CN118046172A - 一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法，超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置包括若干平行且间隔设置的安装支座，若干安装支座用于支撑各管件，各安装支座包括底板、腹板和基准凸台，腹板竖直固定在底板上，腹板上方由上至下依次设有平行的安装基准面和测量基准面，安装基准面与管件外表面匹配，腹板上由若干基准孔，基准凸台与找正台阶分别位于腹板两侧，基准凸台上设有垂直的第一、第二基准面，竖直的第一基准面与安装基准面的轴线平行，各安装基准面同轴。一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法，根据测量基准面与管件的实时间距，可实现管件同轴度的实时控制，保证管件最终直线度、同轴度满足要求。

Description

一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法

技术领域

本发明属于焊接辅助工装领域，具体涉及一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法。

背景技术

目前，常用的长壳体对接对中控制工艺有拉基准线、激光束等，拉基准线、激光束提供基准，然后在壳体外侧或内侧选取基准点，通过监测基准点至拉基准线、激光束的间距，判断静态对中和动态对中的实际情况。本种方法对中对于静态装配较为适用有效，但在动态工位、焊接等情况下并不利于实施。例如，某核电示范堆型热交换器超长管件，总长达到了17米，长径比约27，总拼接环缝数量达到了6条，单段长度最大接近9米，所拼接管件外径范围φ630mm～φ770mm等，同轴度要求φ2mm，精度要求高，该管件为不锈钢材质，传统测量方法无法在焊接过程中进行精确测量，因焊接工位的干涉，无法实时反映变形情况。

因此，需要一种新的技术以解决现有技术中在对接焊接的过程中无法实时监测管件的变形方向和变形量的问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法，其在对接焊接的过程中可实时监测管件的变形方向和变形量，从而实现对管件装焊同轴度、直线度的控制。

本发明采用了以下技术方案：

一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，包括若干平行且间隔设置的安装支座，所述若干安装支座用于支撑各管件，各所述安装支座包括底板、腹板和基准凸台，所述底板水平设置，所述腹板竖直固定在所述底板上，所述腹板上方由上至下依次设有相互平行的安装基准面和测量基准面，所述安装基准面与管件外表面匹配，所述腹板上设有找正台阶和若干基准孔；

所述基准凸台固定在所述腹板上，所述基准凸台与所述找正台阶分别位于所述腹板的两侧，所述基准凸台上设有相互垂直的第一基准面和第二基准面，所述第一基准面竖直设置且与所述安装基准面的轴线平行，所述所述第一基准面、所述第二基准面与所述所述安装基准面的轴线之间具有间距；

各对应设置的所述基准孔的轴线重合，各所述找正台阶相互对应，各所述安装基准面的轴线重合。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述安装支座还设有垫板，所述垫板轴线方向上的长度大于此方向上所述腹板的厚度，所述垫板安装在所述腹板上端，所述垫板的上表面形成所述安装基准面，所述垫板上设有弧形测量台阶，所述弧形测量台阶上朝上设置的台阶面形成所述测量基准面。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述基准凸台在所述垫板轴线方向上的长度大于所述腹板的厚度，所述基准凸台呈台阶状且固定在所述腹板上端，所述基准凸台与所述找正台阶分别位于所述垫板的两侧，所述第一基准面、所述第二基准面均位于所述基准凸台上远离所述垫板的一侧，所述第一基准面与所述第二基准面相互连接呈L型。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述腹板上设有与所述安装基准面的轴线平行的第一侧面、第四侧面，所述第一侧面与所述第四侧面相对设置，所述基准凸台位于所述腹板上端面与所述第一侧面的连接节点处，所述找正台阶位于所述腹板上端面与所述第四侧面的连接节点处。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述安装支座还设有若干肋板，所述腹板上具有相对设置且与所述安装基准面的轴线垂直的第二侧面和第三侧面，所述若干肋板对称地安装在所述腹板两侧，各所述肋板与所述第二侧面或第三侧面紧密连接，各所述肋板的底面与所述底板紧密连接，各所述肋板的上端面与所述垫板的下表面紧密连接；所述第一侧面、所述第二侧面、所述第三侧面和所述第四侧面依次首尾连接。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述若干基准孔分布在所述腹板上左右两侧，左、右两侧的各所述基准孔分别位于所述找正台阶、所述基准凸台的下方，所述若干肋板均位于左、右两侧的所述若干基准孔之间。

一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，采用如上所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，包括以下步骤：

S1.组装各所述安装支座；

S2.加工所述底板的上端面使其水平，以所述底板的上端面为基准，加工出所述基准凸台上的互相垂直的所述第一基准面和所述第二基准面，同时加工出所述腹板上的所述找正台阶和各所述基准孔；

S3.加工所述垫板的上表面形成所述安装基准面，同时在所述安装基准面上加工一宽×高为50mm×6mm的所述弧形测量台阶；

S4.将各所述安装支座安装在铸铁平台上，采用激光找正器配合调整使各所述基准孔轴线重合、各所述找正台阶对齐、所述基准凸台对齐；

S5.将两个待对接管件分别安装在对应的若干所述安装支座上，调整管件外表面与对应的所述安装支座上的所述安装基准面完全贴合，测量并记录各所述安装基准面上的弧形测量台阶与管件外表面之间的距离X1；

S6.装焊待对接管件，装焊过程中实时测量所述安装基准面上的所述测量基准面与管件外表面的距离Xn，此时，装焊变形量Y＝Xn-X1，当变形量Y达到0.5mm时，旋转对接管件，调整焊接顺序，反向焊接以控制变形。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S3中，控制所述安装基准面的圆心或轴线与所述第一基准面、所述第二基准面之间的间距，以所述基准凸台为基准加工所述安装基准面，其中，弧形测量台阶上的测量基准面与安装基准面同轴设置，同轴度不大于0.1mm。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S4中，各所述第一基准面、各所述第二基准平面分别相互对齐且对齐度均不大于0.1mm。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤S5中，通过手电照射管件外表面与所述安装基准面之间是否透光来判断是否贴合。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

在长管件环缝对接组装过程中，尤其是超长大口径管的对中，采用激光找平装置，通过调整各基准孔的轴线重合以及各找正台阶的相互对应，可保证各安装支座的安装同轴度、直线度满足管件对接的要求。根据各安装支座上的测量基准面与管件的距离，可实时进行管件焊接过程中变形趋势和变形情况的测量，且能快速识别出环缝焊接过程中的对中偏差，并及时转动管件方位，调整焊接顺序，在对接焊接的过程中可实时监测管件的变形方向和变形量，可实现超长管件的同轴度、直线度的实时控制，保证管件最终直线度、同轴度满足要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：

图1是安装支座固定在铸铁平台时与管件安装结构主视图；

图2是安装支座固定在铸铁平台时与管件安装结构侧视图；

图3是激光找正器、安装支座与管件安装结构示意图；

图4是安装支座及垫板的连接结构的主视图；

图5是安装支座及垫板的连接结构的侧视图；

图6是安装支座及垫板的连接结构的俯视时的半剖视图；

图7是图4中A部分结构放大图；

图8是图5中B部分结构放大图；

图9是弧形测量台阶某一位置处的剖面图；

图10是某一肋板的侧视图。

附图标记：

1-激光找正器；

2-安装支座；21-腹板；211-基准孔；212-找正台阶；22-底板；23-肋板；24-基准凸台；241-第一基准面；242-第二基准面；

3-垫板；31-安装基准面；32-弧形测量台阶；321-测量基准面；

4-管件；

5-铸铁平台。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

参照图1至图10，一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，包括若干平行且间隔设置的安装支座2，所述若干安装支座2用于支撑各管件4，各所述安装支座2包括底板22、腹板21和基准凸台24，所述底板22水平设置，所述腹板21竖直固定在所述底板22上，所述腹板21上方由上至下依次设有相互平行的安装基准面31和测量基准面321，安装基准面31和测量基准面321在竖直方向上具有间距。所述安装基准面31的纵截面呈弧形且与管件4的外表面匹配，所述测量基准面321的轴线与安装基准面31的轴线重合，所述测量基准面321所在的圆的直径大于所述安装基准面31所在的圆的直径，所述腹板21上开设有找正台阶212和若干基准孔211，所述找正台阶212呈台阶状并设置于所述腹板21上端的一侧。所述基准凸台24固定在所述腹板21上，所述基准凸台24与所述找正台阶212分别位于腹板21的左右两侧，可便于区分腹板21的左右两侧，以便于减少各安装支座2的安装误差。所述基准凸台24上设有相互垂直的第一基准面241和第二基准面242，所述第一基准面241竖直设置且与所述安装基准面31的轴线平行，所述第一基准面241、所述第二基准面242与所述安装基准面31的轴线之间具有间距，根据所述第一基准面241、所述第二基准面242可确定安装基准面31的轴线的位置或其对应圆心的位置，以便于确保各安装基准面31同轴。其中，安装若干安装支座2时，各找正台阶212上水平朝向设置的台阶面均位于同一平面上，各第一基准面241均位于同一平面上，各第二基准面242均位于同一平面上。

使用时，调整各安装支座2，使对应设置的各所述基准孔211的轴线重合，各所述找正台阶212相互对应，各所述基准凸台24相互对应，各所述安装基准面31的轴线重合，即可保证各管件4的同轴度。所述找正台阶212用于多个安装支座2之间的初次找正，在安装时，通过激光找正器1调整各安装支座2至各找正台阶212、各基准孔211相互对应，即，各找正台阶212的竖直面均位于同一平面上、水平面均位于同一平面上，各基准孔211同轴，以将各安装基准面31调整至同轴。

采用激光找正器1或其他激光找平装置，通过调整各基准孔211的轴线重合以及各找正台阶212的相互对应，可保证各安装支座2的安装同轴度、直线度满足管件4对接的要求。在焊接过程中，根据各安装支座2上的测量基准面321与管件4的外表面之间的距离，判定管件4的变形方向和变形量，通过调整焊接顺序、焊接方位等，控制焊接变形，保证管件4最终直线度、同轴度满足要求。

在长管件4环缝对接组装过程中，尤其是超长大口径管的对中，相对于传统的内部静态对中，本方案的超长管件4装焊同轴度、直线度的控制装置可实现动态下的对中监测，可实时进行管件4焊接过程中变形趋势和变形情况的测量，且能快速识别出环缝焊接过程中的对中偏差，并及时转动管件4方位，调整焊接顺序，实时监测管件4变形量，实现超长管件4的同轴度的实时控制。可在各安装支座2上安装百分表或激光测距设备，以实现管件4在对接的焊接过程中变形数据的实时读取。

具体地，各所述安装支座2上还设有垫板3，垫板3可优选为弧形板，垫板3的上、下表面均为同轴设置的弧面。所述垫板3可通过焊接方式固定安装在所述腹板21上端，所述垫板3轴线方向上的长度大于此方向上所述腹板21的厚度，垫板3的底面与腹板21、各肋板23的顶端可通过焊接方式固定连接。垫板3在水平方向上位于找正台阶212与基准凸台24之间，所述垫板3的上表面形成所述安装基准面31，安装基准面31为弧形面。

具体地，各所述垫板3上设有弧形测量台阶32，所述弧形测量台阶32上朝上设置的台阶面形成所述测量基准面321。

具体地，所述基准凸台24呈台阶状，纵截面呈L型，所述基准凸台24可通过焊接方式安装在所述腹板21上端。所述基准凸台24在所述垫板3的安装基准面31轴线方向上的宽度大于腹板21的厚度。所述基准凸台24与所述找正台阶212均与所述垫板3外表面之间具有间距，不会对垫板3的安装造成妨碍。所述基准凸台24上远离所述垫板3的一侧设有相互垂直的第一基准面241和第二基准面242，所述第一基准面241与所述第二基准面242相互连接呈L型。

具体地，所述腹板21上设有与所述安装基准面31的轴线平行的第一侧面、第四侧面，所述第一侧面与所述第四侧面相对设置，所述基准凸台24位于所述腹板21上端面与所述第一侧面的连接节点处，所述找正台阶212位于所述腹板21的上端面与所述第四侧面的连接节点或拐角处。

具体地，各所述安装支座2上还设有若干肋板23，所述腹板21上具有相对设置且与所述安装基准面31的轴线垂直的第二侧面和第三侧面，所述若干肋板23对称地安装在所述腹板21两侧，各所述肋板23与所述第二侧面或第三侧面紧密连接，各所述肋板23的底面与所述底板22紧密连接，各所述肋板23的上端面与所述垫板3的下表面紧密连接。其中，所述第一侧面213、所述第二侧面、所述第三侧面和所述第四侧面依次首尾连接且均为腹板21的四个相互连接的竖直侧面。

具体地，所述若干基准孔211相对所述垫板3对称地分布在所述腹板21上左右两侧，左、右两侧的各所述基准孔211分别位于所述找正台阶212、所述基准凸台24的下方，所述若干肋板23均位于左、右两侧的所述若干基准孔211之间。

具体地，参照图8，腹板21上与左右两侧肋板23相连接的两侧的底端设有倒角结构，以便于腹板21、底板22、各肋板23的焊接固定。各肋板23与腹板21紧密连接的一侧的上下两端均设有倒角结构，上端倒角结构的设置，可便于腹板21、各肋板23顶端与垫板3之间焊接连接时结构的稳固。

一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，采用如上所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，包括以下步骤：

S1.组装各所述安装支座：将各零件装焊成若干安装支座2，其中，各安装支座2中的基准凸台焊接在其腹板上。

S2.加工各底板22的上端面使其水平，以底板22的上端面为基准，加工出各基准凸台24上的互相垂直的第一基准面241和第二基准面242，同时加工出各腹板21上的找正台阶212和各基准孔211。

S3.以各基准凸台24为基准，加工垫板3的上表面形成弧形的安装基准面31，控制安装基准面31的圆心或轴线与基准凸台24上第一基准面241、第二基准面242之间的距离，使得安装基准面31与待对接的管件4的外表面匹配。同时在安装基准面31上加工一宽×高为50mm×6mm的弧形测量台阶32，此弧形测量台阶32上朝上设置的台阶面形成测量基准面321，测量基准面321在与腹板21平行的竖直平面的截面呈弧形，且弧形测量台阶32与安装基准面31同轴，即，测量基准面321所在的轴线与安装基准面31所在的轴线重合。弧形测量台阶32与安装基准面31之间的同轴度不大于0.1mm。其中，安装基准面31所在的圆心或轴线与第一基准面241之间在水平方向上的间距、安装基准面31所在的圆心或轴线与第二基准面242之间在竖直方向上的间距可根据实际待对接的管件4的尺寸确定。

S4.将各安装支座2安装在铸铁平台5上，采用激光找正器1配合调整使各基准孔211轴线重合、各找正台阶212相互对应、各基准凸台24上的第一基准面241水平对齐、第二基准平面竖直对齐，对齐度均不大于0.1mm，即可保证各安装支座2上的安装基准面31的弧面中心在同一水平轴线上。

S5.将各待对接管件4分别安装在若干相互对应的安装支座2上，调整各管件4外表面与对应的安装支座2上的安装基准面31完全贴合，测量并记录各安装基准面31上的弧形测量台阶32与管件4外表面之间的距离X1。其中，管件4外表面各安装支座2的圆弧面完全贴合时，即可认为待对接管件4的同轴度满足要求，可通过手电照射管件4与安装基准面31之间是否透光来判断是否贴合。

S6.装焊待对接管件4：装焊过程中实时测量安装基准面31上的弧形测量台阶32的测量基准面321到管件4外表面的距离Xn，此时，装焊变形量Y＝Xn-X1，当变形量Y达到0.5mm时，同步旋转焊接节点处左右两侧的对接管件4，消除重力影响因素，调整焊接顺序，反向焊接以控制变形量小于0.5mm，最终将管件的同轴度、直线度控制在φ2mm。在焊接过程中，根据各安装支座上的测量基准面321与对应管件4外表面的距离，判定管件4的变形方向和变形量，通过调整焊接顺序、焊接方位等，控制焊接变形，保证管件4最终直线度、同轴度满足要求。在长管件环缝对接组装对中控制过程，相对于仅在焊接前进行内部静态对中控制，本方案的超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法为焊接过程中动态下的对中监测，且能快速识别出环缝焊接过程中的对中偏差，并及时转动对接管件4方位，调整焊接顺序，可实现超长管件的同轴度、直线度的实时控制，保证管件最终直线度、同轴度满足要求。

本方案的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法，已在某项目2件长度17米长管件4上应用，采用本方案中的控制装置及控制方法，保障了细长管件4对接过程中的直线度控制精度。保障了工作人员在过程中的测量、分析准确性，大幅提升了制造过程中、制造完成后的直线度监测和检查效率。

本发明所述的一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置及方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：包括若干平行且间隔设置的安装支座，所述若干安装支座用于支撑各管件，各所述安装支座包括底板、腹板和基准凸台，所述底板水平设置，所述腹板竖直固定在所述底板上，所述腹板上方由上至下依次设有相互平行的安装基准面和测量基准面，所述安装基准面与管件外表面匹配，所述腹板上设有找正台阶和若干基准孔；

所述基准凸台固定在所述腹板上，所述基准凸台与所述找正台阶分别位于所述腹板的两侧，所述基准凸台上设有相互垂直的第一基准面和第二基准面，所述第一基准面竖直设置且与所述安装基准面的轴线平行，所述所述第一基准面、所述第二基准面与所述所述安装基准面的轴线之间具有间距；

各对应设置的所述基准孔的轴线重合，各所述找正台阶相互对应，各所述安装基准面的轴线重合。

2.根据权利要求1所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：所述安装支座还设有垫板，所述垫板轴线方向上的长度大于此方向上所述腹板的厚度，所述垫板安装在所述腹板上端，所述垫板的上表面形成所述安装基准面，所述垫板上设有弧形测量台阶，所述弧形测量台阶上朝上设置的台阶面形成所述测量基准面。

3.根据权利要求2所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：所述基准凸台在所述垫板轴线方向上的长度大于所述腹板的厚度，所述基准凸台呈台阶状且固定在所述腹板上端，所述基准凸台与所述找正台阶分别位于所述垫板的两侧，所述第一基准面、所述第二基准面均位于所述基准凸台上远离所述垫板的一侧，所述第一基准面与所述第二基准面相互连接呈L型。

4.根据权利要求3所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：所述腹板上设有与所述安装基准面的轴线平行的第一侧面、第四侧面，所述第一侧面与所述第四侧面相对设置，所述基准凸台位于所述腹板上端面与所述第一侧面的连接节点处，所述找正台阶位于所述腹板上端面与所述第四侧面的连接节点处。

5.根据权利要求4所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：所述安装支座还设有若干肋板，所述腹板上具有相对设置且与所述安装基准面的轴线垂直的第二侧面和第三侧面，所述若干肋板对称地安装在所述腹板两侧，各所述肋板与所述第二侧面或第三侧面紧密连接，各所述肋板的底面与所述底板紧密连接，各所述肋板的上端面与所述垫板的下表面紧密连接；所述第一侧面、所述第二侧面、所述第三侧面和所述第四侧面依次首尾连接。

6.根据权利要求5所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：所述若干基准孔分布在所述腹板上左右两侧，左、右两侧的各所述基准孔分别位于所述找正台阶、所述基准凸台的下方，所述若干肋板均位于左、右两侧的所述若干基准孔之间。

7.一种超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，采用如权利要求2-6任一项所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1.组装各所述安装支座；

S2.加工所述底板的上端面使其水平，以所述底板的上端面为基准，加工出所述基准凸台上的互相垂直的所述第一基准面和所述第二基准面，同时加工出所述腹板上的所述找正台阶和各所述基准孔；

S3.加工所述垫板的上表面形成所述安装基准面，同时在所述安装基准面上加工一宽×高为50mm×6mm的所述弧形测量台阶；

S4.将各所述安装支座安装在铸铁平台上，采用激光找正器配合调整使各所述基准孔轴线重合、各所述找正台阶对齐、所述基准凸台对齐；

S5.将两个待对接管件分别安装在对应的若干所述安装支座上，调整管件外表面与对应的所述安装支座上的所述安装基准面完全贴合，测量并记录各所述安装基准面上的弧形测量台阶与管件外表面之间的距离X1；

S6.装焊待对接管件，装焊过程中实时测量所述安装基准面上的所述测量基准面与管件外表面的距离Xn，此时，装焊变形量Y＝Xn-X1，当变形量Y达到0.5mm时，旋转对接管件，调整焊接顺序，反向焊接以控制变形。

8.根据权利要求7所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，其特征在于：步骤S3中，控制所述安装基准面的圆心或轴线与所述第一基准面、所述第二基准面之间的间距，以所述基准凸台为基准加工所述安装基准面，其中，弧形测量台阶上的测量基准面与安装基准面同轴设置，同轴度不大于0.1mm。

9.根据权利要求7所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，其特征在于：步骤S4中，各所述第一基准面、各所述第二基准平面分别相互对齐且对齐度均不大于0.1mm。

10.根据权利要求7所述的超长管件装焊同轴度、直线度的控制方法，其特征在于：步骤S5中，通过手电照射管件外表面与所述安装基准面之间是否透光来判断是否贴合。