CN1590010A - 管子夹持组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一轨道焊接装置的管子夹持组件，包括：用于在其内容纳一个第一圆柱形工件的第一夹持装置；用于在其内容纳一个第二圆柱形工件的第二夹持装置；以及所述第一和第二夹持装置相互之间保持间隔开，以便在其间容纳一个轨道焊机头；所述第一和第二夹持装置分别具有一对用于独立地夹持第一和第二工件的夹持臂，每个夹持臂具有一个夹持表面，该夹持表面被大体成形为在侧视图中为半个具有至少六个侧边的多边形，使得第一和第二工件通过管子夹持组件而被保持彼此同轴对齐。

Description

管子夹持组件

                      技术领域

本发明涉及夹持圆柱形工件的方法和设备，尤其是涉及用于夹持和保持轨道焊接操作过程中的圆柱形工件的方法和设备。

                      背景技术

轨道弧焊设备经常用于焊接在流体处理加工系统中使用的导管和管道。例如，授予Benway等人的美国专利US5136134(在此结合并参照)和Benway等人的美国专利US4223686(在此结合并参照)都公开了用于焊接一对管状工件的轨道焊设备。在此公开的轨道焊设备基本是针对焊接封闭限制空间内的小直径管子的系统。′134和′686专利公开了一种用于在焊接操作过程中容纳和保持要被焊接的管子的管子夹持组件。在此公开的管子夹持组件通常是一剪刀型夹具，其中每根管子在一可移动夹持臂和一固定夹持臂之间保持就位。管子安装在每一对臂中，从而使它们保持端-端对接关系。一旦管子固定，就将轨道焊头插入该管子夹持组件中，进行焊接操作，而管子在其对接接头处完成焊接。本发明针对在此公开的管子夹持组件以及其他类似的管子夹持组件的改进。

当焊接圆柱形工件时，工件必须径向和轴向对齐，以便第一工件的端部对接第二工件的端部。然而，加工误差限制了在大多数管子夹持组件中可达到的径向对齐精度。因此，需要有能确保在管状工件之间的精确径向对齐的管子夹持组件。另一个经常存在于现有剪刀型管子夹持组件的问题是一般与基座整体制成的固定夹持臂不能拆卸。因此，当固定夹持臂损坏时，整个固定装置必须更换。因此需要有一种具有可拆卸的夹持臂，尤其是可拆卸的固定夹持臂的管子夹持组件。

为了确保要焊接的管子的正确对齐，夹持臂的轴向移动应当最小化。已经发现，在夹持圆柱形工件的过程中夹持臂可能轴向向外张开。在管子的外径上作用的径向夹持力的反作用可能转变成使夹持臂向外张开的轴向分力。这种向外运动可能使管子移位分离，使得它们的对接端不再接触。而且，已经发现，在焊接过程中焊接接头的收缩可能导致夹持臂的向内移动。这种向内移动可能导致臂夹持或夹紧通过该夹持组件保持的焊接机头，这可能损害焊接机头转子的转动。因此，需要一种限制夹持臂在向内和向外两轴向方向上的轴向运动的布置。

最后，每一组夹持臂应当有足够的力夹持工件，从而在其中牢固地夹紧工件，以避免焊接操作过程中的任何移动。例如，Benway等人的美国专利US4868367，在此结合并参照，公开了一种这样的用于在一夹套内夹紧和保持工件的设备。然而，现有的夹套不能在夹套和管子之间形成足够的接触点，而得使管子与夹套一起移动。因此，需要一种具有确保在夹套和管子之间有足够接触点的夹套的管子夹持组件。

                      发明内容

本发明是一种管子夹持组件，它有一能实现要焊接的管子径向对齐的可调节基座，有可拆卸/可更换的侧板和一夹套，侧板设有限制夹持臂轴向移动的配置，夹套确保在该夹套和工件之间有足够的接触点。尤其是，本发明提供了一分开的基座，它有第一部分和第二部分，其中第一部分可相对于第二部分调节，以确保要焊接的管子的正确径向对齐。利用本发明的可调节特征，可以实现工件的精确径向对齐。本发明包括一管子夹持组件，该组件包含有一基座和在该基座上载装的夹持装置的第一部分，和有一基座和在该基座上载装的夹持装置的第二部分。第一和第二部分互相连接，使得这两部分可互相调节。

本发明还包括可拆卸地安装到基座上、从而使其能为了修理或更换而拆卸的固定夹持臂。这样，当部件损坏后可以修理，而不是必须更换整个装置。在该实施例中，本发明是一管子夹持组件，它包含一基座，和连接于基座的、用于在它们之间夹紧工件的第一可移动夹持臂和第一固定夹持臂。该管子夹持组件还包含连接于基座的、用于在它们之间夹紧工件的第二可移动夹持臂和第二固定夹持臂，其中至少一个固定夹持臂是可拆卸地连接到基座上的。

本发明还利用了一种搭接和互锁的电弧屏蔽件配置，以防止夹持臂在两轴向方向上的轴向移动。该创造性的配置方案使焊接操作过程中对焊接机头的卡持或夹持最小化，且还确保了工件保持对接关系而确保正确焊接。在该实施例中，本发明是一管子夹持组件，其包含一基座，在基座上载装的第一夹持装置，在基座上载装的第二夹持装置，和用于限制第一和第二对夹持装置的轴向向外运动的锁定装置。

最后，本发明利用了一种在夹紧位置时为多边形，最好是六边形的夹套。该夹套布置确保了当管子在其最小、标称或最大容许状态时在管子外径的最少接触点。这些接触点明显增加了该固定装置的固定刚性，因此使管子在夹持后移动的机会最小。在该实施例中，本发明包含一用于夹持圆柱形工件的夹套，该夹套包含一对夹持部件，每一部件有一适于接合工件的两侧的夹持表面，每一夹持表面通常在侧视图上为半个多边形的形状，该多边形至少六个边。

本发明的各种不同的实施例在此进行了描述和要求，且通过下面参照作为本说明书一部分的附图和权利要求的详细描述，本发明装置的其他特征和优点将明显。

                      附图说明

图1是本发明的处于夹紧位置的管子夹持组件的透视图；

图2是图1的管子夹持组件的分解透视图；

图3是图1的管子夹持组件的顶视图，示出安装在其中的一对管子；

图4是图1的管子夹持组件的前视图，示出安装在其中的一对管子；

图5是图1的管子夹持组件的侧视图，示出安装在其中的一对管子；

图6是图5沿线6-6取的详细剖面图；

图7是图1的管子夹持组件和管子在释放位置的前视图；

图8是图7的管子夹持组件和管子的前视图，其中一个可移动夹持臂处于夹紧位置；

图9是图1的管子夹持组件的前视图，示出有管子和轨道焊机头；

图10是图1的管子夹持组件和管子的详细前视图；

图11是本发明的管子夹持组件的另一实施例的前视图；以及

图12是六边形的管子夹持区域的布置的详细正视图。

                    具体实施方式

从图1-2可以看出，本发明的管子夹持组件10有一组用于在其中夹持一对圆柱形工件，比如管子20、22的夹持臂12、14、16、18，用于在管子的对接处24(图5)将其焊接。焊接接头在管子的对接点24处形成。管子夹持组件10包括一通常顶视图为矩形的基座30，且包括一在其中形成的、用于容纳轨道焊机头33(图9)的开口31。基座30应当是坚固的结构，以便使管子夹持组件10有稳定性。一对第一夹持臂12、14位于基座30的一侧，而一对第二夹持臂16、18位于基座30的相对侧。第一固定夹持臂14通常刚性固定到基座30上，而第一可移动夹持臂12枢接于该基座，以便它可绕平头螺栓32转动。类似地，第二固定夹持臂18通常刚性固定到基座30上，而第二可移动夹持臂16枢接于基座30，以便它可绕平头螺栓34转动(图3)。每一对夹持臂一起形成可释放的夹持装置26、28。应当理解的是，存在一个很宽的可以使用而没有脱离本发明范围的夹持装置变化范围，这样的夹持装置可包括任何能夹持并释放圆柱形工件的设备。

每一夹持臂12、14、16、18有一夹持表面或夹持区域36，在示出的实施例中为一在夹持臂上形成的切口。夹持表面36可加工成半圆形、半椭圆形、半六边形，或者其他规则或不规则的形状。第一可移动臂12可绕枢轴转动到夹紧位置(图8)，在此第一可移动夹持臂12的夹持表面36与第一固定夹持臂14的夹持表面36对齐，从而将管子20夹在其中间。第一可移动夹持臂12还可移动到释放位置(图7)，以便管子20不再被夹持表面36所夹紧。应当理解的是，释放位置是管子可从夹持装置取出的任何位置，且该可移动夹持臂不需要移动到图7所示的位置而处于释放位置。所需要的只是夹持臂释放它们的夹紧力到足够的程度，以便使管子能取出或插入，管子的取出和插入可通过管子的轴向运动来完成。因此，图7中第一可移动夹持臂12的位置示出了完全打开的位置，在该状态夹持臂也处于释放位置。类似地，第二可移动臂16可在夹紧位置和释放位置之间移动。在图7和图8中，可移动夹持臂16处于完全打开位置。

每一夹持臂可在夹持表面36附近机加工出切口或槽38，以便当它们弹性地接合管子的周边时对夹持表面提供弹性。夹持表面的这种设计和弹性性质是美国专利US4868367以及US4973823的主题，在此结合并参考。

每一可移动夹持臂12、16通过在夹紧和释放位置之间移动相关的臂的不同致动装置40、42，是独立致动的，或可移动的。在该实施例中，致动装置40、42为凸轮致动组件。在下文中将描述第一可移动夹持臂12的结构和操作，但第二可移动夹持臂16的运动基本上相同。凸轮致动组件40包括一用于绕肩部螺栓47枢轴运动而安装的凸轮板44(图2、8)。该凸轮板44包围在基座30和可移动夹持臂12之间。可移动夹持臂12包括一有点L型的开口46。肩部螺栓47穿过开口46且旋入基座30中。肩部螺栓47有助于将可移动臂12保持在基座上，并引导可移动臂12的枢轴转动。在凸轮板44上的一凸轮销48穿过L型开口46向外延伸。

凸轮板44还有一外伸凸缘50。当希望使可移动夹持臂12移动到释放位置时，向推压凸缘50，或者如图8所示沿时针方向推，这使凸轮板44绕肩部螺栓47转动。随着凸轮板44转动，凸轮销48在L型开口46的边缘与夹持臂12接合，从而推动夹持臂12到释放位置。凸轮板的进一步转动将可移动夹持臂12移动到完全打开位置，如图7所示。在释放位置，要被焊接的管子20可放在夹持臂12、14之间，或者刚焊接过的管子可从夹持臂上取出。

为了使可移动夹持臂移动到夹紧位置，凸缘50和凸轮板44沿逆时针方向运动，如图7所示，从而使凸轮板44接合夹持臂12的凸轮表面51(图8)。这一动作驱使可移动夹持臂12到夹紧位置。当在夹紧位置(图8)时，夹持臂12、14的夹持表面36接合管子20的两侧，从而牢固地使其保持就位。可移动夹持臂和凸轮板及其相关部件的操作在美国专利US5136134中详细描述。

最好如图2所示，基座30包括第一部分52和第二部分54。第一和第二部分都有一切口70，切口70对齐，以便在其中紧密地容纳轨道焊机头。第一和第二部分可彼此相对移动，从而能调整管子夹持装置。在本发明中利用在两个方向(即，在其中一个夹持臂的平面上的两个方向)上的相对调整，以便能实现管子的精确径向对齐。一对六角螺栓56、58穿过第一部分52的一对孔60，且旋入第二部分54中。如图6所示，孔60大于螺栓56、58的外径，所以当螺栓松开时，第一部分52和第二部分54可彼此相对运动。一旦第一和第二部分位于其所需相对位置，那么六角螺栓旋紧，以便使第一部分52和第二部分54彼此相对固定不动，如图6所示。一旦螺栓旋紧，那么第一和第二部分54互相压靠，利用摩擦力防止相对运动。

如图5所示，第一部分52有一缺口62，而第二部分54有一用于紧密地容纳缺口62的槽64。所包括的缺口和槽的配置使第一部分和第二部分之间的裂缝68不需要穿过基柱66。这样，第一部分和第二部分之间的裂缝68横向转换，易于制作和使用。然而，如果希望，裂缝68可在基座30的中部，例如如果不使用基柱可能是合适的。

一般希望第一部分52和第二部分54对齐，从而被第一可移动夹持臂12和第一固定夹持臂14所固定的管子20与被第二可移动夹持臂16和第二固定夹持臂18所固定的管子22一般同轴对齐。为了实现这一点，管子可安装在每一夹持装置26、28内，且六角螺栓56、58松开，以便调节第一和第二部分对齐管子。然而，实现对齐的最好方法是首先松开六角螺栓，然后使一根管子穿过两组夹持臂。然后通过移动可移动臂到夹紧位置而使臂夹持在管子上，从而“自动对齐”第一组臂和第二组臂。然后使六角螺栓56、58旋紧而使第一和第二部分彼此固定不动，然后可将这一根管子移去。假定管子是直的且位置正，那么现在第一组夹持臂与第二组夹持臂对齐。这种对齐可在本发明的夹持组件制成之后、分销之前进行，或者也可在该夹持组件随后需要重新对齐的现场进行。

第一固定夹持臂14通常牢固地固定到基座30上，且第一可移动夹持臂12枢接于基座30上，以便可绕平头螺栓32转动。类似地，第二固定夹持臂18通常牢固地固定到基座30上，且第二可移动夹持臂16枢接于基座30上，以便可绕平头螺栓34转动。平头螺栓32、34穿过一波形垫圈72(图2、3)并分别将第一组臂12、14和第二组臂16、18装于基座上。一肩部螺栓70固定装于基座30上的每一固定夹持臂14、18，且固定夹持臂可拆卸，以便进行修理、维护或更换。为了拆卸第一固定夹持臂14，必需拆下平头螺栓32和肩部螺栓70。将第一可移动臂12连接到基座上的肩部螺栓47也必须除去。一旦螺栓32、47、70除去，那么就可将第一固定夹持臂和第一可移动夹持臂从基座拆下。为拆卸第二夹持臂16、18可进行同样的工序。这样，如果任何夹持臂出现故障、损坏或者需要修理/更换，那么它们可被拆下和/或更换。更换的部件通过肩部螺栓和平头螺栓以如上述原件同样的方式进行安装。

如图10所示，夹持臂，或者一般来说夹持部件12、14、16、18，的夹持区域36最好当可移动夹持臂12、16处于夹紧位置时形成六边形。这样，每一夹持臂的夹持区域36一般成形为半个六边形的形状，且夹持臂最好对称。这样，管子20尺寸的变化可由夹持组件调节，且保证了几个接触点。当要夹紧的管子比较大时，槽38足够地弯曲，从而在夹持区域36和管子20之间形成8个接触点。在该实施例中，在管子20的外周有8个接触点67、69、71、73、75、77、79、81。然而，臂可以构造成使槽38位于不同于图10中所示位置的形式。槽的位置可使它们不与任何接触点相交。在这种情况下，接触点67、69组合成一个接触点，接触点75、77也同样。因此，在另一实施例中，在管子和通常六边形的夹紧区域36之间仅有六个接触点。当在任何接触点处都没有槽时，臂应当弹性足够，以便为预期的最大管子提供六个接触点。也就是，要夹紧的工件将通常有其外径容许范围，且通过这些槽或其他装置，臂应当有足够的弹性，以在容许范围内接受最大的管并仍提供最小量的六点接触。

夹持区域的其他形状也是可能的，最好形成其他的多边形形状。例如，通常可由闭合的夹持臂形成三角形、方形、五边形和其他多边形，规则或不规则的。然而，在优选实施例内，多边形的每一侧边与相邻边形成钝角。在另一实施例中，多边形76的相邻侧边之间形成的连接处是曲面区域，以有助于在焊接操作过程中焊接接头周围的惰性气体的保持。

每一半六边形最好从要夹紧在夹套内的管形工件的中心偏置处切成。例如，参照图12，圆柱形工件的中心在点A处表示。夹持臂12的夹持区域的半六边形的中心示为点B，而夹持臂14的夹持区域的半六边形的中心示为点C。每一夹持区域的每一六边形的保持轮廓示为虚影。在示出的实施例中，每一六边形的中心沿着相对于工件A的中心远离相应夹持臂的方向偏置。图12示出的尺寸为易于说明而显著夸大，且每一六边形的中心为所需的应用偏置适当的尺寸，比如在一实施例中为0.01英寸。每一六边形的中心的偏移能使夹持臂夹紧较小直径的管子。当移动到夹紧位置时，每一夹持臂的六边形可如图12所示“重叠”，以便夹紧具有在容许范围下端处的外径的管子，且保证至少六个接触点。

而且最好是，六边形的每一侧边的长度具有等于预计用该夹持组件的最大管子的直径的长度，也就是，在工件的容许范围内的最大管子直径。如前面讨论的，可以应用一般规则多边形的夹持区域。在这种情况下，多边形的一侧边的长度最好约等于容许范围内最大管子的直径。

夹持区域36可在一夹套内形成，且夹持臂可适于在其中容纳不同的夹套。夹套可与具有不同形状和尺寸的夹持区域的夹套互换。这样，本发明的夹持区域可适于容纳不同尺寸的管子，或者可改变以适于不同的焊接条件。应当理解的是，上述的夹持区域和夹套可用于任何类型的用于夹持圆柱形工件的组件。一用于夹持管子的组件，例如，其中夹持臂通常平行于基座30，与垂直于基座相反，可利用本发明的夹持区域(图11)。在该实施例中，可移动夹持臂12可安装到固定夹持臂14上。

如图1-3所示，管子夹持组件10还包括一组在夹持臂的远端的电弧屏蔽件80、82。这些电弧屏蔽件有助于防止焊接电弧伤害操作者的眼睛。然而，这些电弧屏蔽件也可作为限制夹持臂在轴向向内和轴向向外的方向上相对轴向移动的锁定装置。在轴向向内方向的运动在此定义为夹持臂朝管子的焊接接头或对接点24的轴向运动，而在轴向向外方向上的运动定义为远离焊接接头24的轴向运动。

第二可移动夹持臂16有一个位于其远端的托架84。托架84轴向向内延伸，桥接第二可移动夹持臂和第一可移动夹持臂之间的间隙。托架84有一向下延伸的凸缘部分86，其成形为紧密地容纳在其轴向外侧的第一可移动夹持臂12。这样，托架84将可移动夹持臂连接在一起，因此防止了可移动夹持臂任何彼此相对轴向向外运动。第一可移动夹持臂有一切除部分87，用来容纳凸缘部分86，该切除部分87位于第一可移动夹持臂12的轴向外侧。这样，凸缘86能在另一可移动夹持臂的闭合或打开过程中在切除部分87内滑动。

第一固定夹持臂14有一位于其远端的隔板88。隔板88轴向向内延伸，桥接第一固定夹持臂14和第二固定夹持臂18之间的间隙。板88有一在其内形成的切口90，其成形为接受第二固定夹持臂18上的凹口92。这样板88作为间隔件，确保使固定夹持臂保持一定距离的间隔。因此间隔板88阻止了固定臂的轴向向内运动。

这样，可以明白，当连接组件处于夹紧位置时，可移动夹持臂通过托架84连接在一起，从而防止夹持臂12、16向外张开，且间隔板88防止了固定臂轴向向内移动。如图1和3所示，在每一对臂中的固定夹持臂和可移动夹持臂搭接布置。可移动夹持臂12、16位于相应固定夹持臂14、18的轴向外侧。通过这种搭接/互锁配置，防止所有夹持臂在两轴向方向上的轴向移动。可移动夹持臂位于固定夹持臂的轴向外侧，因此防止了固定夹持臂向外张开。固定夹持臂位于可移动夹持臂的轴向内侧，并经间隔板88防止可移动夹持臂轴向向内移动。臂可以尽可能如所希望的那样搭接，从而确保臂不从彼此相对位置滑脱。

应当理解的是，如上所述的屏蔽件80、82的互锁配置可以相反。也就是，间隔板88的位置可在第二固定夹持臂上，而托架84可在第一可移动夹持臂上。而且，该间隔板可位于可移动夹持臂之一上，且托架可安装在固定夹持臂之一上。在另一实施例中，固定夹持臂还通过一托架和凸缘连接，以防止轴向向外移动。在该实施例中，每一可移动夹持臂通过榫槽配置而与相应的固定夹持臂连接。榫槽配置有助于限制夹持臂在两个轴向方向上的轴向运动。

上面已经描述了本发明的优选形式。然而，根据所公开的内容，相信对于那些本领域的普通技术人员可以对优选实施例进行明显的改动，从而获得同等的特征和优点。

Claims (12)

1.一种用于一轨道焊接装置的管子夹持组件，包括：

用于在其内容纳一个第一圆柱形工件的第一夹持装置；

用于在其内容纳一个第二圆柱形工件的第二夹持装置；以及

所述第一和第二夹持装置相互之间保持间隔开，以便在其间容纳一个轨道焊机头；

所述第一和第二夹持装置分别具有一对用于独立地夹持第一和第二工件的夹持臂，每个夹持臂具有一个夹持表面，该夹持表面被大体成形为在侧视图中为半个具有至少六个侧边的多边形，使得第一和第二工件通过管子夹持组件而被保持彼此同轴对齐。

2.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，所述多边形为一个规则多边形。

3.如权利要求2所述的管子夹持组件，其特征在于，所述多边形是六边形。

4.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，每一所述夹持表面可拆卸地容纳在每个所述相应的夹持臂内。

5.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，当所述相应的圆柱形工件被夹持在所述相应的夹持装置中时，每个半个多边形的中心偏离所述相应圆柱形工件的中心。

6.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，每个所述圆柱形工件有一外径容许范围，所述容许范围确定了每个所述工件的最小外径和最大外径，其中每个夹持表面可以弯曲并且其尺寸能够容纳所述工件的所述最大外径和最小外径，使得当一个工件被夹持在相应的一对夹持表面之间时，所述夹持表面的每一侧在至少一个点与所述工件接触。

7.如权利要求6所述的管子夹持组件，其特征在于，所述弯曲是由位于每个所述夹持表面上的一个槽提供的。

8.如权利要求7所述的管子夹持组件，其特征在于，所述槽位于每个所述夹持表面的侧边之一的中心处。

9.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，每个所述夹持表面被成形为确保在至少三个点与一个相应的所述圆柱形工件接触。

10.如权利要求9所述的管子夹持组件，其特征在于，每个所述夹持表面可以弯曲以实现所述至少三个点的接触。

11.如权利要求1所述的管子夹持组件，其特征在于，它与一个具有轨道焊机头的轨道焊接装置结合使用。

12.如权利要求6所述的管子夹持组件，其特征在于，它与一个具有轨道焊机头的轨道焊接装置结合使用。

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