腔模具的前后侧与钢管桩的外侧端面紧密接触，铁水容腔模具的上端具有CO2进气管。

本发明的进一步改进在于：冷却水腔室内具有冷却水，冷却水腔室通过冷却水管与外部冷却水连通。

本发明的进一步改进在于：环形轨道的内侧壁具有多个等圆周分布的连接板，连接板的延伸方向与钢管桩的延伸方向一致，连接板的两侧端朝着对应钢管桩的内壁方向连接有第三驱动缸，第三驱动缸朝着钢管桩的内壁方向垂直伸缩，且第三驱动缸的驱动端连接有吸盘。

本发明的进一步改进在于：环形轨道的截面为工字型状结构，转动座嵌设在环形轨道上，转动座为开口朝向钢管桩中心的C型状结构，转动座的两端分别对应嵌设在环形轨道的两侧端，环形轨道靠近转动座侧端的位置具有齿圈，齿圈的延伸方向与环形轨道的延伸方向一致，横向贯穿转动座具有连接轴，连接轴靠近齿圈的位置具有齿轮，齿轮与齿圈相互啮合，连接轴远离齿轮的一端连接有驱动电机，驱动电机启动带动齿轮与齿圈啮合从而实现转动座在环形轨道上的转动。

一种超大型钢管桩高位焊缝远程埋弧焊系统的控制方法，具体步骤包括：

S1、AI图像识别传感器实时进行画面提取并向显示屏发出显示信号，操作人员将焊枪升降支架上的焊枪与打磨杆体定位至两个钢管桩的外侧环缝正上方，打磨杆体的打磨端与外侧环缝缓冲式接触，同时铁水防溅漏成型组件与两个钢管桩表面以及外侧环缝接触；

S2、通过多个第三驱动缸的等距顶升，将环形轨道定位至钢管桩的内侧环缝处；

S3、控制单元向第二驱动缸发出顶升的信号指令，使铁水冷却模具的上端嵌设在内侧环缝内，然后向驱动电机发出信号指令，从而使齿轮与齿圈啮合传动实现转动座在环形轨道上的圆周转动，对内侧环缝以及外侧环缝进行预冷，铁水冷却模具转动一圈后停止，此时铁水冷却模具与铁水容腔模具内外对应设置；

S4、控制单元向滚轮胎架与焊枪发出启动的信号指令，滚轮胎架转动带动两个钢管桩同步转动，此时铁水容腔模具与铁水冷却模具保持原位不动，焊枪中的焊材经高温熔化后形成铁水在铁水容腔模具内并随着钢管桩的转动填满外侧环缝，而铁水冷却模具对铁水容腔模具内的铁水进行降温加速成型，同时又避免铁水从外侧环缝渗漏至内侧环缝。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将打磨监测一体结构与焊枪保护调节一体结构相结合，打磨监测一体结构对外侧环缝内进行打磨的同时实时检测外侧环缝内的凹凸物，并将凹凸物的信息传递至控制单元，控制单元向焊枪发出升降的信号指令，使焊枪的焊接端与外侧环缝之间始终保持恒定的焊接距离，避免人工焊接的安全隐患，取代低精度的机器人焊接，大大提高焊接质量以及焊接精度。

2、在外侧环缝上卡设有铁水容腔模具，在内侧环缝上设置铁水冷却模具，在钢管桩转动焊接过程中，铁水容腔模具与铁水冷却模具对应设置，喷枪上的焊丝经高温熔化后形成的焊接铁水聚集在铁水腔体内，钢管桩随着滚轮胎架匀速转动，而铁水容腔模具与焊枪的位置不动，外侧环缝内的铁水在两侧V型凸块的限位下逐渐填满外侧环缝，同时嵌设在内侧环缝内的铁水冷却模具既有效避免铁水从外侧环缝渗漏至内侧环缝处，又对内外侧环缝进行快速冷却，加速焊缝成型。

附图说明：

图1为本发明中一种超大型钢管桩高位焊缝远程埋弧焊系统的结构示意图。

图2为图1中打磨监测一体结构的结构示意图。

图3为图1中焊枪保护调节一体结构的结构示意图。

图4为图1中钢管桩内部剖视图。

图5为图4中结构A的放大示意图。

图中标号：

1-内外侧环缝、2-滚轮胎架、3-钢管桩、4-焊枪升降支架、5-焊枪保护调节一体结构、6-打磨监测一体结构；

51-焊枪、52-驱动组、53-铁水防溅漏成型组件；521-滑动块、522-第一驱动缸；531-铁水容腔模具、532-敞开面、533-V型凸块、534-弧板、535-导流板、536-铁水腔体、537-环形轨道、538-转动座、539-铁水冷却模具、5310-冷却水腔室、5311-第二驱动缸、5312-CO2进气管、5313-连接板、5314-第三驱动缸、5315-吸盘、5316-齿圈、5317-连接轴、5318-齿轮、5319-驱动电机；

61-打磨监测支架、62-缓冲打磨杆组件、63-位置传感器、64-AI图像识别传感器；622-延伸杆体、623-打磨杆体、624-槽体、625-连接挡环、626-缓冲弹簧、627-导向杆体、628-限位槽。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1示出本实施例一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统的实施方式，两个钢管桩3的内外侧环缝1均形成V型状的坡口，包括支撑并驱动钢管桩3转动的滚轮胎架2、焊枪升降支架以4及置于焊枪升降支架4上的焊枪保护调节一体结构5、打磨监测一体结构6，还包括与滚轮胎架2、焊枪升降支架4、焊枪保护调节一体结构5、打磨监测一体结构6电性连接的控制单元，焊枪保护调节一体结构5、打磨监测一体结构6均置于两个钢管桩3之间环缝1的上方位置，且打磨监测一体结构6与焊枪保护调节一体结构5朝着滚轮胎架2上钢管桩3的转动方向分布；

焊枪保护调节一体结构5包括焊枪51、驱动焊枪51上下移动与前后移动的驱动组52，还包括将外侧环缝1包覆在内的铁水防溅漏成型组件53，焊枪51的焊接端伸入铁水防溅漏成型组件53内且焊枪51的延伸方向始终垂直于外侧环缝1设置，外侧环缝1内由焊枪51产生的焊接铁水随着钢管桩3的转动而限位在铁水防溅漏成型组件53内并将与铁水防溅漏成型组件53相接触的外侧环缝1逐渐填满，最终经冷却后在外侧环缝1内成型形成焊缝；

如图2所示，打磨监测一体结构6包括与焊枪升降支架4的一端固定的打磨监测支架61以及置于打磨监测支架61下端的缓冲打磨杆组件62，缓冲打磨杆组件62的打磨端可上下缓冲式的与外侧环缝1的底端相接触，缓冲打磨杆组件62上具有实时监测打磨端上下缓冲移动高度的位置传感器63，位置传感器63实时向控制单元发出打磨端的上下缓冲位移量，控制单元对该上下缓冲位移量分析处理：如果该上下缓冲位移量在系统预定的上阈值和下阈值之间，则表示外侧环缝1内无凸起以及凹陷，焊枪51至外侧环缝1的距离不变；如果上下缓冲位移量小于系统预定的下阈值，则表示外侧环缝1内具有凸起，此时控制单元根据钢管桩3的直径、转动速度来计算凸起至焊枪51的时间t1，根据上下缓冲位移量与下阈值之间的差值确定焊枪51向上移动的距离s1，最终向驱动焊枪51上下移动的驱动组52发出经过时间t1后的驱动焊枪51向上移动距离s1的信号指令；如果上下缓冲位移量大于系统预定的上阈值，则表示外侧环缝1内有凹陷，此时控制单元根据钢管桩3直径、转动速度来计算凹陷处至焊枪51的时间t1，根据上下缓冲位移量与上阈值之间的差值确定焊枪向上移动的距离s2，最终向驱动焊枪51上下移动的驱动组52发出经过时间t2后的驱动焊枪51向下移动距离s2的信号指令，从而实现对外侧环缝1在不同深度下的平整焊缝。

本发明将打磨监测一体结构6与焊枪保护调节一体结构5相结合，打磨监测一体结构6对外侧环缝1内进行打磨的同时实时检测外侧环缝1内的凹凸物，并将凹凸物的信息传递至控制单元，控制单元向焊枪51发出升降的信号指令，使焊枪51的焊接端与外侧环缝1之间始终保持恒定的焊接距离，避免人工焊接的安全隐患，取代低精度的机器人焊接，大大提高焊接质量以及焊接精度。

进一步的，缓冲打磨杆组件62的打磨端经过凹陷或凸起的时间为T1，那么驱动组52驱动焊枪51持续发出伸缩的时间为T2，T1与T2保持一致。

在本申请中，当凸起或凹陷为不规则形状时，缓冲打磨杆组件62的打磨端接触凸起或凹陷产生的一组上下缓冲位移量处于持续变化的过程，因此控制单元需要对这一组上下缓冲位移量进行分析处理，焊枪51只需要顶升或收缩一个极限内的数据即可，具体的，当凸起为不规则形状时，焊枪51的向上行程与打磨端在经过整个凸起过程中最低上下缓冲位移量一致；当凹陷为不规则形状时，焊枪51的向下行程与打磨端在经过整个凹陷过程中最高上下缓冲位移量一致。

进一步的，缓冲打磨杆组件62包括置于打磨监测支架61下端的延伸杆体622以及与延伸杆体622同轴连接的打磨杆体623，打磨杆体623内具有容延伸杆体622的一端竖直伸入的槽体624，延伸杆体622的外圆周上具有连接挡环625，连接挡环625至槽体624之间具有缓冲弹簧626，缓冲弹簧626套设在延伸杆体622的外圆周上，打磨杆体623与焊枪51均置于外侧环缝1的正上方。

在本申请中，缓冲打磨杆组件62的打磨杆体623与延伸杆体622之间通过缓冲弹簧626实现上下缓冲式连接，打磨杆体623的打磨端在缓冲弹簧626的弹力作用下与外侧环缝1接触，起到打磨以及实时监测的作用，当遇到凸起或凹陷时会产生一定的上下缓冲位移量。

进一步的，延伸杆体622的下端具有导向杆体627，打磨杆体623内还具有容导向杆体627纵向伸入的限位槽628，限位槽628与槽体624相通且同轴设置。

在本申请中，延伸杆体622下端的导向杆体627限位在限位槽628内，保证打磨杆体623在上下缓冲位移过程中保持一定的垂直度，从而保证对上下缓冲位移量的精确监测。

进一步的，打磨杆体623的下端为开口朝上设置的圆弧状结构。

进一步的，位置传感器63置于打磨杆体623的外侧壁。

进一步的，打磨监测一体结构6还包括实时提取外侧环缝图像采集的AI图像识别传感器64，AI图像识别传感器64置于打磨监测支架61上，且AI图像识别传感器64的识别端垂直朝向外侧环缝1，焊枪升降支架4上具有与AI图像识别传感器64、控制单元电性连接的显示屏7。

进一步的，驱动组52包括可在焊枪升降支架4上前后滑动的滑动块521，滑动块521上通过第一驱动缸522与焊枪51连接，第一驱动缸522驱动焊枪51垂直朝向或远离外侧环缝。

进一步的，如图3所示，铁水防溅漏成型组件53包括限位在外侧环缝1中的防溅漏组以及限位在内侧环缝1中的冷却成型组；

防溅漏组包括固定设置在滑动块521下方的铁水容腔模具531，铁水容腔模具531的上端具有容焊枪51垂直伸入的敞开面532，铁水容腔模具531内部中空，且铁水容腔模具531的下端两侧位置均具有与外侧环缝1径向嵌合的V型凸块533，两个V型凸块533的上端朝着铁水容腔模具531内部水平延伸有将焊接铁水限位至外侧环缝1内的弧板534，弧板534向着铁水容腔模具531的内壁延伸有导流块535，导流块535由上至下逐步聚拢，导流块535、弧板534以及V型凸块533形成容焊接铁水在外侧环缝1中流动的铁水腔体536，铁水腔体536的宽度与外侧环缝1的最大宽度一致；

如图4所示，冷却成型组包括固定在钢管桩3内侧环缝1的环形轨道537以及在环形轨道537上转动的转动座538，环形轨道537与钢管桩3同轴设置，转动座538向着内侧环缝1的位置具有铁水冷却模具539，铁水冷却模具539的上端嵌设在内侧环缝1内，且铁水冷却模具539内具有冷却水腔室5310，转动座538与铁水冷却模具539之间通过第二驱动缸5311实现收缩。

在外侧环缝1上卡设有铁水容腔模具531，在内侧环缝1上设置铁水冷却模具539，在钢管桩3转动焊接过程中，铁水容腔模具531与铁水冷却模具539对应设置，喷枪51上的焊丝经高温熔化后形成的焊接铁水聚集在铁水腔体536内，钢管桩3随着滚轮胎架2匀速转动，而铁水容腔模具531与焊枪51的位置不动，外侧环缝1内的焊接铁水在两侧V型凸块533的限位下逐渐填满外侧环缝1，同时嵌设在内侧环缝1内的铁水冷却模具539既有效避免铁水从外侧环缝1渗漏至内侧环缝1处，又对内外侧环缝1进行快速冷却，加速焊缝成型。

进一步的，铁水容腔模具539的前后侧与钢管桩3的外侧端面紧密接触，铁水容腔模具539的上端具有CO2进气管5312。

在本申请中，铁水容腔模具539内具有CO2进气管5312，不仅避免铁水容腔模具539内的焊接铁水发生氧化，又能起到加速焊缝冷却成型的作用。

进一步的，冷却水腔室5310内具有冷却水，冷却水腔室5310通过冷却水管与外部冷却水连通。

进一步的，环形轨道537的内侧壁具有多个等圆周分布的连接板5313，连接板5313的延伸方向与钢管桩3的延伸方向一致，连接板5313的两侧端朝着对应钢管桩3的内壁方向连接有第三驱动缸5314，第三驱动缸5314朝着钢管桩3的内壁方向垂直伸缩，且第三驱动缸5314的驱动端连接有吸盘5313。

在本申请中，需要在环形轨道537上设置可绕着环形轨道537进行圆周转动的铁水冷却模具539，铁水冷却模具539可在外侧环缝1进行焊接时先转动一圈或者多圈，先对内侧环缝1进行预冷降温，最后停止在铁水容腔模具531的对应内侧，并始终与铁水容腔模具531保持对应，进一步加速焊接铁水的成型。

由于环形轨道537需要在钢管桩3内部固定并与钢管桩3保持同轴位置，同时环形轨道537的外部还需要预留转动座538转动的位置空间，因此需要本申请中连接板5313、第三驱动缸5314以及吸盘5315进行固定。

进一步的，如图5所示，环形轨道537的截面为工字型状结构，转动座538嵌设在环形轨道537上，转动座538为开口朝向钢管桩3中心的C型状结构，转动座538的两端分别对应嵌设在环形轨道537的两侧端，环形轨道537靠近转动座538侧端的位置具有齿圈5316，齿圈5316的延伸方向与环形轨道537的延伸方向一致，横向贯穿转动座538具有连接轴5317，连接轴5317靠近齿圈5316的位置具有齿轮5318，齿轮5318与齿圈5316相互啮合，连接轴5317远离齿轮5318的一端连接有驱动电机5319，驱动电机5319启动带动齿轮5318与齿圈5316啮合从而实现转动座538在环形轨道537上的转动。

一种超大型钢管桩高位焊缝远程埋弧焊系统的控制方法，具体步骤包括：

S1、AI图像识别传感器64实时进行画面提取并向显示屏7发出显示信号，操作人员将焊枪升降支架4上的焊枪51与打磨杆体623定位至两个钢管桩3的外侧环缝1正上方，打磨杆体623的打磨端与外侧环缝1缓冲式接触，同时铁水防溅漏成型组件53与两个钢管桩3表面以及外侧环缝1接触；

S2、通过多个第三驱动缸5314的等距顶升，将环形轨道537定位至钢管桩3的内侧环缝1处；

S3、控制单元向第二驱动缸5311发出顶升的信号指令，使铁水冷却模具539的上端嵌设在内侧环缝1内，然后向驱动电机5319发出信号指令，从而使齿轮5318与齿圈5316啮合传动实现转动座538在环形轨道537上的圆周转动，对内侧环缝1以及外侧环缝1进行预冷，铁水冷却模具539转动一圈后停止，此时铁水冷却模具539与铁水容腔模具531内外对应设置；

S4、控制单元向滚轮胎架2与焊枪51发出启动的信号指令，滚轮胎架2转动带动两个钢管桩3同步转动，此时铁水容腔模具531与铁水冷却模具539保持原位不动，焊枪51中的焊材经高温熔化后形成铁水在铁水容腔模具531内并随着钢管桩3的转动填满外侧环缝1，而铁水冷却模具539对铁水容腔模具531内的铁水进行降温加速成型，同时又避免铁水从外侧环缝1渗漏至内侧环缝1。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，两个钢管桩的内外侧环缝均形成V型状的坡口，其特征在于，包括支撑并驱动钢管桩转动的滚轮胎架、焊枪升降支架以及置于焊枪升降支架上的焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构，还包括与滚轮胎架、焊枪升降支架、焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构电性连接的控制单元，所述焊枪保护调节一体结构、打磨监测一体结构均置于两个钢管桩之间环缝的上方位置，且打磨监测一体结构与焊枪保护调节一体结构朝着滚轮胎架上钢管桩的转动方向分布；

所述焊枪保护调节一体结构包括焊枪、驱动焊枪上下移动与前后移动的驱动组，还包括将外侧环缝包覆在内的铁水防溅漏成型组件，所述焊枪的焊接端伸入铁水防溅漏成型组件内且焊枪的延伸方向始终垂直于外侧环缝设置，所述外侧环缝内由焊枪产生的焊接铁水随着钢管桩的转动而限位在铁水防溅漏成型组件内并将与铁水防溅漏成型组件相接触的外侧环缝逐渐填满，最终经冷却后在外侧环缝内成型形成焊缝；

所述打磨监测一体结构包括与焊枪升降支架的一端固定的打磨监测支架以及置于打磨监测支架下端的缓冲打磨杆组件，所述缓冲打磨杆组件的打磨端可上下缓冲式的与外侧环缝的底端相接触，所述缓冲打磨杆组件上具有实时监测打磨端上下缓冲移动高度的位置传感器，所述位置传感器实时向控制单元发出打磨端的上下缓冲位移量，控制单元对该上下缓冲位移量分析处理：如果该上下缓冲位移量在系统预定的上阈值和下阈值之间，则表示外侧环缝内无凸起以及凹陷，焊枪至外侧环缝的距离不变；如果上下缓冲位移量小于系统预定的下阈值，则表示外侧环缝内具有凸起，此时控制单元根据钢管桩的直径、转动速度来计算凸起至焊枪的时间t1，根据上下缓冲位移量与下阈值之间的差值确定焊枪向上移动的距离s1，最终向驱动焊枪上下移动的驱动组发出经过时间t1后的驱动焊枪向上移动距离s1的信号指令；如果上下缓冲位移量大于系统预定的上阈值，则表示外侧环缝内有凹陷，此时控制单元根据钢管桩直径、转动速度来计算凹陷处至焊枪的时间t1，根据上下缓冲位移量与上阈值之间的差值确定焊枪向上移动的距离s2，最终向驱动焊枪上下移动的驱动组发出经过时间t2后的驱动焊枪向下移动距离s2的信号指令，从而实现对外侧环缝在不同深度下的平整焊缝。

2.根据权利要求1所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述缓冲打磨杆组件的打磨端经过凹陷或凸起的时间为T1，那么驱动组驱动焊枪持续发出伸缩的时间为T2，T1与T2保持一致。

3.根据权利要求2所述一致大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，当所述凸起为不规则形状时，焊枪的向上行程与打磨端在经过整个凸起过程中最低上下缓冲位移量一致；所述当凹陷为不规则形状时，焊枪的向下行程与打磨端在经过整个凹陷过程中最高上下缓冲位移量一致。

4.根据权利要求3所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述缓冲打磨杆组件包括置于打磨监测支架下端的延伸杆体以及与延伸杆体同轴连接的打磨杆体，所述打磨杆体内具有容延伸杆体的一端竖直伸入的槽体，所述延伸杆体的外圆周上具有连接挡环，所述连接挡环至槽体之间具有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧套设在延伸杆体的外圆周上，所述打磨杆体与焊枪均置于外侧环缝的正上方。

5.根据权利要求4所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述延伸杆体的下端具有导向杆体，所述打磨杆体内还具有容导向杆体纵向伸入的限位槽，所述限位槽与槽体相通且同轴设置。

6.根据权利要求5所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述打磨杆体的下端为开口朝上设置的圆弧状结构。

7.根据权利要求6所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述位置传感器置于打磨杆体的外侧壁。

8.根据权利要求7所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述打磨监测一体结构还包括实时提取外侧环缝图像采集的AI图像识别传感器，所述AI图像识别传感器置于打磨监测支架上，且所述AI图像识别传感器的识别端垂直朝向外侧环缝，所述焊枪升降支架上具有与AI图像识别传感器、控制单元电性连接的显示屏。

9.根据权利要求8所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述驱动组包括可在焊枪升降支架上前后滑动的滑动块，所述滑动块上通过第一驱动缸与焊枪连接，所述第一驱动缸驱动焊枪垂直朝向或远离外侧环缝。

10.根据权利要求9所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述铁水防溅漏成型组件包括限位在外侧环缝中的防溅漏组以及限位在内侧环缝中的冷却成型组；

所述防溅漏组包括固定设置在滑动块下方的铁水容腔模具，所述铁水容腔模具的上端具有容焊枪垂直伸入的敞开面，所述铁水容腔模具内部中空，且铁水容腔模具的下端两侧位置均具有与外侧环缝径向嵌合的V型凸块，两个V型凸块的上端朝着铁水容腔模具内部水平延伸有将焊接铁水限位至外侧环缝内的弧板，所述弧板向着铁水容腔模具的内壁延伸有导流块，所述导流块由上至下逐步聚拢，所述导流块、弧板以及V型凸块形成容焊接铁水在外侧环缝中流动的铁水腔体，所述铁水腔体的宽度与外侧环缝的最大宽度一致；

所述冷却成型组包括固定在钢管桩内侧环缝的环形轨道以及在环形轨道上转动的转动座，所述环形轨道与钢管桩同轴设置，所述转动座向着内侧环缝的位置具有铁水冷却模具，所述铁水冷却模具的上端嵌设在内侧环缝内，且所述铁水冷却模具内具有冷却水腔室，所述转动座与铁水冷却模具之间通过第二驱动缸实现收缩。

11.根据权利要求10所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述铁水容腔模具的前后侧与钢管桩的外侧端面紧密接触，所述铁水容腔模具的上端具有CO2进气管。

12.根据权利要求11所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述冷却水腔室内具有冷却水，所述冷却水腔室通过冷却水管与外部冷却水连通。

13.根据权利要求12所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述环形轨道的内侧壁具有多个等圆周分布的连接板，所述连接板的延伸方向与钢管桩的延伸方向一致，所述连接板的两侧端朝着对应钢管桩的内壁方向连接有第三驱动缸，所述第三驱动缸朝着钢管桩的内壁方向垂直伸缩，且第三驱动缸的驱动端连接有吸盘。

14.根据权利要求13所述一种大型钢管桩高位环缝埋弧焊系统，其特征在于，所述环形轨道的截面为工字型状结构，所述转动座嵌设在环形轨道上，所述转动座为开口朝向钢管桩中心的C型状结构，所述转动座的两端分别对应嵌设在环形轨道的两侧端，所述环形轨道靠近转动座侧端的位置具有齿圈，所述齿圈的延伸方向与环形轨道的延伸方向一致，横向贯穿转动座具有连接轴，所述连接轴靠近齿圈的位置具有齿轮，所述齿轮与齿圈相互啮合，所述连接轴远离齿轮的一端连接有驱动电机，所述驱动电机启动带动齿轮与齿圈啮合从而实现转动座在环形轨道上的转动。

15.一种利用权利要求14所述超大型钢管桩高位焊缝远程埋弧焊系统的控制方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1、AI图像识别传感器实时进行画面提取并向显示屏发出显示信号，操作人员将焊枪升降支架上的焊枪与打磨杆体定位至两个钢管桩的外侧环缝正上方，打磨杆体的打磨端与外侧环缝缓冲式接触，同时铁水防溅漏成型组件与两个钢管桩表面以及外侧环缝接触；

S2、通过多个第三驱动缸的等距顶升，将环形轨道定位至钢管桩的内侧环缝处；

S3、控制单元向第二驱动缸发出顶升的信号指令，使铁水冷却模具的上端嵌设在内侧环缝内，然后向驱动电机发出信号指令，从而使齿轮与齿圈啮合传动实现转动座在环形轨道上的圆周转动，对内侧环缝以及外侧环缝进行预冷，铁水冷却模具转动一圈后停止，此时铁水冷却模具与铁水容腔模具内外对应设置；

S4、控制单元向滚轮胎架与焊枪发出启动的信号指令，滚轮胎架转动带动两个钢管桩同步转动，此时铁水容腔模具与铁水冷却模具保持原位不动，焊枪中的焊材经高温熔化后形成铁水在铁水容腔模具内并随着钢管桩的转动填满外侧环缝，而铁水冷却模具对铁水容腔模具内的铁水进行降温加速成型，同时又避免铁水从外侧环缝渗漏至内侧环缝。

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