CN205111180U - 一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，依次包括支撑输送组件、中控旋转组件和焊接跟踪组件，本实用新型的焊接设备在焊接过程中能够柔性化的带动工件旋转，使工件在转动时不会出现左右窜动和打滑现象，避免了设备和管道的损坏，另外，本实用新型设备中的中控旋转组件还能够实现对管道的调心定位；最后，本设备的焊接跟踪组件能够精准定位并快速输出定位信息，从而使焊枪能够随着焊接位置的变化而进行迅速而准确的移动，因此有效保证了焊缝成形效果和焊缝质量，实现了高质量，高效率的管道内壁多层多道焊。

Description

一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备

技术领域

本实用新型涉及一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，属于天然气管道焊接技术领域。

背景技术

目前，在实际工业生产过程中，为了保证输油管道的耐蚀性能，提高管道的使用寿命，采用了内衬管材料为厚度3mm左右316L不锈钢，外基管材料为提供强度的10-12mm碳钢复合板，管道在生产出厂时长约10-20米，通过对这些钢管的拼接实现长距离输油的需要。

复合钢板在拼接过程中，由于在对接的位置存在异种材料的连接界面，焊接性能较差，管道强度不能满足实际需要，因此，需要采用过渡层的方式，实现管道的优良连接，这样就需要在管道内壁进行过渡层的多层多道焊。

输油管道在应用生产时，输油对其截面的曲率要求并不非常严格，因此，在一节长度均在10米以上管道的生产过程时，管道的整个纵向截面曲率均可能不同，并且管道还存在一定的挠度，对于这样存在一定挠度并且截面不是一个标准圆的管道内壁多层多道焊，其焊接技术的要求比较高，焊接过程中，要时刻保证焊枪与内壁的位置稳定，使熔池形态良好，这样凝固成形才能得到很好的焊缝质量。目前，在管道内壁的多层多道焊接过程中，一般采用一个带旋转轴的三爪卡盘，将需要进行焊接的管道一端固定，只保留其旋转自由度，管道的另一端及中间位置放置带弹簧的支撑底座，同时，在需要进行焊接一端固定焊枪，并保持焊枪与管道一定位置高度，焊接参数设定完成后，旋转卡盘带动管道旋转，焊枪以立焊方式完成一圈焊缝焊接，再次进行焊接时，重新设定焊接参数，以此重复多次完成环焊缝多层多道焊。

然而，这种完全固定一端，只保留旋转自由度的焊接方式，在实际生产中，由于管道挠度的原因，管道的另一端存在很大的跳动，并存在短时间的卡死现象，这就使得卡盘固定端旋转时会受到很大扭矩作用，管道可能会发生局部的变形。跳动的管道也会对支撑底座产生很大的冲击作用，在反作用力下，即使带有弹簧减震装置，底座以及管道外壁还是会收到较大力的作用，因此就存在损坏底座以及管道变形的可能。

另外，由于管道截面并不是一个标准圆，圆弧度在每一点处可能不相同，焊枪在焊接过程中，由于焊枪和管道均是固定的，管道旋转时，焊枪与管道之间的距离会发生变化，电弧的长短就存在一定的扰动，电弧不能很好的保证与焊接面的位置高度，熔池形态会受到影响，从而使得焊缝的成形情况变差，在后面多层多道焊时，焊接质量就不一定能得到保证，需要操作人员合理的调整焊接参数。每次进行下一道焊缝焊接时，根据前一阶段的焊接情况调整参数设置，这就对操作人员的技术水平提出了要求，虽然一些机器人公司推出多层多道焊软件包，但有局限性，比如焊道、焊接轨迹点、焊层数量都有限，更不能进行变长度的焊缝计算，并且人工编程也需花费较多的时间，进而致使工作效率低下。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，该设备不仅能够柔性化的带动工件旋转，使工件在转动时不会出现左右窜动和打滑现象，避免了设备和管道的损坏，还能够实现对管道的调心定位；另外，本设备还能精准地进行焊接动作，实现焊缝的优良成形，从而实现高质量，高效率的管道内壁多层多道焊。

实用新型内容：为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术手段为：

一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，依次包括支撑输送组件、中控旋转组件和焊接跟踪组件；

所述支撑输送组件包括多个并列设置的底座和位于所述底座下部的导轨，每个所述底座上均设有能使所述底座在导轨上移动的传动装置，每个所述底座的顶端设有用于支撑工件的支撑架，所述支撑架包括两个对称设置的滚轮；

所述中控旋转组件包括位于安装板上相互连接的电机和回转结构，与所述回转结构传动连接的连接件，所述连接件上设有用于供工件穿过的通孔、两对相互垂直的直线导轨副、用于定位工件的V型块、用于固定工件的链条和用于锁紧链条的链条锁紧器，所述直线导轨副包括直线导轨和滑块，所述V型块底部设有V型块固定板，所述V型块固定板与所述直线导轨副的滑块固定连接；

所述焊接跟踪组件包括传感器、焊枪和用于使所述焊枪在Z向和X向移动的焊枪十字滑架，所述焊枪十字滑架包括焊枪Z向滑架和焊枪X向滑架，所述传感器在所述焊枪Z向滑架带动下上下移动。

进一步优选，所述传动装置包括电机、与所述电机传动连接的齿轮以及与所述齿轮传动连接的齿条。

进一步优选，所述电机和回转结构之间设有减速箱。

进一步优选，所述中控旋转组件还包括升降机、驱动所述升降机升降的手轮，所述升降机之间设有连接轴，所述安装板与所述升降机的升降杆固定连接。

进一步优选，所述焊枪十字滑架安装在焊枪十字滑架安装座上，所述焊枪Z向滑架和焊枪X向滑架均包括电动机、控制所述电动机转动的驱动箱、与所述电动机传动连接的滚珠丝杆、与所述滚珠丝杆螺纹连接的连接块以及位于所述连接块底部的导轨，所述焊枪X向滑架固定在所述焊枪Z向滑架的连接块上；所述焊枪固定在所述焊枪X向滑架连接块的前端。

进一步优选，所述传感器通过支撑杆与所述焊枪Z向滑架上的连接块固定连接。

进一步优选，所述焊接跟踪组件还包括底座，所述底座上设有Y向滑道、手轮、以及在所述手轮驱动下转动的滚珠丝杆，所述焊枪十字滑架安装座的底座与所述手轮驱动的滚珠丝杆通过螺纹相互配合连接，所述焊枪十字滑架安装座通过底部的滑块与所述Y向滑道滑动连接。

进一步优选，所述传感器为距离感应器。

有益效果：相比于现有技术，本实用新型的焊接设备在焊接过程中能够柔性化的带动工件旋转，使工件在转动时不会出现左右窜动和打滑现象，避免了设备和管道的损坏，还能够实现对管道的调心定位；另外，本设备的焊接跟踪组件还能够精准定位并快速输出定位信息，从而使焊枪能够随着焊接位置的变化而进行迅速而准确的移动，因此有效保证了焊缝成形效果和焊缝质量，实现了高质量，高效率的管道内壁多层多道焊。

附图说明

图1为本实用新型适用于输油管内壁多层多道焊焊接设备的结构示意图；

图2为本实用新型焊接设备中中控旋转组件的结构示意图I；

图3为本实用新型焊接设备中中控旋转组件的结构示意图II；

图4为本实用新型焊接设备中焊接跟踪组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型内容作进一步说明。应理解，这些实施案例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。

如图1～4所示，本实用新型的的焊接设备依次包括支撑输送组件41、中控旋转组件42和焊接跟踪组件43；

支撑输送组件41包括多个并列设置的底座和位于底座下部的导轨，每个底座上均设有能使底座在导轨上移动的传动装置，传动装置包括电机、与电机传动连接的齿轮以及与齿轮传动连接的齿条，底座在导轨上移动是通过齿轮齿条传动连接实现的，每个底座的顶端设有用于支撑工件1的支撑架，支撑架包括两个对称设置的滚轮，滚轮用来支撑工件1的，成对使用，滚轮中间有轴承，可以自由的滚动，当工件1置于支撑架上时，工件1能够稳定的架设在滚轮上；

中控旋转组件42包括连接件9、中部为圆形开口的安装板13，连接件9端部插入安装板13的圆形开口中，连接件9与安装板13相互配合连接，安装板13上固定有相互连接的电机15和回转结构14，回转结构14内设有蜗轮蜗杆结构，电机15与回转结构14之间设有减速箱，减速箱使回转结构14输出的转矩变大，转动的速度变小，因此能提高连接件9转动的稳定性，进而使工件1转动的更平滑、精确，连接件9与回转结构14传动连接，连接件9上设有用于供工件1穿过的通孔23、两对相互垂直设置的直线导轨副、用于定位工件1的V型块2、用于固定工件1的链条5和用于锁紧链条5的链条锁紧器4，V型块2底部设有V型块固定板3，两对相互垂直设置的直线导轨副包括竖直向直线导轨副和水平向直线导轨副，直线导轨副包括滑块和成对设置的直线导轨，滑块可以在直线导轨上滑动，竖直向直线导轨副包括滑块6和竖直向直线导轨25，竖直向直线导轨25(两条)沿竖直方向设置，竖直向直线导轨25分别位于通孔23的两侧，水平向直线导轨副包括滑块和直线导轨7，水平向直线导轨7(两条)沿水平方向设置，该直线导轨副的直线导轨7位于通孔23的下方，V型块2底部设有V型块固定板3，V型块固定板3的底部与水平向直线导轨7的滑块固定连接，V型块固定板3的端部与竖直向直线导轨25的滑块6固定连接，链条锁紧器4位于V型块固定板3上，竖直向直线导轨25上设有限位螺钉71，水平向直线导轨7端部设有限位器I8，限位器I8能限制直线导轨7上滑块的行程，防止滑块(从直线导轨7上)脱轨；中控旋转组件32还包括支座26、对称设置在安装板13两侧的升降机18和驱动升降机18升降的手轮19，升降机18通过手轮19来驱动升降，以此来实现安装板9上所有部件的升降，升降机18之间设有连接轴17，连接轴17将两个升降机18输入轴连接到一起，实现用一个手轮19可以同时控制两个升降机18的升降，安装板13置于支撑架27上，安装板13通过支撑架27置于支座26上，安装板13与升降机18的升降杆固定连接，安装板13底部固定连接滑块11，因此安装板13可以在升降机18的带动下沿着支座26上的直线导轨10上下滑动，直线导轨10上设有限位螺钉72，支座26顶部还设有用于限制工件1高度的限位块20；

焊接跟踪组件43包括传感器47、焊枪66和用于使焊枪66在Z向和X向移动的焊枪十字滑架，焊枪十字滑架包括焊枪Z向滑架52和焊枪X向滑架53，传感器47在焊枪Z向滑架52带动下上下移动，还包括能够使传感器47沿Y向和Z向滑动的传感器Y向滑道49和传感器Z向滑道50，焊枪十字滑架安装在焊枪十字滑架安装座51上，焊枪十字滑架包括焊枪Z向滑架52和焊枪X向滑架53，焊枪Z向滑架52包括用于控制电动机29转动的驱动箱28、电动机29、与电动机29传动连接的滚珠丝杆54、与滚珠丝杆54螺纹连接的连接块55以及位于连接块55底部的直线导轨56，焊枪X向滑架53包括用于控制电动机57转动的驱动箱34、电动机34、与电动机34传动连接的滚珠丝杆58、与滚珠丝杆58螺纹连接的连接块59以及位于连接块59底部的直线导轨30，焊枪X向滑架53固定在焊枪Z向滑架52的连接块55上，焊枪X向滑架53可以通过连接块55在焊枪Z向滑架52的直线导轨56上上下移动；焊枪66固定在焊枪X向滑架53连接块59的前端，焊枪66通过连接块59在焊枪X向滑架53的直线导轨30上前后移动；传感器47通过支撑杆48与焊枪Z向滑架52上的连接块55固定连接，传感器47通过，焊枪Z向滑架52上的连接块55在焊枪Z向滑架52的直线导轨56上上下移动；底座33上设有Y向滑道31、手轮32、以及在手轮32驱动下转动的滚珠丝杆，焊枪十字滑架安装座51的底座与手轮32驱动的滚珠丝杆通过螺纹相互配合连接，焊枪十字滑架安装座51通过底部的滑块65与Y向滑道31滑动连接。

中控旋转组件42主要功能是实现需要焊接工件1的定位及旋转，包括回转驱动部件、自动对心部件和拉紧部件，回转驱动部件驱动器采用伺服电机15，连接件9与减速箱稳定性好，可以使工件1的旋转平滑、精确，自动对心部件可实现被焊工件1的自动找正，解决了工件转动时偏心的问题，拉紧部件包括链条5和V型块3，使用链条5与V型块3将工件1定位，可以有效的阻止工件1在转动时出现左右窜动和打滑现象，拉紧部件增加与工件1的接触面积，减小机械部件对工件1表面的损伤，并且能够有效减小焊接回路电阻，中控旋转组件42可以实现整体的上下调整，使工件1在焊接过程中更柔性的转动。管道柔性化的转动，其原理在于，管道被中控系统带动，在空间位置围绕着中控系统的中轴线旋转，使其焊接端面能够在大的空间位置转动，从而降低其震动，并且，管道被链条5紧固装置限制在V型块3上，并与V型块3相切，中控系统带动管道转动时，管道与V型块3形成的切点在空间位置形成一个轨迹圆，管道类似在这个轨迹圆上滚动。

本实用新型设备的焊接跟踪组件43能够很好的实现焊枪位置与待焊接面的精确定位，其原理在于：管道在焊接之前在其端部预先车出一个规整圆，在规整圆管道外围的中控旋转装置上安装定位传感器，焊接时焊枪进入管道，调整合适的位置姿态，与此同时，等距跟踪设备记录此时焊枪，管道规整圆，定位传感器的相对位置，焊接过程中，等距跟踪系统检测定位传感器与规整圆之间的相对位置变化，包括距离以及倾角信息，系统经过内部计算得出焊枪位置信息，驱动电机驱动传动装置调整焊枪，即控制高精度十字滑架来控制焊枪的位置及姿态变化，从而实现跟踪等距焊接，使其焊接过程保持着与焊接管道待焊面稳定的姿态及焊接角度，实现优质焊接。

焊接跟踪组件43中的焊枪十字滑架主要功能是实现焊枪的定位及焊接过程中焊枪的动作，焊接跟踪组件43包括焊枪Z向滑架52、焊枪X向滑架53和Y向滑道31，Z向滑架52、焊枪X向滑架53和Y向滑道31实现焊枪空间点定位，其中Z向滑架52和焊枪X向滑架53由高精度伺服电机34驱动，在保证定位点精准度高的同时可以实现焊枪在焊接过程中X方向与Z方向的运动，并且在焊枪动作的同时可以实现多轴高精度联动；Y向滑道31为手工驱动，驱动箱上带有数字显示，为机械部件的重复定位提供方便。摆动轴的作用是实现焊枪在焊接过程中X方向的摆动，该摆动器具有精度高、稳定性强、安装简便的特点，采用伺服电机驱动，同样可以实现与其它轴的联动，焊接跟踪组件43中的所有轴均采用滚珠丝杆，可以确保各机械部件动作的稳定性及精准度。等距跟踪原理：使用传感器感应工件焊接位置的变化，通过焊枪十字滑架来调整焊枪位置，在焊接干伸长度恒定的同时，确保焊接位置的准确性。

焊接跟踪组件43中采用超长距离耐高温感应器47，跟踪管件外壁下表面，当传感器47感应到管件外壁下表面高低变化时，专机通过调整焊枪66十字滑架(Z轴)来调整焊枪高低，以保证焊接时干伸长的一致性。

支撑输送组件41通过调整支撑点的间距来调整被焊工件的高低，并通过底座电机驱动支撑架输运钢管，支撑架上采用具有缓冲作用的滚轮，避免支撑架与钢管直接的硬性接触，减少磨损。

本实用新型工作流程如下：a.将钢管置于支撑输送组件41的支撑架上，支撑架上支撑滚轮根据钢管直径及重量以一定支撑角度卡住钢管，通过底座电机驱动将钢管待焊接端部送至堆焊工位上；b、通过链条5及链条锁紧器4将钢管锁紧，控制升降机18机构将钢管顶起；c、高精度焊枪十字滑架控制焊枪66深入钢管内，通过摆动器进行焊缝查找和精确定位；d、焊枪66定位完成后开始焊接，焊接过程中可通过摆动器按照预先设定的轨迹完成单层或多层焊接，e、焊枪退出，升降机18机构下降放下钢管，松开链条5，焊接机构退出管子，钢管传送到下一工位。

Claims (8)

1.一种适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：依次包括支撑输送组件、中控旋转组件和焊接跟踪组件；

所述支撑输送组件包括多个并列设置的底座和位于所述底座下部的导轨，每个所述底座上均设有能使所述底座在导轨上移动的传动装置，每个所述底座的顶端设有用于支撑工件的支撑架，所述支撑架包括两个对称设置的滚轮；

所述中控旋转组件包括位于安装板上相互连接的电机和回转结构，与所述回转结构传动连接的连接件，所述连接件上设有用于供工件穿过的通孔、两对相互垂直的直线导轨副、用于定位工件的V型块、用于固定工件的链条和用于锁紧链条的链条锁紧器，所述直线导轨副包括直线导轨和滑块，所述V型块底部设有V型块固定板，所述V型块固定板与所述直线导轨副的滑块固定连接；

所述焊接跟踪组件包括传感器、焊枪和用于使所述焊枪在Z向和X向移动的焊枪十字滑架，所述焊枪十字滑架包括焊枪Z向滑架和焊枪X向滑架，所述传感器在所述焊枪Z向滑架带动下上下移动。

2.根据权利要求1所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述传动装置包括电机、与所述电机传动连接的齿轮以及与所述齿轮传动连接的齿条。

3.根据权利要求1所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述电机和回转结构之间设有减速箱。

4.根据权利要求1所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述中控旋转组件还包括升降机、驱动所述升降机升降的手轮，所述升降机之间设有连接轴，所述安装板与所述升降机的升降杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述焊枪十字滑架安装在焊枪十字滑架安装座上，所述焊枪Z向滑架和焊枪X向滑架均包括电动机、控制所述电动机转动的驱动箱、与所述电动机传动连接的滚珠丝杆、与所述滚珠丝杆螺纹连接的连接块以及位于所述连接块底部的导轨，所述焊枪X向滑架固定在所述焊枪Z向滑架的连接块上；所述焊枪固定在所述焊枪X向滑架连接块的前端。

6.根据权利要求5所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述传感器通过支撑杆与所述焊枪Z向滑架上的连接块固定连接。

7.根据权利要求5所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述焊接跟踪组件还包括底座，所述底座上设有Y向滑道、手轮、以及在所述手轮驱动下转动的滚珠丝杆，所述焊枪十字滑架安装座的底座与所述手轮驱动的滚珠丝杆通过螺纹相互配合连接，所述焊枪十字滑架安装座通过底部的滑块与所述Y向滑道滑动连接。

8.根据权利要求1所述的适用于输油管内壁多层多道焊的焊接设备，其特征在于：所述传感器为距离感应器。