CN117817217B - 钢管桩内剪力键焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体地指一种钢管桩内剪力键焊接装置及焊接方法。包括支撑结构、竖向调节结构、剪力键安装结构、焊接结构和焊枪调节结构，支撑结构包括沿竖向伸入已插打于地基内钢管桩内侧的套筒；竖向调节结构连接于套筒上端，用于调节套筒沿竖向的高度；剪力键安装结构连接于套筒圆周外侧，用于将剪力键安装固定在钢管桩内壁；焊接结构设置于套筒的下端，用于将完成安装剪力键焊接固定在钢管桩内壁；焊枪调节结构设置于套筒与焊接结构之间，用于调节焊接结构的竖向高度。本申请的焊接装置结构简单，能够方便的应用在已插打于地基内的竖向钢管桩的剪力键安装，整体操作简单，无需人员进入到钢管桩内部，提高了施工安全性。

Description

钢管桩内剪力键焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地指一种钢管桩内剪力键焊接装置及焊接方法。

背景技术

目前钢管桩被广泛应用于沿海码头、海上平台、海上风机等工程中，其材质均匀、承载力、水平阻力大。设计上为加强钢管桩与上部横梁或桩帽的连接，会在钢管桩内壁设置多道剪力键。通过剪力键将现浇钢筋混凝土桩芯与钢管桩相互耦合，提高荷载的有效传递，增强粘接力。剪力键的形式通常采用钢筋连接件焊接在钢管桩内部。

根据现有设计规范，剪力键连接是在距离钢管桩顶部一定距离内沿钢管桩内壁四周焊接剪力环。通常由焊接作业员进入到钢管桩内部进行作业，工程常用的钢管桩内径为1200mm，导致作业空间受限。在电焊过程中也会产生一氧化碳、氮氧化物、臭氧等有害气体难以排出，作业存在安全风险。为保证人员安全，人员在内部电焊作业时间受到控制，需反复进出钢管桩内部，作业效率低。

为解决上述技术问题，有专利号为“CN115055881A”的名为“一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法”的中国发明专利介绍了一种用于钢管桩内侧剪力环的焊接装置，该装置包括设置在钢管桩中心轴线上的中央主机箱，多个与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，以及一端连接可移动焊接装置、另一端连接中央主机箱的支撑组件，可移动焊接装置包括与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，焊接时，连接焊接装置与钢管桩，焊接装置沿钢管桩中心轴线行进，转动实施焊接。该装置能够对不同长度、不同直径的钢管桩实施焊接作业，但该装置应用的场景是在未进行插打施工的钢管桩上进行，钢管桩需要横卧在地面上才能使用该装置进行剪力键的焊接施工，而一旦钢管桩插打完成了，该装置并不能进行剪力键的焊接施工，因此该装置的应用面是非常有限的。目前现有技术中进行钢管桩内侧剪力键的焊接施工装置，都是这种钢管桩未插打施工前钢管桩处于横卧状态下进行剪力键焊接施工的，并未出现钢管桩打入地基后进行剪力键焊接施工的相关技术。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种钢管桩内剪力键焊接装置及焊接方法。

本发明的技术方案为：一种钢管桩内剪力键焊接装置，包括，

支撑结构，所述支撑结构包括沿竖向伸入已插打于地基内钢管桩内侧的套筒；

竖向调节结构，所述竖向调节结构连接于套筒上端，用于调节套筒沿竖向的高度；

剪力键安装结构，所述剪力键安装结构连接于套筒圆周外侧，用于将剪力键安装固定在钢管桩内壁；

焊接结构，所述焊接结构设置于套筒的下端，用于将完成安装剪力键焊接固定在钢管桩内壁；

焊枪调节结构，所述焊枪调节结构设置于套筒与焊接结构之间，用于调节焊接结构的竖向高度。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述剪力键安装结构包括，

多层径向伸缩结构，所述多层径向伸缩结构沿竖向间隔分布，每层径向伸缩结构包括多个沿套筒周向等距分布的第一伸缩杆；所述第一伸缩杆的固定端安装在套筒的圆周侧壁，第一伸缩杆的伸缩端夹持一节弧形剪力键节段并沿径向将一节剪力键节段移动至与钢管桩内壁贴合；

吸附结构，所述吸附结构安装在剪力键节段上，用于在剪力键节段贴合至钢管桩内壁时将该节剪力键节段吸附固定在钢管桩内壁；

多层径向伸缩结构夹持多节剪力键节段安装至钢管桩内壁形成环状的剪力键。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，每层径向伸缩结构包括两根第一伸缩杆，处于同层的两根第一伸缩杆沿套筒周向等距间隔布置；相邻两层径向伸缩结构的四根第一伸缩杆在平面上的投影沿套筒周向等距间隔分布。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述吸附结构包括安装在一节剪力键节段两端的第一磁铁。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述竖向调节结构包括，

卷扬机，所述卷扬机固定在钢管桩的顶部，卷扬机通过钢丝绳与套筒上端连接。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述焊接结构包括，

焊枪；

斜杆，所述斜杆上端通过水平转头可绕竖向轴线转动的铰接连接于套筒下端，斜杆下端沿竖向倾斜向钢管桩内壁一侧延伸，斜杆下端通过竖向转头可绕水平轴线转动的铰接连接于焊枪。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述焊枪调节结构包括，

螺杆，所述螺杆上端螺旋连接于套筒内侧下端，螺杆的下端通过连接筒与水平转头固定连接；

悬挂杆，所述悬挂杆是通过钢管桩顶部的提升结构可竖向移动的杆状结构，悬挂杆的下端通过连接绳与螺杆的上端固定连接。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，还包括设置于套筒和连接筒上用于限制套筒和连接筒非竖向方向移动的定位结构。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，所述定位结构包括，

多层径向伸展结构，所述多层径向伸展结构沿竖向间隔分布于套筒和连接筒上，每层径向伸展结构包括多根沿周向布置的第二伸缩杆；所述第二伸缩杆的固定端固定连接于套筒或是连接筒圆周外侧，第二伸缩杆的伸缩端沿径向向钢管桩的内壁伸展。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，每层径向伸展结构中至少有一对相对布置的第二伸缩杆的伸缩端设置有与钢管桩圆周内壁吸附连接的第二磁铁。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，每层径向伸展结构中至少有一对相对布置的第二伸缩杆的伸缩端设置有与钢管桩内壁滚动连接的导轮。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接装置，每层径向伸展结构中导轮处于相邻第二磁铁之间。

本申请还提供一种钢管桩内剪力键焊接方法，所述方法采用如上述的一种钢管桩内剪力键焊接装置进行操作，包括以下步骤：

S1、将待安装的剪力键节段固定到剪力键安装结构上，然后将整个焊接装置下放到钢管桩内，通过支撑结构固定在钢管桩的顶部；

S2、竖向调节结构调节套筒和剪力键安装结构下放至指定高度，剪力键安装结构将剪力键节段安装到钢管桩的内壁；

S3、竖向调节结构提升套筒直至下方的焊接结构上升到剪力键节段安装处，焊接结构对钢管桩内壁上的剪力键节段进行焊接；

S4、待焊接结构完成该层剪力键的焊接工序后，按照上述步骤S2和S3重复上述的操作进行另一层的剪力键的安装，依次进行，直至所有的剪力键安装完成。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接方法，所述步骤S1中，将待安装的剪力键节段固定到剪力键安装结构上的方法包括：将弧形的剪力键节段固定到剪力键安装结构中的第一伸缩杆的伸缩端，套筒圆周外侧设置有多层第一伸缩杆，每层包括多根沿周向等距间隔布置的第一伸缩杆，每根第一伸缩杆的端部固定一节弧形的剪力键节段，至少两层的多个第一伸缩杆上的剪力键节段相互拼接形成一圈环形剪力键。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接方法，所述步骤S2中，剪力键安装结构将剪力键节段安装到钢管桩的内壁的方法包括：竖向调节结构调节套筒的高度，使一层第一伸缩杆上的剪力键节段与指定的剪力键安装位置在高度上对齐，第一伸缩杆向钢管桩内壁伸展，使剪力键节段贴合在钢管桩内壁上固定，待一层的第一伸缩杆上的剪力键节段完成安装后，竖向调节结构调节另一层的第一伸缩杆上的剪力键到达指定的剪力键安装高度，另一层的第一伸缩杆将剪力键节段按照上述方法固定到钢管桩内壁上，依次进行，直至指定的剪力键安装位置形成一圈环形的剪力键。

根据本申请提供的一种钢管桩内剪力键焊接方法，所述步骤S3中，焊接结构对钢管桩内壁上的剪力键节段进行焊接的方法包括：利用焊枪调节结构调节焊接结构的竖向高度，使焊接结构的焊枪达到剪力键安装高度处，利用焊接结构中的水平转头驱动焊枪绕竖向轴线旋转360°，完成对一圈剪力键的焊接安装。

本申请的优点有：1、本申请的焊接装置能够伸入到插打于地基内的竖向钢管桩内进行剪力键的焊接安装施工，剪力键可以准确下放到钢管桩的指定位置，并且在无人进入的情况下，自动对剪力键进行焊接，整个安装操作的过程无需施工人员处于恶劣环境下，减少了海上作业人员，提高了安全性。且整个操作非常的简单，施工效率极高；

2、本申请的剪力键安装结构非常的简单，设置多层第一伸缩杆能够一次性携带多层剪力键，可以进行多层剪力键的一次性安装，操作简单，剪力键安装的效率大幅度的提升，且通过第一伸缩杆进行剪力键的快速安装，操作非常的方便，剪力键节段进入到钢管桩内侧时第一伸缩杆回缩，不会产生干涉，安装时直接伸展第一伸缩杆，剪力键节段能够方便的吸附安装到钢管桩内壁上；

3、本申请的相邻两层的第一伸缩杆是相互错开的，因此只需要两层的第一伸缩杆上的剪力键节段就可以形成所需的环状剪力键，相互错开的设置，不需要对套筒的竖向角度进行调节，就可以通过两层第一伸缩杆构建所需的环状剪力键，操作简单，剪力键节段之间不会出现相互干涉；

4、本申请的吸附结构非常的简单，通过在剪力键节段上安装第一磁铁，利用第一磁铁将剪力键节段吸附固定到钢管桩的内壁上，操作非常的简单，第一磁铁吸附稳定性好，且使用成本低廉，后续也无需回收；

5、本申请的竖向调节结构包括卷扬机，卷扬机安装固定在钢管桩的顶部，利用卡钳结构与钢管桩的顶部固定连接，卷扬机能够方便的对套筒进行竖向的升降调节，卷扬机使用方便，使用成本低廉；

6、本申请的焊枪通过斜杆固定在套筒的下端，水平转头能够使焊枪环绕一圈将所有的剪力键节段焊接到钢管桩内壁上，竖向转头能够调整焊枪的竖向朝向，通过对焊枪朝向的调整，实现了剪力键的上层和下层焊接，解决了传统工人管内昂焊难的问题，焊接效率得到了极大的提升，避免了对焊枪高度的反复调节；

7、本申请的焊枪调节结构是通过螺杆与套筒螺旋连接，当对螺杆进行竖向提升时，螺杆在套筒内侧螺旋转动上升，套筒对螺杆的竖向移动具有限位和导向作用，使整个焊接结构的竖向调节更加平稳；

8、本申请还对套筒和连接筒设置了定位结构，定位结构方便将套筒和连接筒固定定位在钢管桩内壁上，使整个焊接装置能够稳定的限制于钢管桩内，方便后续的剪力键节段的安装以及焊枪对剪力键的焊接操作；

9、本申请在套筒和连接筒上设置有多层径向伸展结构，通过第二伸缩杆对钢管桩的内壁进行径向支撑，通过反力张紧的方式将套筒和连接筒限制定位于钢管桩内，整体结构简单，使用方便，套筒和连接筒定位稳定；

10、本申请在一些第二伸缩杆的伸缩端设置第二磁铁，第二磁铁吸附在钢管桩内壁上，辅助第二伸缩杆对套筒和连接筒的支撑，进一步提升套筒和连接筒的稳定性；

11、本申请在一些第二伸缩杆的端部设置导轮，导轮可以在钢管桩内壁上进行滚动，特别是针对斜桩下放情况，这样在进行竖向调节时，可以避免套筒和连接筒出现晃动，竖向调节更为稳定，装置不会与钢管桩内壁产生碰撞；

12、本申请的第二磁铁和导轮交错布置，能够提升整个结构的稳定性，避免出现失衡的问题；

13、本申请的剪力键安装方法非常简单，应用在已插打于地基内的竖向钢管桩的剪力键安装操作非常的方便，无需人员进入到钢管桩内，可以更加安全和精确的完成剪力键的焊接施工，大幅度提高了施工效率；

14、本申请将环状的剪力键拆分为多个剪力键节段，每个剪力键节段由一根第一伸缩杆进行夹持，多个剪力键节段形成环状的剪力键，大幅度降低了剪力键安装的难度，同时方便了操作；

15、本申请对剪力键节段的安装方法是通过第一伸缩杆来完成的，第一伸缩杆向外伸展，即可方便的将剪力键节段贴合至钢管桩内壁上，多层第一伸缩杆上的多个节段形成所需的环状剪力键，相互之间不产生干涉，整体操作简单，使用起来极为的方便；

16、本申请对剪力键的焊接工序非常的简单，焊枪调节结构调节焊枪的高度，水平转头调节焊枪周向移动，实现对环状剪力键的快速焊接施工，整体焊接极为高效。

本申请的焊接装置结构简单，能够方便的应用在已插打于地基内的竖向钢管桩的剪力键安装，整体操作简单，无需人员进入到钢管桩内部，提高了施工安全性，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本申请的焊接装置焊接作业主视图；

图2：本申请的第一伸缩杆安装剪力键节段俯视图；

图3：本申请的定位结构俯视图；

其中：1—套筒；2—第一伸缩杆；3—剪力键节段；4—第一磁铁；5—螺杆；6—卷扬机；7—焊枪；8—斜杆；9—水平转头；10—竖向转头；11—连接筒；12—悬挂杆；13—第二伸缩杆；14—第二磁铁；15—导轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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一个或者更多个该特征。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。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本申请涉及到一种钢管桩内剪力键焊接装置，本申请的焊接装置用于在已插打于地基内的竖向钢管桩内进行钢管桩内部剪力键的焊接施工，本申请的焊接装置在焊接过程中，无需人员进入到钢管桩的内部进行操作，施工的安全性得到了极大的提升，同时整个焊接工序非常的简单，操作非常的方便，剪力键的焊接效率非常高。

具体的，如图1～3所示，本申请的钢管桩内剪力键焊接装置包括支撑结构、竖向调节结构、剪力键安装结构、焊接结构和焊枪调节结构，支撑结构包括沿竖向伸入已插打于地基内钢管桩内侧的套筒1，套筒1是整个焊接装置进入到钢管桩内部分的承载主体；竖向调节结构连接于套筒1上端，用于调节套筒1沿竖向的高度，竖向调节结构是用于将焊接装置下放到钢管桩内剪力键安装位置，方便后续对剪力键的安装布置；剪力键安装结构连接于套筒1圆周外侧，用于将剪力键安装固定在钢管桩内壁，剪力键安装结构是安装剪力键于钢管桩内壁的主体组件，操作人员在钢管桩外将剪力键安装到剪力键安装结构上，然后整体下放进入到钢管桩内侧，后续由剪力键安装结构将剪力键安装到钢管桩内壁上；焊接结构设置于套筒1的下端，用于将完成安装剪力键焊接固定在钢管桩内壁，焊接结构将剪力键焊接固定到钢管桩上完成整个焊接施工；焊枪调节结构设置于套筒1与焊接结构之间，用于调节焊接结构的竖向高度，确保焊枪能够处于合适的位置对剪力键进行焊接操作。

在实际焊接过程中，可以按照以下步骤进行：

S1、将待安装的剪力键节段3固定到剪力键安装结构上，然后将整个焊接装置下放到钢管桩内，通过支撑结构固定在钢管桩的顶部；

本申请为了方便对剪力键的安装，将环状的剪力键拆分为多个剪力键节段3，然后将剪力键节段3安装到剪力键安装结构上，再一起下放到钢管桩内部，这样的操作避免了剪力键在下放过程中与其他结构产生干涉，导致剪力键无法安装到位的问题，拆分为多个节段的剪力键节段3安装方便，后续焊接完成后组装成环状剪力键完全不影响使用；

支撑结构通过卡钳固定在钢管桩的顶部；

S2、竖向调节结构调节套筒1和剪力键安装结构下放至指定高度，剪力键安装结构将剪力键节段3安装到钢管桩的内壁；

剪力键安装结构将剪力键节段3安装到钢管桩的内壁，多个剪力键节段3形成所需的环状剪力键，剪力键节段3通过吸附或者是其他的方式固定在钢管桩内壁上，等待后续焊接结构对其进行焊接施工；

S3、竖向调节结构提升套筒1直至下方的焊接结构上升到剪力键节段3安装处，焊接结构对钢管桩内壁上的剪力键节段3进行焊接；

焊接结构移动到剪力键安装完成的高度，开始对剪力键进行焊接，将每节剪力键节段焊接固定在钢管桩内壁上，多根剪力键节段3形成环状的剪力键；

S4、待焊接结构完成该层剪力键的焊接工序后，按照上述步骤S2和S3重复上述的操作进行另一层的剪力键的安装，依次进行，直至所有的剪力键安装完成。

在本申请的一些实施例中，本实施例对上述的剪力键安装结构进行了优化，具体的，如图1和2所示，剪力键安装结构包括多层径向伸缩结构和吸附结构，多层径向伸缩结构沿竖向间隔分布，每层径向伸缩结构包括多个沿套筒1周向等距分布的第一伸缩杆2，第一伸缩杆2的固定端安装在套筒1的圆周侧壁，第一伸缩杆2的伸缩端夹持一节弧形剪力键节段3并沿径向将一节剪力键节段3移动至与钢管桩内壁贴合；吸附结构安装在剪力键节段3上，用于在剪力键节段3贴合至钢管桩内壁时将该节剪力键节段3吸附固定在钢管桩内壁；多层径向伸缩结构夹持多节剪力键节段3安装至钢管桩内壁形成环状的剪力键。

本实施例的第一伸缩杆2是可以进行远程控制的自动伸缩结构，第一伸缩杆2的伸缩端对剪力键节段3进行夹持固定，在套筒1还未进入到钢管桩内部时，首先将一节剪力键节段3夹持到第一伸缩杆2的伸缩端，然后控制第一伸缩杆2回缩其伸缩端，使第一伸缩杆2伸展的长度小于钢管桩的半径，避免在下放过程中与钢管桩发生碰撞；待剪力键节段3跟随套筒1下放到钢管桩内指定高度后，控制第一伸缩杆2向钢管桩内壁伸展，第一伸缩杆2将剪力键节段3驱动至贴合钢管桩内壁，在吸附结构的作用下，剪力键节段3倍吸附固定在钢管桩内壁的指定高度位置。

通过伸缩可调的第一伸缩杆2安装剪力键节段3，一方面极大程度的方便了剪力键节段3进入到钢管桩内部，不会与钢管桩造成碰撞干涉；另一方面第一伸缩杆2伸展即可将剪力键节段3安装到钢管桩内壁上，整个安装过程非常的方便，安装效率极高，整个安装的精度可控，操作简单。

本实施例的吸附结构包括安装在一节剪力键节段3两端的第一磁铁4，也可以是其他形式的结构，比如安装在剪力键节段3两端的吸盘等，只要能够将剪力键节段3吸附固定到钢管桩内壁上即可。当然考虑到剪力键节段3和钢管桩都是磁吸材质，使用磁铁进行吸附比较方便，成本也极为低廉，安装操作更加简单。

在本申请的进一步的实施例中，本实施例对上述的径向伸缩结构进行了进一步的优化，如图1和2所示，本实施例的每层径向伸缩结构包括两根第一伸缩杆2，处于同层的两根第一伸缩杆2沿套筒1周向等距间隔布置，相邻两层径向伸缩结构的四根第一伸缩杆2在平面上的投影沿套筒1周向等距间隔分布。

本实施例在每层设置两根第一伸缩杆2，两根第一伸缩杆2相对布置，然后相邻两层的第一伸缩杆2在水平方向上是交错排列的，之所以这样设置，是刚好可以将每根第一伸缩杆2上夹持的剪力键节段3设计为1/4圆，两层径向伸缩结构上的四根第一伸缩杆2上夹持的四根剪力键节段3可以组合形成一个环状的剪力键。由于相邻两层剪力键在水平方向上是不重叠的，因此在安装过程中也不会产生干涉，无需进行角度调节。

具体的对剪力键节段3进行安装时，竖向调节结构调节套筒1的高度，使一层第一伸缩杆2上的剪力键节段3与指定的剪力键安装位置在高度上对齐，第一伸缩杆2向钢管桩内壁伸展，使剪力键节段3贴合在钢管桩内壁上固定，待一层的第一伸缩杆2上的剪力键节段3完成安装后，竖向调节结构调节另一层的第一伸缩杆2上的剪力键到达指定的剪力键安装高度，另一层的第一伸缩杆2将剪力键节段3按照上述方法固定到钢管桩内壁上，依次进行，直至指定的剪力键安装位置形成一圈环形的剪力键。

实际应用时，并不限于上述的每层为两根剪力键节段3，也可以是其他数量的，比如3根、4根等，当然考虑到结构的简单性，每层两根剪力键节段3是比较优良的选择。

在本申请的另一些实施例中，本实施例对上述的竖向调节结构进行了优化，具体的，如图1所示，本实施例的竖向调节结构包括卷扬机6，本实施例在钢管桩顶部设置有一个固定支架，固定支架的两端通过卡钳结构固定在钢管桩的顶部，卷扬机6安装在固定支架上，卷扬机6通过钢丝绳与套筒1上端连接。

当需要对套筒1的高度进行调节时，只需要控制卷扬机6即可，卷扬机6可以精确的对套筒1进行高度调节，整体调节方便。

在本申请的一些实施例中，本实施例对上述的焊接结构进行了优化，具体的，如图1所述，本实施例的焊接结构包括焊枪7和斜杆8，斜杆8上端通过水平转头9可绕竖向轴线转动的铰接连接于套筒1下端，斜杆8下端沿竖向倾斜向钢管桩内壁一侧延伸，斜杆8下端通过竖向转头10可绕水平轴线转动的铰接连接于焊枪7。

斜杆8将焊枪7连接到套筒1的下端，使焊枪7能够靠近钢管桩内壁，方便对剪力键的焊接安装。水平转头9设置的目的是方便焊枪7能够沿钢管柱内侧周向移动，这样能够对一圈剪力键进行快速焊接；竖向转头10是调节焊枪7的朝向，使焊枪7能够绕水平轴向进行转动，当需要焊接的剪力键处于焊枪7的上方时，可以通过竖向转头10调节焊枪7朝向上方，对上方的剪力键进行焊接操作，当需要焊接的剪力键处于焊枪7的下方时，可以通过竖向转头10调节焊枪7朝向下方，对下方的剪力键进行焊接操作。

本实施例的水平转头9和竖向转头10都是可以通过远程自动控制的调节结构。

在本申请的进一步的实施例中，本实施例对上述的焊枪调节结构进行了优化，具体的，如图1所示，焊枪调节结构包括螺杆5和悬挂杆12，螺杆5上端螺旋连接于套筒1内侧下端，螺杆5的下端通过连接筒11与水平转头9固定连接；悬挂杆12是通过钢管桩顶部的提升结构可竖向移动的杆状结构，悬挂杆12的下端通过连接绳与螺杆5的上端固定连接。

套筒1的内侧设置有内螺纹，螺杆5螺旋连接于套筒1内，螺杆5的下端通过连接筒11与水平转头9进行连接，当需要对焊枪7进行高度调节时，只需要通过悬挂杆12驱动螺杆5沿套筒1的轴向移动，螺杆5在套筒1内螺旋移动，以此改变下方焊枪7的高度位置。螺杆5与套筒1的螺旋设计结构，套筒1能够对螺杆5进行限制和导向，使螺杆1只能沿套筒1的轴向进行移动，避免下方焊枪7的晃动，提高了焊钳7调节的稳定性。

在实际使用时，当需要对焊枪7进行高度调节时，通过悬挂杆12(悬挂杆12连接到钢管桩顶部的固定支架上，通过固定支架上的驱动结构进行竖向的提升或是下降)对螺杆5施加竖向作用力，螺杆5在套筒1内螺旋上升或是下降，下放的连接筒11、水平转头9、斜杆8、竖向转头10和焊枪7跟随这一起上升或是下降。

在本申请的优选的实施例中，本实施例在套筒1和连接筒11上设置有用于限制套筒1和连接筒11非竖向方向移动的定位结构。定位结构设置的目的是将套筒1和连接筒11定位限制于钢管桩内，避免在剪力键节段3安装和后续焊枪7焊接过程中可能出现的晃动，提高安装的精度和焊接的精度。

具体的，如图1和3所示，本实施例的定位结构包括多层径向伸展结构，多层径向伸展结构沿竖向间隔分布于套筒1和连接筒11上，每层径向伸展结构包括多根沿周向布置的第二伸缩杆13，第二伸缩杆13的固定端固定连接于套筒1或是连接筒11圆周外侧，第二伸缩杆13的伸缩端沿径向向钢管桩的内壁伸展。

第二伸缩杆13与第一伸缩杆2的结构类似，都是可以通过远程控制调节的径向伸展结构，当需要将套筒1和连接筒11固定定位于钢管桩内壁时，控制第二伸缩杆13沿径向向钢管桩内壁伸展，使第二伸缩杆13的伸缩端支撑在钢管桩内壁上，多根第二伸缩杆13共同作用到钢管桩内壁产生反作用力，迫使套筒1和连接筒11稳定的支撑在钢管桩内。

进一步的，本实施例的每层径向伸展结构中至少有一对相对布置第二伸缩杆13的伸缩端设置有与钢管桩圆周内壁吸附连接的第二磁铁14。第二磁铁14是辅助第二伸缩杆13对套筒1和连接筒11进行稳定的，当第二伸缩杆13伸展开来，使第二磁铁14吸附到钢管桩内壁上，辅助第二磁铁14对套筒1进行定位限制。

另外，每层径向伸展结构中至少有一对相对布置第二伸缩杆13的伸缩端设置有与钢管桩内壁滚动连接的导轮15。导轮15是方便在竖向调节过程中，对套筒1和连接筒11向调节时，将安装有导轮15的第二伸缩杆13伸展开来，使导轮15贴合到钢管桩内壁上(将安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13回缩，使第二磁铁14脱离钢管桩内壁)，此时套筒1和连接筒11不会产生非竖向方向的晃动，使套筒1和连接筒11的竖向调节更为稳定。

为了方便布置调节，本实施例的每层径向伸展结构中导轮15处于相邻第二磁铁14之间。安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13相对布置，安装有导轮15的第二伸缩杆13相对布置，两种第二伸缩杆13交错布置，分别应用与不同的场景需求。

实际使用时，套筒1和连接筒11在进行高度调节时，将安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13进行回缩，使第二磁铁14脱离钢管桩内壁，同时驱动安装有导轮15的第二伸缩杆13向钢管桩内壁移动，直至导轮15贴合到钢管桩内壁上，然后通过卷扬机6对套筒1、连接筒11进行竖向的位置调节；待竖向位置调节完成后，驱动安装有导轮15的第二伸缩杆13回缩，使导轮15脱离钢管桩内壁，驱动安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13伸展，使第二磁铁14接触到钢管桩内壁并吸附在钢管桩内壁上，相对布置的第二伸缩杆13伸展张紧，将套筒1和连接筒11固定限制于钢管桩内侧，避免出现非竖向方向的晃动。

本申请的焊接装置在进行焊接施工时，首先需要将环状的剪力键拆分为四等分的剪力键节段3，然后将每节剪力键节段3夹持固定到第一伸缩杆2的伸缩端，在下放前，使第一伸缩杆2回缩，对第二伸缩杆13也进行回缩，使整个焊接装置从套筒1处至以下的部分的扩展半径小于钢管桩的半径，方便对焊接装置的下放；通过卡钳结构将固定支架固定在钢管桩的顶部，将套筒1等结构下放至钢管桩内，套筒1完全进入到钢管桩内后，驱动安装有导轮15的第二伸缩杆13展开，使导轮15贴合到钢管桩内壁上，驱动安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13回缩，然后在卷扬机6的作用下下放套筒1，使待安装的剪力键节段3下放到指定高度位置，指定高度位置可以通过控制卷扬机6的下放长度进行操作，或者是在套筒1等结构上安装摄像头，施工人员在钢管桩外侧观察下放位置，直至待安装的剪力键节段3下放到指定的高度位置；下放到位后，驱动安装有第二磁铁14的第二伸缩杆13伸展，使第二磁铁14吸附固定到钢管桩内壁，可以选择回缩安装有导轮15的第二伸缩杆13也可以选择不进行操作，驱动与指定高度齐平的一层第一伸缩杆2向钢管桩内壁扩展，第一伸缩杆2将夹持的剪力键节段3移动至与钢管桩内壁贴合，在第一磁铁4的作用下，与钢管桩内壁贴合的剪力键节段3倍吸附在钢管桩内壁上，完成一层剪力键节段3的吸附操作后，卷扬机6沿竖向调节套筒1上相邻的一层剪力键节段3至与指定高度对齐，然后按照上述的操作方法进行剩余两根剪力键节段3的安装，至此在指定的高度位置形成了环状的剪力键；按照此方法完成所有指定位置的剪力键安装后，可以开始进行剪力键的焊接操作，大范围调节焊枪7的竖向高度可以通过卷扬机6进行操作，待焊枪7的竖向高度达到合适的位置后，通过对悬挂杆12进行竖向的作用，调节螺杆5使螺杆5在套筒1内螺旋上升或是下降，直至焊枪7对准待焊接的剪力键，然后开启焊枪7，在水平转头9的调节作用下，焊枪7旋转一周完成一层剪力键的焊接作业；此时，可以根据焊枪7与下一组待焊接的剪力键的相对位置关系，利用竖向转头10对焊枪7进行朝向调节，当需要焊接的剪力键处于焊枪7的上方时，可以通过竖向转头10调节焊枪7朝向上方，对上方的剪力键进行焊接操作，当需要焊接的剪力键处于焊枪7的下方时，可以通过竖向转头10调节焊枪7朝向下方，对下方的剪力键进行焊接操作；依次进行，直至所有的剪力键完成焊接，卷扬机6对焊接装置进行竖向提升，将焊接装置从钢管桩内取出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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同物界定。

Claims (10)

1.一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：包括，

支撑结构，所述支撑结构包括沿竖向伸入已插打于地基内钢管桩内侧的套筒(1)；

竖向调节结构，所述竖向调节结构连接于套筒(1)上端，用于调节套筒(1)沿竖向的高度；

剪力键安装结构，所述剪力键安装结构连接于套筒(1)圆周外侧，用于将剪力键安装固定在钢管桩内壁；

焊接结构，所述焊接结构设置于套筒(1)的下端，用于将完成安装剪力键焊接固定在钢管桩内壁；

焊枪调节结构，所述焊枪调节结构设置于套筒(1)与焊接结构之间，用于调节焊接结构的竖向高度。

2.如权利要求1所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述剪力键安装结构包括，

多层径向伸缩结构，所述多层径向伸缩结构沿竖向间隔分布，每层径向伸缩结构包括多个沿套筒(1)周向等距分布的第一伸缩杆(2)；所述第一伸缩杆(2)的固定端安装在套筒(1)的圆周侧壁，第一伸缩杆(2)的伸缩端夹持一节弧形剪力键节段(3)并沿径向将一节剪力键节段(3)移动至与钢管桩内壁贴合；

吸附结构，所述吸附结构安装在剪力键节段(3)上，用于在剪力键节段(3)贴合至钢管桩内壁时将该节剪力键节段(3)吸附固定在钢管桩内壁；

多层径向伸缩结构夹持多节剪力键节段(3)安装至钢管桩内壁形成环状的剪力键。

3.如权利要求2所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：每层径向伸缩结构包括两根第一伸缩杆(2)，处于同层的两根第一伸缩杆(2)沿套筒(1)周向等距间隔布置；相邻两层径向伸缩结构的四根第一伸缩杆(2)在平面上的投影沿套筒(1)周向等距间隔分布。

4.如权利要求2所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述吸附结构包括安装在一节剪力键节段(3)两端的第一磁铁(4)。

5.如权利要求1所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述竖向调节结构包括，

卷扬机(6)，所述卷扬机(6)固定在钢管桩的顶部，卷扬机(6)通过钢丝绳与套筒(1)上端连接。

6.如权利要求1所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述焊接结构包括，

焊枪(7)；

斜杆(8)，所述斜杆(8)上端通过水平转头(9)可绕竖向轴线转动的铰接连接于套筒(1)下端，斜杆(8)下端沿竖向倾斜向钢管桩内壁一侧延伸，斜杆(8)下端通过竖向转头(10)可绕水平轴线转动的铰接连接于焊枪(7)。

7.如权利要求6所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述焊枪调节结构包括，

螺杆(5)，所述螺杆(5)上端螺旋连接于套筒(1)内侧下端，螺杆(5)的下端通过连接筒(11)与水平转头(9)固定连接；

悬挂杆(12)，所述悬挂杆(12)是通过钢管桩顶部的提升结构可竖向移动的杆状结构，悬挂杆(12)的下端通过连接绳与螺杆(5)的上端固定连接。

8.如权利要求7所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：还包括设置于套筒和连接筒(11)上用于限制套筒(1)和连接筒(11)非竖向方向移动的定位结构。

9.如权利要求8所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置，其特征在于：所述定位结构包括，

多层径向伸展结构，所述多层径向伸展结构沿竖向间隔分布于套筒(1)和连接筒(11)上，每层径向伸展结构包括多根沿周向布置的第二伸缩杆(13)；所述第二伸缩杆(13)的固定端固定连接于套筒(1)或是连接筒(11)圆周外侧，第二伸缩杆(13)的伸缩端沿径向向钢管桩的内壁伸展。

10.一种钢管桩内剪力键焊接方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1～9任一所述的一种钢管桩内剪力键焊接装置进行操作，包括以下步骤：

S1、将待安装的剪力键节段(3)固定到剪力键安装结构上，然后将整个焊接装置下放到钢管桩内，通过支撑结构固定在钢管桩的顶部；

S2、竖向调节结构调节套筒(1)和剪力键安装结构下放至指定高度，剪力键安装结构将剪力键节段(3)安装到钢管桩的内壁；

S3、竖向调节结构提升套筒(1)直至下方的焊接结构上升到剪力键节段(3)安装处，焊接结构对钢管桩内壁上的剪力键节段(3)进行焊接；

S4、待焊接结构完成该层剪力键的焊接工序后，按照上述步骤S2和S3重复上述的操作进行另一层的剪力键的安装，依次进行，直至所有的剪力键安装完成。