CN115283795A - 一种管道外对口焊接系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种管道外对口焊接系统，包括机架、两个设于机架的管道夹具和设于机架且位于两个管道夹具之间的焊接执行器；两个管道夹具包括用于围设定位后管的后管夹和用于围设定位前管的前管夹；前、后管夹同轴；前、后管之间具有轴向伸缩的管夹调节装置；焊接执行器具有用于焊接后管和前管的对接位置的焊头。前、后管夹可实现前、后管的同轴装卡，管夹调节装置可调整前、后管的轴端间距，焊接执行器及其焊头可实现具体焊接操作，包括且不限于对前、后管的焊缝进行焊接。可见，该管道外对口焊接系统可实现自动焊接，例如对相邻管道的焊缝焊接，能够自动准确调节相邻管道的轴端间距，满足不同作业要求，发挥高效、高质量和低强度的作业优势。

Description

一种管道外对口焊接系统

技术领域

本申请涉及焊接领域，尤其涉及一种管道外对口焊接系统。

背景技术

石油、天然气、水等物质大多采用长管道运输，因此，在相关领域中，常常需要将多根管道拼接于一体，形成按照特定运输路径布置的长管道。例如，将多根钢管沿特定运输路径拼装并焊接于一体，从而利用由前述多根钢管装配而成的长钢管运输石油、天然气等物质。

焊接同轴分布的两根钢管时，常见的作业方式可分为外对口焊接和内对口焊接。外对口焊接指的是自钢管的外部对钢管实现对位和焊接，常规的外对口焊接对人力依赖性大，操作效率低、作业精度和作业质量难以保障；内对口焊接指的是自钢管的内部对钢管实现对位和焊接，内对口焊接的效率和人工作业强度虽然较之于外对口焊接有所改善，但是，内对口焊接对工况的要求较为严苛，例如，在管道坡度、弯度较大的作业场合中，用于实现内对口焊接的内焊机、内对口器不能针对大坡度实现攀爬，也不能针对大弯度实现过弯。

由此可见，目前的钢管焊接作业尚且没有一种兼顾作业效率、作业质量和适用性的设备。

发明内容

本申请的目的是提供一种管道外对口焊接系统，可以针对不同工况实现高效、高质量和低强度的焊接作业。

为实现上述目的，本申请提供一种管道外对口焊接系统，包括机架、两个设于机架的管道夹具以及设于机架且位于两个管道夹具之间的焊接执行器；两个管道夹具包括用于围设以定位后管的后管夹和用于围设以定位前管的前管夹；后管夹和前管夹二者同轴；后管夹和前管夹之间具有轴向伸缩的管夹调节装置；焊接执行器具有用于焊接后管和前管的对接位置的焊头。

在一些实施例中，任一管道夹具包括涨爪驱动缸和若干涨爪；后管夹的涨爪驱动缸驱动全部涨爪以后管为中心同步运动以实现合拢和分散，前管夹的涨爪驱动缸驱动全部涨爪以前管为中心同步运动以实现合拢和分散。

在一些实施例中，任一管道夹具还包括套环状的涨爪同步推板；同一管道夹具的全部涨爪沿涨爪同步推板的周向环布；涨爪同步推板和任一涨爪之间设有驱动连杆；任一驱动连杆具有沿涨爪同步推板的轴向平移的输入端和沿涨爪同步推板的径向平移的输出端，涨爪驱动缸安装于输入端，涨爪安装于输出端。

在一些实施例中，同一管道夹具的全部涨爪分为两组，任意一组涨爪沿同一圆周环布，两组涨爪沿涨爪同步推板的轴向间隔分布。

在一些实施例中，前管夹的其中一个轴向端部设有扩口状管端；扩口状管端背离后管夹。

在一些实施例中，前管夹的其中一个轴向端部设有多个沿周向环布的导向机构；任一导向机构具有用于引导前管向前管夹内移动的滚轮，全部导向机构形成扩口状管端。

在一些实施例中，机架包括三个弧形支架；当后管和前管同轴拼接时，三个弧形支架合围且夹紧于后管和前管的周侧；任一管道夹具沿周向分为三组夹具单元；同一管道夹具的三组夹具单元一一对应设置于三个弧形支架；同一管道夹具的三个弧形支架合围时衔接成环。

在一些实施例中，全部弧形支架包括固定支架和分别铰接于固定支架的弧长两端的活动支架；两个活动支架沿弧长方向的相邻端部分别设有第一夹紧机构和第二夹紧机构；第一夹紧机构和第二夹紧机构在三个弧形支架合围时闭合锁紧、在三个弧形支架分散时解锁分离。

在一些实施例中，固定支架和任一活动支架之间设有可伸缩的支架驱动装置；支架驱动装置沿伸缩方向的两端分别铰接于固定支架和活动支架。

在一些实施例中，机架设有用于围设后管和前管二者的焊缝的轨道；焊接执行器滑动安装于轨道。

在一些实施例中，焊接执行器包括氩弧焊执行器；焊头包括氩弧焊执行器的氩弧焊焊头；氩弧焊执行器还包括氩弧焊焊丝盘、氩弧焊送丝机、用于沿后管的轴向移动的氩弧焊水平摆动机构和用于沿后管的径向移动的氩弧焊纵深调节机构；氩弧焊纵深调节机构安装于氩弧焊水平摆动机构；氩弧焊焊头安装于氩弧焊纵深调节机构。

在一些实施例中，焊接执行器包括气保焊执行器；焊头包括气保焊执行器的气保焊焊头；气保焊执行器还包括气保焊焊丝盘、气保焊送丝机、用于沿后管的轴向移动的气保焊水平摆动机构和用于沿后管的径向移动的气保焊纵深调节机构；气保焊纵深调节机构安装于气保焊水平摆动机构；气保焊焊头安装于气保焊纵深调节机构。

在一些实施例中，焊接执行器包括：

焊头驱动装置；焊头驱动装置用于驱动焊头移动；

位置跟踪装置；位置跟踪装置与焊头、焊头驱动装置均耦接、以实现焊头驱动装置自动校正焊头与焊缝的相对位置。

在一些实施例中，机架设有用于驱动机架沿后管和前管二者的轴向移动的行走机构。

相对于上述背景技术，本申请所提供的管道外对口焊接系统包括机架、用于围设定位前管的前管夹、用于围设定位后管的后管夹、管夹调节装置和焊接执行器。

在该管道外对口焊接系统中，前、后管夹此二者同轴且均设于机架，因此，前管夹的轴向也就是后管夹的轴向，同样也是被前、后管夹分别围设的前管和后管的轴向。管夹调节装置设于前述前、后管夹之间，管夹调节装置能够沿轴向伸缩，此轴向既是管夹调节装置的轴向，也是前、后管夹的轴向，同时也是被前、后管夹夹持的前、后管的轴向。可见，当管夹调节装置沿轴向回缩时，管夹调节装置牵拉前、后管夹相互靠近，进而牵拉装卡于前管夹内的前管和装卡于后管夹内的后管相互靠近，令前、后管此二者的相邻轴端的间距缩小；反之，当管夹调节装置沿轴向伸长时，管夹调节装置可驱动前、后管相互远离，令前、后管此二者的相邻轴端的间距增大。

其中，若前、后管此二者的相邻轴端的间距为0，则此时前、后管无缝拼接，前、后管之间的接触部位视为无间隙坡口；若前、后管此二者的相邻轴端的间距大于0，则此时前、后管同轴且以一定间距间隔分布，前、后管之间的部位视为有间隙坡口。

该管道外对口焊接系统的焊接执行器设于前、后管夹之间，因此，当前管夹围设装卡前管且后管夹围设装卡后管时，焊接执行器及其焊头可以对前述前、后管进行焊接，既包括针对前管、后管任意一者的管壁进行焊接，也包括针对前管和后管二者的相邻轴端的对接部位进行焊接。

本申请提供的管道外对口焊接系统可以利用前管夹和后管夹快速、准确、轻松实现前管和后管的同轴定位装置，与此同时，管夹调节装置能够自动调节前管夹和后管夹沿轴向的间距，由此调节被前管夹和后管夹分别夹持定位的前管和后管的相邻轴端的间距，为后续前管和后管的不同焊接作业提供准备；在此基础上，本申请提供的管道外对口焊接系统利用焊接执行器及其焊头对前述前管、后管以及二者的相邻轴端进行自动焊接，可见，将该管道外对口焊接系统应用于具体焊接作业时，该管道外对口焊接系统可以发挥高效、高质量和低强度的作业优势。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统与前管、后管的装配示意图；

图2为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在前管夹处的局部结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的三个弧形支架处于分散状态的结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在导向机构和涨爪处的局部结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的三个弧形支架处于合拢状态的结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在导向机构和中频加热设备处的局部结构示意图；

图8为本申请实施例所提供的焊接执行器在第一方向的结构示意图；

图9为本申请实施例所提供的焊接执行器在第二方向的结构示意图；

图10为前管、后管及其无间隙坡口的结构示意图；

图11为前管、后管及其有间隙坡口的结构示意图；

图12为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统所采用的液压系统图。

其中，01-后管、02-前管、1-机架、101-固定支架、102-活动支架、11-轨道、2-管道夹具、201-后管夹、202-前管夹、21-涨爪驱动缸、22-涨爪、23-涨爪同步推板、24-驱动连杆、25-导向机构、251-滚轮、27-限位轴、3-焊接执行器、311-氩弧焊焊丝盘、312-氩弧焊送丝机、313-氩弧焊水平摆动机构、314-氩弧焊纵深调节机构、315-氩弧焊焊头、321-气保焊焊丝盘、322-气保焊送丝机、323-气保焊水平摆动机构、324-气保焊纵深调节机构、325-气保焊焊头、33-执行器行走机构、4-支架驱动装置、5-行走机构、61-第一夹紧机构、62-第二夹紧机构、7-管夹调节装置、8-中频加热设备、9-接地设备。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参考图1至图12，图1为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统与前管、后管的装配示意图；图2为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的结构示意图；图3为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在前管夹处的局部结构示意图；图4为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的三个弧形支架处于分散状态的结构示意图；图5为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在导向机构和涨爪处的局部结构示意图；图6为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统的三个弧形支架处于合拢状态的结构示意图；图7为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统在导向机构和中频加热设备处的局部结构示意图；图8为本申请实施例所提供的焊接执行器在第一方向的结构示意图；图9为本申请实施例所提供的焊接执行器在第二方向的结构示意图；图10为前管、后管及其无间隙坡口的结构示意图；

图11为前管、后管及其有间隙坡口的结构示意图；图12为本申请实施例所提供的管道外对口焊接系统所采用的液压系统图。

请参考图1和图2，本申请提供一种管道外对口焊接系统，包括机架1、两个设于机架1的管道夹具2和设于前述两个管道夹具2之间的焊接执行器3；在该管道外对口焊接系统中，设于机架1的两个管道夹具2指的是用于围设后管01的后管夹201和用于围设前管02的前管夹202；焊接执行器3设于前述后管夹201和和前管夹202之间，其具有用于焊接后管01和前管02的对接位置的焊头。

在该实施例中，后管夹201可围设后管01，从而定位后管01，同理，前管夹202可围设前管02，从而定位前管02。后管夹201和前管夹202此二者同轴，因此，通过后管夹201定位装卡的后管01与通过前管夹202定位装卡的前管02同样同轴分布。

此外，在该实施例中，后管夹201和前管夹202之间具有轴向伸缩的管夹调节装置7。其中，由于后管夹201围设定位后管01且前管夹202围设定位前管02，因此，前述轴向可以视为任意一个管道夹具2的轴向，也可以视为前管02和后管01的轴向。当管夹调节装置7沿轴向回缩时，管夹调节装置7拉动后管夹201和前管夹202沿轴向相互靠近，使得装卡于后管夹201的后管01与装卡于前管夹202的前管02此二者的间距减小，直至后管01和前管02二者的相邻轴端同轴拼接。反之，当管夹调节装置7沿轴向伸长时，管夹调节装置7带动后管夹201和前管夹202沿轴向相互远离，该过程中，后管夹201和前管夹202通常分离于后管01和前管02，换句话说，此时后管夹201和前管夹202的相对运动不会传递于后管01和前管02。

由于后管夹201和前管夹202均与管夹调节装置7连接，因此，后管夹201和前管夹202此二者中至少一者通过管夹调节装置7安装于机架1。例如，后管夹201固定于机架1，前管夹202通过管夹调节装置7活动安装于机架1。又例如，管夹调节装置7设于机架1，而后管夹201和前管夹202此二者均通过管夹调节装置7活动安装于机架1。

以下以后管01和前管02此二者相邻轴端的拼接缝的焊缝焊接作业为例，对本申请所提供的管道外对口焊接系统的操作方式加以描述。

首先将后管夹201围设装卡至后管01的周侧，例如，令后管01穿入后管夹201后，驱动后管夹201沿后管夹201的径向向内缩紧，从而夹持后管01，又例如，自后管夹201周侧的断口处嵌入后管01，再驱动后管夹201沿后管夹201的径向向内合围锁紧，从而夹持后管01。

随后，将前管02穿入前管夹202内，并驱动前管夹202沿前管夹202的径向向内缩紧，从而夹持前管02。

继而，根据后管01和前管02二者的相邻轴端对间隙大小的要求开启并控制管夹调节装置7，利用管夹调节装置7拉动后管夹201和前管夹202相互靠近，直至后管夹201和前管夹202此二者的相邻轴端的间距等于前述间隙。其中，前述间隙可以为0，即后管01和前管02二者同轴且无缝拼接；也可以为大于0的某一数值，即后管01和前管02以预设间隙同轴对接。

再者，开启并控制焊接执行器3，利用焊接执行器3的焊头对后管01和前管02的拼接部位进行焊缝焊接作业。

最后，驱动后管夹201和前管夹202分别松开后管01和前管02，同时管夹调节装置7可以驱动后管夹201和前管夹202相互远离，令管夹调节装置7复位，完成一次焊缝焊接作业。

当然，在上述多个操作步骤中，后管夹201和前管夹202的操作顺序可以互换，即先将前管02装入前管夹202，再将后管01装入后管夹201。

综上，本申请所提供的管道外对口焊接系统可用于自动完成管道的电气焊作业，也可以用于自动完成同轴拼接的相邻管道的焊缝焊接作业，在后一应用场景中，该管道外对口焊接系统能够自动、准确调节相邻管道的轴端间距，从而满足不同焊缝焊接作业的要求。

下面结合附图和实施方式，对本申请所提供的管道外对口焊接系统做更进一步的说明。

在一些实施例中，可参考图1、图5和图6，无论是本申请的后管夹201还是前管夹202，均具有涨爪驱动缸21和若干涨爪22。

对于后管夹201而言，其涨爪驱动缸21用于驱动其全部涨爪22以后管01为中心同步运动，包括驱动全部涨爪22相对于后管01合拢和扩散。显然，当前述涨爪驱动缸21驱动前述全部涨爪22相对于后管01合拢时，全部涨爪22向后管夹201的径向内侧收缩以压紧后管01的外管壁，由此实现后管夹201围设且夹持定位后管01。反之，当前述涨爪驱动缸21驱动前述全部涨爪22相对于后管01扩散时，全部涨爪22向后管夹201的径向外侧分散以脱离后管01的外管壁，由此实现后管夹201松开后管01。

同理，对于前管夹202而言，其涨爪驱动缸21用于驱动其全部涨爪22以前管02为中心同步运动，包括驱动全部涨爪22相对于前管02合拢和扩散。当前述涨爪驱动缸21驱动前述全部涨爪22相对于前管02合拢时，全部涨爪22向前管夹202的径向内侧收缩以压紧前管02的外管壁，由此实现前管夹202围设且夹持定位前管02。反之，当前述涨爪驱动缸21驱动前述全部涨爪22相对于前管02扩散时，全部涨爪22向前管夹202的径向外侧分散以脱离前管02的外管壁，由此实现前管夹202松开前管02。

通常，后管夹201和前管夹202任意一者可利用一个涨爪驱动缸21驱动多个涨爪22同步运动，因此，后管夹201和前管夹202除了涨爪驱动缸21和涨爪22以外，还可以包括设于涨爪驱动缸21和涨爪22之间的传动机构，此传动机构用于将涨爪驱动缸21的输出位移同时传递至任意一个涨爪22。前述涨爪驱动缸21的输出位移可以为角位移，也可以线位移，为此，可根据涨爪驱动缸21的输出位移特性选择合适的传动机构连接涨爪驱动缸21和涨爪22。

可参考图2至图5，任意一个管道夹具2除了涨爪驱动缸21和涨爪22，还设有呈套环状的涨爪同步推板23；与此同时，在同一管道夹具2例如后管夹201内，全部涨爪22沿涨爪同步推板23的周向环布；涨爪同步推板23和任意一个涨爪22之间设有驱动连杆24，该驱动连杆24具有沿涨爪同步推板23的轴向平移的输入端和沿涨爪同步推板23的径向平移的输出端，相应地，涨爪驱动缸21为沿涨爪同步推板23的轴向伸缩的伸缩缸；此外，后管01的涨爪驱动缸21安装于驱动连杆24的输入端，后管01的涨爪22安装于驱动连杆24的输出端。

当后管夹201的涨爪驱动缸21启动时，该涨爪驱动缸21在伸长(或回缩)的过程中向驱动连杆24输入直线位移，此直线位移的方向平行于涨爪同步推板23的轴向，也就平行于后管夹201所夹持的后管01的轴向，驱动连杆24基于其传动特性向外输出另一直线位移，此直线位移的方向平行于涨爪同步推板23的径向，也就平行于后管夹201所夹持的后管01的径向，从而带动涨爪22沿后管01的径向运动，实现靠近(或远离)后管01。同理，前管夹202的涨爪驱动缸21可通过前管夹202的驱动连杆24带动前管夹202的涨爪22靠近和远离前管02。

为了提高后管夹201的作业安全性，后管夹201可包括设于涨爪驱动缸21和涨爪同步推板23之间的限位轴27，此限位轴27采用机械限位远离约束涨爪同步推板23的最大直线位移量，避免涨爪驱动缸21的伸缩量过大而导致涨爪同步推板23带动涨爪22过度伸长以挤压后管01。同理，前管夹202也可以采用相同结构对前管夹202的涨爪同步推板23和涨爪22此二者的运动范围进行限位约束。

在上述实施例中，涨爪同步推板23可以为周向连续的完整环体，也可以为周向设有断口的半环体。对于周向连续的涨爪同步推板23而言，后管01需要穿设于后管夹201的涨爪同步推板23内，前管02需要穿设于前管夹202的涨爪同步推板23内；对于周向设有断口的涨爪同步推板23而言，后管01可以自后管夹201的断口处卡嵌于后管夹201内，前管02则往往穿设于前管夹202内。

在本申请所提供的部分实施例中，同一管道夹具2的全部涨爪22分为两组，以后管夹201为例，后管夹201的全部涨爪22分为第一组涨爪22和第二组涨爪22，第一组涨爪22和第二组涨爪22各自包括多个涨爪22。前述第一组涨爪22沿同一圆周分布，从而在后管夹201围设后管01时环布于后管01的周侧；前述第二组涨爪22同样沿同一圆周分布，从而在后管夹201围设后管01时环布于后管01的周侧；对于第一组涨爪22和第二组涨爪22，此二者各自呈环，换句话说，第一组涨爪22和第二组涨爪22沿涨爪同步推板23的轴向间隔分布。当然，前述涨爪同步推板23的轴向也就是后管01的轴向，由此可见，后管夹201在后管01的轴向不同位置采用两组涨爪22同时围设定位后管01，改善涨爪22对后管01的施力效果，更好的保障后管夹201与后管01的同轴关系，避免后管01在后管夹201内倾斜。

可参考图1和图7，为了改善该管道外对口焊接系统的操作特性，在一些实施例中，前管夹202的其中一个轴向端部设有扩口状管端，此扩口状管端位于前管夹202背离后管夹201的一端，此扩口状管端形如喇叭，既有利于前管02安全快速插入前管夹202，也有利于引导前管02在前管夹202内的移动，实现前管02平稳逐步地同轴于前管夹202。简而言之，前管02开始穿入前管夹202时，即使前管02相对于前管夹202存在较大的倾斜度，扩口状管端仍然可供前管02穿入；部分前管02已经穿入前管夹202时，扩口状管端会强行导正前管02，令前管02相对于前管夹202的倾斜度逐渐缩小，避免已经穿入前管夹202的前管02碰撞前管夹202的涨爪22等零部件。

根据图2和图3可知，前管夹202的上述扩口状管端可以由多个设于前管夹202的轴端的导向机构25组装而成。设于前管夹202的多个导向机构25沿前管夹202的轴向环布，全部导向机构25靠近前管夹202的一端以较小的圆周环布，全部导向机构25背离前管夹202的一端以较大的圆周环布，由此在前管夹202的轴向一端形成扩口状管端。为了更好的引导前管02穿设于前管夹202，前述任意一个导向机构25具有可引导前管02向前管夹202内移动的滚轮251，此滚轮251的转轴垂直于前管夹202的轴向。

根据上文记载可知，后管01可以自后管夹201的周向的端口处嵌装于后管夹201内，针对后管01和后管夹201的这一操作原理，该管道外对口焊接系统的机架1可包括多个弧形支架装配而成，例如，机架1包括三个可合围于同轴拼接的后管01和前管02二者周侧的弧形支架，这三个弧形支架向后管01和前管02的周向外侧分散时，至少两个弧形支架沿弧长方向的相邻端部彼此分离并产生断口，后管01则可以自前述断口嵌装至全部弧形支架的围设范围内，随后，后管夹201驱动全部弧形支架向后管01和前管02的周向内侧围拢，令任意两个弧形支架沿弧长方向的相邻端部彼此靠近甚至拼合贴紧，此时，后管夹201及其多个弧形支架夹紧定位后管01，实现后管01和后管夹201的同轴固定。

可参考图2、图4至图6，针对上述设有三个弧形支架的后管夹201而言，除了设有弧形支架，通常还设有用于接触并挤压后管01的夹具单元，三组夹具单元分别安装于三个弧形支架。三个弧形支架向后管01的周向外侧分散时，任意一个弧形支架带动设于其上的夹具单元同步移动，实现三组夹具单元分别随三个弧形支架相互分散，为后管01嵌装于三个弧形支架的围设范围内提供保障。在后管01嵌入三个弧形支架的围设范围后，三个弧形支架向后管01的周向内侧围拢，任意一个弧形支架带动设于其上的夹具单元同步移动，实现三组夹具单元分别随三个弧形支架相互靠近，进而实现三组夹具单元自后管01的周向的不同位挤压后管01，实现对后管01的定位装卡。

当后管夹201的三个弧形支架合拢围并于后管01时，前述三个弧形支架中，任意两个弧形支架沿弧长方向的相邻端部可以贴紧拼合，也可以存在一定间距。显然，当前述任意两个弧形支架沿弧长方向的相邻端部贴紧时，后管夹201的三个弧形支架衔接成环，此时，后管夹201的中心轴也就是前述环的中心轴，后管01与后管夹201同轴可视为后管01与前述环同轴。

针对后管夹201的三个弧形支架，具体可包括一个固定支架101和两个分别铰接于前述固定支架101的两端的活动支架102；其中，固定支架101的两端指的是沿固定支架101的弧长方向的两端。在该示例中，其中一个活动支架102沿弧长方向的端部设有第一夹紧机构61，另外一个活动支架102沿弧长方向的端部设有第二夹紧机构62，第一夹紧机构61和第二夹紧机构62位于这两个活动支架102的相邻端部之间。前述第一夹紧机构61和第二夹紧机构62此二者可以实现锁紧和分离，在三个弧形支架合围于后管01后，第一夹紧机构61和第二夹紧机构62闭合锁紧，实现固定支架101和全部活动支架102稳固可靠地围拢且闭锁于后管01的周侧；在三个弧形支架向后管01的周向外侧分散前，第一夹紧机构61和第二夹紧机构62解锁分离，随后固定支架101和全部活动支架102可以分散开来，解除对后管01的定位装卡。

为了自动操纵后管夹201的固定支架101和活动支架102实现围拢和分散，后管夹201还可以设有支架驱动装置4，例如伸缩缸，支架驱动装置4安装于固定支架101和任意一个活动支架102之间，且支架驱动装置4沿自身伸缩方向的两个端部分别铰接于前述固定支架101和活动支架102。随着支架驱动装置4的伸长和回缩，端部铰接的固定支架101和活动支架102彼此偏转，令固定支架101和活动支架102之间的夹角增大和减小。针对后管夹201而言，当固定支架101与任意一个活动支架102之间的夹角增大时，后管夹201的固定支架101和全部活动支架102可以分散开来，当固定支架101与任意一个活动支架102之间的夹角减小时，后管夹201的固定支架101和全部活动支架102视为围拢。其中，前述夹角指的是成型于后管夹201的周向内侧的夹角。

以上仅以后管夹201为例给出具体说明，本申请所采用的前管夹202在弧形支架、第一夹紧机构61、第二夹紧机构62和支架驱动装置4这些部件上可以参照后管夹201的相关结构设置，此处不再赘述。

可参考图1和图2，在本申请所提供的另外一些实施例中，该管道外对口焊接系统的机架1设有轨道11，当后管01、前管02分别安装于后管夹201、前管夹202内且后管01和前管02的相邻轴端拼接，前述轨道11围设后管01和前管02此二者的焊缝，此时，滑动安装于轨道11的焊接执行器3可以沿轨道11移动，例如，由执行器行走机构33驱动焊接执行器3沿轨道11移动，由此实现焊接执行器3绕后管01和前管02的焊缝运动。前述轨道11一般呈圆环状，换言之，焊接执行器3沿轨道11滑动时，焊接执行器3的运动轨迹为圆弧轨迹或圆轨迹。

根据前文记载可知，该管道外对口焊接系统的后管夹201和前管夹202均可以设置多个弧形支架，仍以后管夹201为例，当后管夹201设有弧形支架且设有轨道11时，为了在后管夹201的弧形支架向周向外侧分散时嵌装后管01，后管夹201的轨道11需要随弧形支架移动，令前述轨道11产生可容后管01嵌入的断口。举例来说，若后管夹201包括三个弧形支架，则后管夹201的轨道11可包括两个以上的子轨道，一般包括三个子轨道，这三个子轨道分别设于三个弧形支架，任意一个子轨道呈弧状且圆心角为120°，全部子轨道在后管夹201的全部弧形支架合围时首尾衔接成完整的环状的轨道11，确保滑动安装于该轨道11的焊接执行器3可以移动并对准焊缝的任意一处部位。

请参考图1、图2、图8和图9，在上述实施例的基础上，本申请所提供的管道外对口焊接系统中，焊接执行器3可以包括用于氩弧焊作业的氩弧焊执行器；该氩弧焊执行器包括焊头、氩弧焊焊丝盘311、氩弧焊送丝机312、氩弧焊水平摆动机构313和氩弧焊纵深调节机构314，其中，焊头指的是氩弧焊焊头315。

在氩弧焊执行器中，氩弧焊焊丝盘311和氩弧焊送丝机312可以向氩弧焊焊头315供给焊材；氩弧焊焊头315安装于氩弧焊水平摆动机构313和氩弧焊纵深调节机构314，例如，氩弧焊焊头315装设于氩弧焊纵深调节机构314，氩弧焊纵深调节机构314则装设于氩弧焊水平摆动机构313。在前述示例中，氩弧焊水平摆动机构313可以驱动氩弧焊焊头315和氩弧焊纵深调节机构314做水平摆动运动，此水平摆动运动中的“水平”指的是管道夹具2的轴向，即氩弧焊水平摆动机构313可以带动氩弧焊焊头315和氩弧焊纵深调节机构314沿管道夹具2的轴向往复移动，令氩弧焊焊头315的作业范围覆盖目标焊接位置，例如，令氩弧焊焊头315的作业范围覆盖焊缝沿焊缝宽度方向的任意部位。在前述示例中，氩弧焊纵深调节机构314可以驱动氩弧焊焊头315沿“纵深”方向往复移动，实现调节氩弧焊焊头315的“纵深”，此“纵深”指的是管道夹具2的径向，即氩弧焊纵深调节机构314可以带动氩弧焊焊头315靠近和远离穿设于后管夹201和前管夹202内的后管01和前管02。

此外，本申请所采用的焊接执行器3也可以包括用于气保焊作业的气保焊执行器；该气保焊执行器包括焊头、气保焊焊丝盘321、气保焊送丝机322、气保焊水平摆动机构323和气保焊纵深调节机构324，其中，焊头指的是气保焊焊头325。

与氩弧焊执行器中各个部件的功能远离类似，在气保焊执行器中，气保焊焊丝盘321和气保焊送丝机322可以向气保焊焊头325供给焊材；气保焊焊头325安装于气保焊水平摆动机构323和气保焊纵深调节机构324，气保焊水平摆动机构323可以带动气保焊焊头325沿管道夹具2的轴向往复移动，令气保焊焊头325的作业范围覆盖目标焊接位置，气保焊纵深调节机构324可以带动气保焊焊头325靠近和远离穿设于后管夹201和前管夹202内的后管01和前管02。

显然，本申请所提供的管道外对口焊接系统中，焊接执行器3可以集成设置上述氩弧焊执行器和上述气保焊执行器，从而灵活适用于不同作业场合的不同作业。

为了提高焊接执行器3的自动化作业的作业质量，该管道外对口焊接系统的焊接执行器3还可以包括焊头驱动装置和位置跟踪装置。焊头驱动装置用于驱动焊头移动，令焊头的运动范围覆盖目标焊接位置，以上文提及的氩弧焊执行器为例，在氩弧焊执行器中，焊头驱动装置包括氩弧焊水平摆动机构313和氩弧焊纵深调节机构314，还可以包括用于驱动整个氩弧焊执行器沿轨道11滑动的轨道驱动机构。位置跟踪装置与焊头、焊头驱动装置均耦接，位置跟踪装置和焊头驱动装置此二者相互配合，在相关控制设备的操纵下可实现自动校正焊头与目标焊接位置例如焊缝的相对位置关系。

此外，本申请所提供的管道外对口焊接系统还包括设于机架1的行走机构5，用于驱动机架1沿后管01和前管02二者的轴向移动，当然，机架1沿后管01和前管02二者的轴向移动时也会带动该管道外对口焊接系统中除机架1以外的其余部件移动。将该管道外对口焊接系统安装于后管01和前管02时，前述行走机构5的行走轮以预设压力要紧压紧前、后管01的管壁，在行走机构5的动力设备的驱动下，行走轮相对于前、后管01的管壁滚轮，实现整个管道外对口焊接系统相对于前、后管01的自动行走。

操纵本申请所提供的管道外对口焊接系统时，可按照以下动作顺序执行具体焊接作业，同时可参考图1、图2、图4至图6、图10至图11。

第一步，令后管01装卡于后管夹201内；该步骤中，可以令后管01穿设于后管夹201，也可以令后管夹201的全部弧形支架分散打开，方便悬吊于吊装设备的管道外对口焊接系统自后管01的上方卡套后管01。待后管01处于后管夹201内，驱动后管夹201的全部涨爪22向内缩紧，利用后管夹201的全部涨爪22围抱后管01并压紧后管01，实现后管夹201和后管01的同轴套设和固定安装。

第二步，令前管02装卡于前管夹202；该步骤中，由吊管设备悬吊的前管02可以自前管夹202的轴向端部穿入前管夹202，前管02向前管夹202内移动时，设于前管夹202的导向机构可以很好的引导前管02，即降低了前述吊管设备的操作难度，又能够避免前管02意外撞击损伤前管夹202内的零部件。待前管02处于前管夹202内，驱动前管夹202的全部涨爪22向内缩紧，利用前管夹202的全部涨爪22围抱后管01并压紧前管02，实现前管夹202和前管02的同轴套设和固定安装。

第三步，令管夹调节装置7牵拉前管夹202和后管夹201沿轴向相对运动，实现调节前管02和后管01此二者相邻轴端的间距，令前管02和后管01的相邻轴端无缝拼接或者以预设间距对准。在第三步中，前管02和后管01无缝拼接时，前管02和后管01之间形成无间隙坡口；前管02和后管01以预设间距对准时，前管02和后管01之间形成有间隙坡口。

至此完成该管道外对口焊接系统的焊前准备作业。

第四步，启动焊接执行器3，利用焊接执行器3对后管01和前管02的待焊接位置例如焊缝实现自动焊接。

在上述多个操作步骤中，可以在后管夹201套设后管01且后管夹201尚未夹紧后管01时开启行走机构5，利用行走机构5精确调节后管夹201在后管01的轴向的装卡位置，例如，待吊装设备将后管夹201悬吊并卡套于后管01后，开启行走机构5，令行走机构5驱动整个管道外对口焊接系统沿后管01的轴向移动。前述过程中，行走机构5的位置检测器例如摄像头、激光传感器可以实时自动检测该管道外对口焊接系统的位置，实现行走机构5驱动整个管道外对口焊接系统移动至后管01的指定位置。

按照上述第一步至第四步完成一次焊接作业后，也可以待后管夹201松开后管01且前管夹202松开前管02后，再次开启行走机构5，利用行走机构5驱动整个管道外对口焊接系统沿前、后管01的轴向移动，从而对下一个待焊接位置实现焊接。

此外，在第三步和第四步之间，还可以利用设于机架1的中频加热设备8对前管02和后管01的待焊接部位进行加热；在第三步和第四步之间，还可以利用设于机架1的接地设备9对前、后管01实现接地，保障后续的焊接作业安全、正常展开。

综上，本申请所提供的管道外对口焊接系统可用于管道的自动焊接作业，采用电、液对多个零部件实现驱动控制，例如，采用如图12所示的液压系统对该管道外对口焊接系统的多个零部件实现驱动控制。

将该管道外对口焊接系统应用于同轴分布的待焊接管道例如后管01和前管02时，该管道外对口焊接系统可以实现外对口焊接、对口错边自动调节和对口间隙自动调节，保障对口效率和对口质量，降低作业强度，提高作业质量。其中，外对口焊接既可以指自后管01和前管02二者的焊缝进行焊接，也可以指对后管01和前管02任意一者的外管壁进行焊接；对口错边自动调节指的是利用后管夹201、前管夹202等相关部件自动且精确调节后管01和前管02的对准状态，提高后管01和前管02的同轴度；对口间隙自动调节指的是利用后管夹201、前管夹202和管夹调节装置7等线管部件自动且精确调节后管01和前管02此二者相邻轴端的间距，实现后管01和前管02的相邻轴端以预设间距准确定位，为焊接执行器3的后续作业提供保障。

该管道外对口焊接系统沿前、后管01的外管壁行走，因此可以适用于各种坡度、弯度的管道。相较于常规的操作，采用该管道外对口焊接系统焊接后管01和前管02时，从焊接准备作业开始到实际焊接作业结束，往往只需要几十秒，所用时间远少于常规操作的十多分钟，大幅提供了作业效率。

以上对本申请所提供的管道外对口焊接系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种管道外对口焊接系统，其特征在于，包括机架(1)、两个设于所述机架(1)的管道夹具(2)以及设于所述机架(1)且位于两个所述管道夹具(2)之间的焊接执行器(3)；两个所述管道夹具(2)包括用于围设以定位后管(01)的后管夹(201)和用于围设以定位前管(02)的前管夹(202)；所述后管夹(201)和所述前管夹(202)二者同轴；所述后管夹(201)和所述前管夹(202)之间具有轴向伸缩的管夹调节装置(7)；所述焊接执行器(3)具有用于焊接后管(01)和前管(02)的对接位置的焊头。

2.根据权利要求1所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，任一所述管道夹具(2)包括涨爪驱动缸(21)和若干涨爪(22)；所述后管夹(201)的所述涨爪驱动缸(21)驱动全部所述涨爪(22)以后管(01)为中心同步运动以实现合拢和分散，所述前管夹(202)的所述涨爪驱动缸(21)驱动全部所述涨爪(22)以前管(02)为中心同步运动以实现合拢和分散。

3.根据权利要求2所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，任一所述管道夹具(2)还包括套环状的涨爪同步推板(23)；同一所述管道夹具(2)的全部所述涨爪(22)沿所述涨爪同步推板(23)的周向环布；所述涨爪同步推板(23)和任一所述涨爪(22)之间设有驱动连杆(24)；任一所述驱动连杆(24)具有沿所述涨爪同步推板(23)的轴向平移的输入端和沿所述涨爪同步推板(23)的径向平移的输出端，所述涨爪驱动缸(21)安装于所述输入端，所述涨爪(22)安装于所述输出端。

4.根据权利要求3所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，同一所述管道夹具(2)的全部所述涨爪(22)分为两组，任意一组所述涨爪(22)沿同一圆周环布，两组所述涨爪(22)沿所述涨爪同步推板(23)的轴向间隔分布。

5.根据权利要求1所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述前管夹(202)的其中一个轴向端部设有扩口状管端；所述扩口状管端背离所述后管夹(201)。

6.根据权利要求5所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述前管夹(202)的其中一个轴向端部设有多个沿周向环布的导向机构(25)；任一所述导向机构(25)具有用于引导前管(02)向所述前管夹(202)内移动的滚轮(251)，全部所述导向机构(25)形成所述扩口状管端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述机架(1)包括三个弧形支架；当后管(01)和前管(02)同轴拼接时，三个所述弧形支架合围且夹紧于后管(01)和前管(02)的周侧；任一所述管道夹具(2)沿周向分为三组夹具单元；同一所述管道夹具(2)的三组所述夹具单元一一对应设置于三个所述弧形支架；同一所述管道夹具(2)的三个所述弧形支架合围时衔接成环。

8.根据权利要求7所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，全部所述弧形支架包括固定支架(101)和分别铰接于所述固定支架(101)的弧长两端的活动支架(102)；两个所述活动支架(102)沿弧长方向的相邻端部分别设有第一夹紧机构(61)和第二夹紧机构(62)；所述第一夹紧机构(61)和所述第二夹紧机构(62)在三个所述弧形支架合围时闭合锁紧、在所述三个弧形支架分散时解锁分离。

9.根据权利要求8所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述固定支架(101)和任一所述活动支架(102)之间设有可伸缩的支架驱动装置(4)；所述支架驱动装置(4)沿伸缩方向的两端分别铰接于所述固定支架(101)和所述活动支架(102)。

10.根据权利要求1至6任一项所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述机架(1)设有用于围设后管(01)和前管(02)二者的焊缝的轨道(11)；所述焊接执行器(3)滑动安装于所述轨道(11)。

11.根据权利要求10所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述焊接执行器(3)包括氩弧焊执行器；所述焊头包括所述氩弧焊执行器的氩弧焊焊头(315)；所述氩弧焊执行器还包括氩弧焊焊丝盘(311)、氩弧焊送丝机(312)、用于沿后管(01)的轴向移动的氩弧焊水平摆动机构(313)和用于沿后管(01)的径向移动的氩弧焊纵深调节机构(314)；所述氩弧焊纵深调节机构(314)安装于所述氩弧焊水平摆动机构(313)；所述氩弧焊焊头(315)安装于所述氩弧焊纵深调节机构(314)。

12.根据权利要求10所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述焊接执行器(3)包括气保焊执行器；所述焊头包括所述气保焊执行器的气保焊焊头(325)；所述气保焊执行器还包括气保焊焊丝盘(321)、气保焊送丝机(322)、用于沿后管(01)的轴向移动的气保焊水平摆动机构(323)和用于沿后管(01)的径向移动的气保焊纵深调节机构(324)；所述气保焊纵深调节机构(324)安装于所述气保焊水平摆动机构(323)；所述气保焊焊头(325)安装于所述气保焊纵深调节机构(324)。

13.根据权利要求10所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述焊接执行器(3)包括：

焊头驱动装置；所述焊头驱动装置用于驱动所述焊头移动；

位置跟踪装置；所述位置跟踪装置与所述焊头、所述焊头驱动装置均耦接、以实现所述焊头驱动装置自动校正所述焊头与焊缝的相对位置。

14.根据权利要求1至6任一项所述的管道外对口焊接系统，其特征在于，所述机架(1)设有用于驱动所述机架(1)沿后管(01)和前管(02)二者的轴向移动的行走机构(5)。

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