CN2688434Y - 外对口加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机、电产品，确切讲，涉及一种钢管对接焊使用的导向“对口”，利用感应方法加热管口的外对口加热器。该外对口加热器具有多种功能，不仅可作为钢管对接焊时的辅助定位机具使用，而且也可作为管口感应加热器使用，还可作为自动焊接设备、自动切割设备行走的导轨和位置检测器使用。在水利电力、石油化工企业野外管道系统焊接安装工程中，有着实质性的使用价值。

Description

外对口加热器

                            技术领域

本实用新型涉及一种机、电产品，确切讲，涉及一种钢管对接焊使用的导向“对口”，利用感应方法加热管口的外对口加热器。该管子外对口加热器具有多种功能，不仅可作为钢管对接焊时的辅助定位机具使用，而且也可作为感应管口的加热器使用，还可作为自动焊接设备、自动切割设备行走的导轨和位置检测器使用。在水利电力、石油化工企业野外管道系统焊接安装工程中，有着实质性的使用价值。

在水利电力、石油化工企业野外管道焊接中，由于焊接中的管道无法旋转，只能采用焊枪围绕管道旋转的方式进行焊接。而采用这种焊接方式，在管道组装焊接过程中，其中一个很重要的工序是焊接管子“对口”，即：将待焊接的管子移动到已焊接管子的管口处，通过调整使两根管子既保持一定的同轴度(两管口间的径向位移)，又保持一定的对口间隙(两管口间的微小距离)。使两根管子对中的同轴度和对口间隙的偏差值达到焊接工艺和技术指标允许的要求。管子对口允许偏差技术指标，是保证管子对接焊质量至关重要的一个质量控制点。很显然，焊接管子“对口”工序的质量，将直接影响管子对接焊焊接质量。同时，在焊接工序中，为保证焊接质量，需对管子的管口加温预热；使用自动切割机切割管口；使用自动焊接设备焊接管口。

                              技术背景

国内使用的钢管对接焊“对口”机具，主要有从国外引进的管子“外对口器”和国内生产的管子“外对口器”。管子外对口器由对口器圆环、定位块、径向调节螺栓、压紧压块、活动铰连组成。这种管子外对口器由于只设置了管子“径向调节螺栓”，而没有设置管子“轴向调节螺栓”，管子轴向位移是靠人工推动，所以，调整管子对口的轴向间隙比较困难。当外对口器闭合、压紧管子，调节径向调节螺栓，使对口管子的径向位移偏差符合技术要求后；管子对口的轴向间隙如不符合技术要求需要调整时，只能松开管子外对口器，调整管子对口的轴向间隙，此时，对口管子的径向位移又可能发生了变化。在管子对口调整过程中，为了兼顾管子的径向位移和轴向间隙的偏差同时达到技术指标要求，需要反复调整多次；其次，这种管子外对口器的定位块是整体结构，采用自动焊接或手工焊接时，当焊枪移动到定位块时，只能熄灭电弧，让焊枪从定位块上面越过后重新引燃电弧继续焊接。这种反复引燃电弧焊接、熄灭电弧越过定位块的焊接操作方式，既影响焊接质量，又增加焊接时间；焊接前，管口预热一般采用液化气或其它可燃气体，用火焰对管口加温预热，这种加热方式，不仅加热效果差，而且因火焰直接接触管口，在管口处积下烟花或积碳，影响焊接质量；由于这种管子外对口器只具有“对口”功能，使用后占据了管口处的安装位置，使得后同轴安装。

6、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是活动铰连由圆柱销、弧形铰连板组成，焊接在外对口加热器中分面处的一端。

7、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是棘轮机构由棘轮轴、棘轮板、棘轮、棘爪、棘轮电机、锁紧螺母和螺杆、锁紧轴、锁紧杆组成；棘轮轴安装在外对口器圆环中分面开口处的一边，棘轮板通过键连接安装在棘轮轴上即外对口器圆环内，棘轮通过键连接安装在棘轮轴上即外对口器圆环侧面，棘爪安装在外对口器圆环侧面上与棘轮啮合，棘轮电机安装在对口器圆环内，棘轮电机轴以花键连接锁紧螺杆，锁紧螺母一端与锁紧螺杆旋合，另一端与棘轮板铰链连接；锁紧轴安装在外对口器圆环中分面开口处的另一边，锁紧杆的一端套装在锁紧轴上，另一端与棘轮板铰链连接。

8、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是位置检测器由永久磁钢、铁芯线圈和护罩组成，六个U形铁芯线圈对称嵌入安装到对口器圆环一和对口器圆环三的圆弧面，六个U形永久磁钢对称嵌入安装在对口器圆环二和对口器圆环四的圆弧而，六个U形铁芯线圈的信号经十脚插座输出。

9、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是感应加热圈用矩形截面的空心铜管制作，长宽比2∶1，加工成两个半圆环形，两个半圆环形的一端用软导管连接，感应加热圈用铜质螺钉固定在绝缘板上，绝缘板用螺钉安装在对口器圆环二与对口器圆环三之间。

10、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是控制器由固化了控制软件的单片机系统、输出功率驱动电路、控制电源组成，安装在控制器内；单片机系统制作在主电路板上，通过两组双列二十脚插座与输出功率驱动电路板连接，十六组输出功率驱动电路，分别单独制作单元模块电路板；单片机系统输出的控制信号，经输出功率驱动电路控制轴向电机；双联按钮控制行走电机、棘轮电机；控制电源电压为6V的蓄电池通过一条电缆与单片机系统连接，电压为12V的蓄电池通过另一条电缆与输出功率驱动电路连接，将单片机系统与输出功率驱动电路在电路上分离开。

                             附图说明

以下结合附图对本实用新型的实施例进行具体描述，其中：

图1是采用本实用新型的外对口加热器主视图的一半视图。

图2是采用本实用新型的外对口加热器左视图的一半视图。

图1中1是活动铰链，2是支撑轮，3是对口器圆环四，4是活动定位块，5是行走电机，6是控制器，7是行走电机，8是感应加热圈，9是导轨，10是棘轮机构。

图2中11是轴向电机，12是行走轮，6是控制器，13是对口器圆环一，14是对口器圆环二，15是固定定位块，16是轴向调节螺栓，8是感应加热圈，17是对口器圆环三，4是活动定位块，3是对口器圆环四，9是导轨，10棘轮机构。

                           具体实施方式

对口器圆环一和对口器圆环二与十二个固定定位块通过精确制作、焊接组对在一起构成半个外对口器。在中分面处分开，棘轮机构安装在中分面处的一端，由对口器圆环一和对口器圆环二构成的内圆面内，活动铰连焊接在中分面处对应棘轮机构的一端；轴向电机、齿轮安装在对口器圆环一的侧面，轴向调节螺栓旋入固定定位块内的螺母；对口器圆环一的圆弧面内对称安装六个铁芯线圈；对口器圆环二的圆弧面内对称安装六个永久磁钢；对口器圆环一、对口器圆环二的外圆面上用螺栓安装导轨。对口器圆环三和对口器圆环四与十二个活动定位块通过精确制作、焊接组对在一起构成另半个外对口器，在中分面处分开，棘轮机构安装在中分面处的一端，由对口器圆环三和对口器圆环四构成的内圆面内，活动铰链焊接在中分面处对应棘轮机构的一端；对口器圆环三的圆弧面内对称安装六个铁芯线圈；对口器圆环四的圆弧面内对称安装六个永久磁钢；对口器圆环三、对口器圆环四的外圆面上用螺栓安装导轨。两半外对口器通过固定定位块内的轴向调节螺栓，旋入活动定位块内的轴向调节螺母连接为一体构成外对口器。活动定位块和固定定位块相邻处构成一个V形槽，便于安装感应加热圈。感应加热圈用绝缘板固定用螺栓安装在对口器圆环二、对口器圆环三之间构成外对口加热器。

对口器圆环一、对口器圆环二、对口器圆环三、对口器圆环四具有相同的结构，其截面形状为『形，对口器圆环一、四为整个圆环形，对口器圆环二、对口器圆环三为一段一段的圆弧形。其中，对口器圆环一的侧面加工有轴向电机安装螺纹孔和齿轮安装孔，圆弧面加工有嵌入铁芯线圈的方孔；对口器圆环二的圆弧面加工有嵌入永久磁钢的方孔；对口器圆环三的圆弧面加工有嵌入铁芯线圈的方孔；对口器圆环四的圆弧面加工有嵌入永久磁钢的方孔。对口器圆环一焊接在固定定位块的阶梯形端，对口器圆环二分段与固定定位块的斜面端焊接。对口器圆环三分段与活动定位块的斜面端焊接，对口器圆环四与活动定位块的槽形端焊接。对口器圆环一、对口器圆环二、对口器圆环三、对口器圆环四的外圆面加工有安装导轨的螺纹孔。

固定定位块一端为斜形，一端为阶梯形，内部加工有轴向调节螺母，截面形状为矩形，内嵌有燕尾形沟槽。

活动定位块一端为斜形，内部加工有轴向调节螺母；一端为槽形，加工有径向调节螺母，径向调节螺栓旋入螺母内；截面形状为矩形，内嵌有燕尾形沟槽。

轴向调节螺栓采用铜质材料加工，一端加工花键，紧靠花键处加工一段螺纹和一段光杆，另一端再加工一段螺纹。轴向电机用螺栓安装在对口器圆环一的侧面，轴端齿轮与齿轮啮合，齿轮轴内孔以花键连接轴向调节螺栓的一端。

导轨一、导轨二、导轨三、导轨四为分段圆弧，两层结构。底层截面形状为矩形，导轨一、导轨三的底层一侧面加工有齿形，另一层截面形状加工为平V形。导轨一、导轨三用螺钉分别安装在对口器圆环一、对口器圆环三的外圆面上；导轨二、导轨四的结构和导轨一相同，只是没有加工齿形，导轨二、导轨四用螺钉分别安装在对口器圆环二、对口器圆环四的外圆面上。

支撑轮由轮子、轮子支架、螺杆、螺母、手轮、支架组成。轮子为内陷腰形，外包橡胶安装在轮子支架内，螺杆一端焊接在轮子支架上，支架内嵌入螺母，螺母外圆焊接手轮。四个支撑轮支架通过焊接分别安装在对口器圆环一、对口器圆环四上。

行走轮的结构和支撑轮一样，两个行走轮支架通过焊接分别固定在对口器圆环一、对口器圆环四上，轴向电机与行走轮同轴连接。

轴向电机、行走电机采用符合国家标准的产品。

活动铰连为插入可拆式，由圆柱销、弧形铰连板组成，焊接在外对口器圆环中分面处的一端。

棘轮机构由棘轮轴、棘轮板、棘轮、棘爪、棘轮电机、锁紧螺母和螺杆、锁紧轴、锁紧杆组成。棘轮轴安装在外对口器圆环中分面开口处的一边，棘轮板通过键连接安装在棘轮轴上(外对口器圆环内)，棘轮通过键连接安装在棘轮轴上(对口器圆环侧面上)，棘爪安装在外对口器侧面上与棘轮啮合，棘轮电机安装在对口器圆环内，电机轴以花键连接锁紧螺杆，锁紧螺母一端与锁紧螺杆旋合，另一端与棘轮板铰链连接。锁紧轴安装在外对口器圆环中分面开口处的另一边，锁紧杆的一端套装在锁紧轴上，另一端与棘轮板铰链连接。

感应加热圈用矩形截面的空心铜管制作，长宽比2∶1，加工成两个半圆环形。两个半圆环形的一端用软导管连接，另两端分别连接超音频变压器。感应加热圈用铜质螺钉固定在绝缘板上，绝缘板用螺钉安装在对口器圆环二与对口器圆环三之间，本实施例中采用三个感应加热圈。

位置检测器由永久磁钢、铁芯线圈和护罩组成，其中，六个U形铁芯线圈对称嵌入安装到对口器圆环一、对口器圆环三的圆弧面，六个U形永久磁钢对称嵌入安装在对口器圆环二、对口器圆环四的圆弧面。六个U形铁芯线圈的信号经十脚插座输出。

控制器由单片机系统、输出功率驱动电路、控制电源组成。实施例中，单片机系统的单片机芯片选用AT80C51，可编程输入输出接口芯片选用8255，地址锁存器选用74LS373，地址译码器选用74LS138，程序存贮器选用2764。输出功率驱动电路十六组，以一组为例，光电藕合隔离选用4N25，集成驱动选用74LS06，功率放大管选用TIP126，电机控制元件选用小型继电器。单片机系统制作在主电路板上，通过两组双列二十脚插座与输出功率驱动电路板连接。十六组输出功率驱动电路，分别制作单元输出功率驱动电路板。单片机系统、输出功率驱动电路板、控制电源安装在控制器内。控制器设置启动、停止按钮控制各一个，设置两只指示灯，一只接入单片机系统显示工作状态，一只接入输出功率驱动系统显示工作状态。在选定单片机芯片、输入输出接口芯片、地址锁存器、地址译码器、程序存贮器后，地址总线、数据总线、控制总线、片选信号连接，本专业的技术人员可按规定连接。仅对可编程输入输出接口8255的地址分配和输出功率驱动单元电路作说明。8255的每一路输出端口均经光电藕合隔离与外围电路连接。8255的PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PB0、PB1、PB2、PB3口各接一路输出功率驱动单元电路。PA1、PA3、PA5、PA7、PB1、PB3口控制电机正转，PA0、PA2、PA4、PA6、PB0、PB2口控制电机反转。8255的PB4、PB5、PB6、PB7、PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7口预留。输出功率驱动单元电路板，都具有相同的电路结构。以控制一路电机为例：8255输出的信号接光电藕合4N25，经隔离后的信号接集成驱动74LS06的一个单元，单元输出信号推动开关放大管TIP126，小型继电器串联接入开关放大管TIP126的集电极回路，控制电机正转或反转。控制方案是基于单片机的全软件开环控制，由固化的软件控制，控制器作可编程控制器对外对口加热器的操作作顺序控制，并对十二组轴向电机作开关控制。行走电机、棘轮电机采用双联按钮作开关控制。控制电源采用两组蓄电池分别供电，一组电压为6V的蓄电池供单片机系统，一组电压为12V的蓄电池供输出功率驱动电路，将单片机系统和输出功率驱动电路从电路上分隔开。

外对口加热器使用时，在固定定位块和活动定位块的燕尾形沟槽内嵌入钢件燕尾形楔块，套装在待焊接“对中”的管子上，操作行走电机，使外对口加热器移动到待焊接管口处；操作棘轮电机(或手动操作棘轮机构)使外对口加热器慢慢闭合；在外对口加热器闭合、压紧管子的过程中，对口管子被调整到一定的同轴度；同时调节轴向调节螺栓和径向调节螺栓，使管子对口的轴向间隙和径向位移的偏差同时符合技术指标要求。此时，外接超音频电源和超音频变压器连接感应加热圈对管口加温预热。

自动焊接设备焊接(或手工焊接)时，将感应加热圈快速移去，自动焊接设备的行走机构放置在外对口加热器的导轨内，自动焊接设备沿导轨绕管子连续焊接。控制器由固化的软件控制作顺序控制，当自动焊接设备的焊枪(或手工焊枪)依次达到六组活动定位块之前，控制器依次发出信号，控制轴向电机正向旋转使轴向调节螺栓正转，从活动定位块中退回到固定定位块内，使焊枪连续焊接；焊枪通过活动定位块后，控制器再次发出信号，控制轴向电机反向旋转使轴向调节螺栓反转，使其从固定定位块内伸出旋入活动定位块内。当自动焊接设备依次移动到铁芯线圈和永久磁钢的位置时，形成一闭合磁路，使铁芯内的磁通量增加，线圈内依次感应的感生电动势作为检测位置信号，控制自动焊接设备改变焊接工具姿态；通过十芯输出接口去控制弧焊电源(带微型单片计算机的弧焊电源)改变焊接工艺参数，从而保证焊缝在各个位置的焊接质量。

自动切割管子时，拆除感应加热圈，转动轴向调节螺栓使其从活动定位块中退回到固定定位块内，将外对口加热器可分开作为两个引导导轨使用。在固定定位块(或活动定位块)的燕尾形沟槽内嵌入橡胶燕尾形楔块，将半个外对口器安装在管子上。将自动切割设备行走机构放置在导轨内，在导轨一和导轨二(或导轨三和导轨四)的引导下，自动切割设备围绕管子旋转切割。

以上所述的仅是采用本实用新型原理，实现管子焊接简便、快速“对口”、高速加热管口，保持焊枪连续焊接的优化实施例。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，以至开发出其它的产品，也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种外对口加热器，所述的外对口加热器包括对口器圆环、固定定位块、径向调节螺栓、活动铰连，其特征是还具有轴向电机、齿轮、轴向调节螺栓、活动定位块、导轨、棘轮机构、棘轮电机、支撑轮、行走轮、行走电机、位置检测器、感应加热圈、控制器、输出接口；对口器圆环一和对口器圆环二与固定定位块组合在一起构成半个外对口器，在中分面处分开，棘轮机构安装在中分面处的一端，由对口器圆环一和对口器圆环二构成的内圆面内，活动铰连焊接在中分面处对应棘轮机构的一端；导轨一安装在对口器圆环一的外圆面上，轴向电机、齿轮安装在对口器圆环一的侧面上，支撑轮、行走轮、控制器安装在对口器圆环一上，U形铁芯线圈安装在对口器圆环一的内圆面上，轴向电机轴端齿轮与齿轮啮合，齿轮轴内孔的花键与固定定位块内旋合的轴向调节螺栓连接，行走电机同轴安装在行走轮上；导轨二安装在对口器圆环二的外圆面上，永久磁钢安装在对口器圆环二的内圆面上；对口器圆环三和对口器圆环四与活动定位块组合在一起构成另外半个外对口器，在中分面处分开，棘轮机构安装在中分面处的一端，由对口器圆环三和对口器圆环四构成的内圆面内；导轨三安装在对口器圆环三的外圆面上，U形铁芯线圈安装在对口器圆环一的内圆面上；导轨四安装在对口器圆环四的外圆面上，永久磁钢安装在对口器圆环四的内圆面上，支撑轮、行走轮安装在对口器圆环四上，行走电机同轴安装在行走轮上；两半外对口器通过固定定位块内旋合的轴向调节螺栓，旋入活动定位块内的轴向调节螺母连接为一体构成外对口器；感应加热圈安装在对口器圆环二与对口器圆环三之间，构成外对口加热器。

2、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是对口器圆环具有『形截面，加工有安装轴向电机的螺纹孔，安装齿轮的圆孔，嵌入铁芯线圈、永久磁钢的方孔。

3、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是固定定位块一端为斜形，一端为阶梯形，内部加工有轴向调节螺母，截面形状为矩形，内嵌有燕尾形沟槽；活动定位块一端为斜形，内部加工有轴向调节螺母，一端为槽形，加工有径向调节螺母，截面形状为矩形，内嵌有燕尾形沟槽；轴向调节螺栓采用铜质材料加工，一端加工花键，紧靠花键处加工一段螺纹和一段光杆，另一端再加工一段螺纹。

4、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是导轨一、导轨二、导轨三、导轨四为分段圆弧，两层结构，底层截面形状为矩形，导轨一和导轨三的底层一侧面加工有齿形，另一层截面形状加工为平V形；导轨二和导轨四的底层一侧面没有加工有齿形，另一层截面形状加工为平V形。

5、如权利要求1所述的外对口加热器，其特征是行走轮和支撑轮具有相同结构，由轮子、轮子支架、螺杆、螺母、手轮、支架组成；轮子为内陷腰形，外包橡胶安装在轮子支架内，螺杆一端焊接在轮子支架上，支架内嵌入螺母，螺母外圆焊接手轮；行走电机与行走轮续使用焊接辅助设备没有安装位置。因管子在焊接前已作过外防腐处理，除管口附近外，管子表面有一层防腐材料，为保护防腐层，只能在防腐层铺设胶垫，安装各种形式的导轨，才能使用自动焊接设备或自动切割设备。

上述原因，限制了采用上述现有技术的管子外对口器，在水利电力、石油化工企业管道系统安装焊接中的使用。所以，几十年来，在管道焊接中，一般小口径管子(管径＜Φ325mm)都是采用人工办法对口焊接；大口径管子(管径＞Φ325mm)采用上述的管子外对口器进行“对口”焊接。采用上述现有技术的管子外对口器进行管子“对口”，需要反复调整多次，反复闭合管子外对口器，压紧管子或打开管子外对口器，松开管子进行径向位移和轴向位移调整，既增加了工人劳动强度，也增加了焊接辅助时间；焊接时焊枪需反复引燃电弧焊接、熄灭电弧越过定位块，既影响焊接质量，又增加焊接时间；采用液化气或气体气体加热管口，容易污染管口影响焊接质量；为使用自动焊接设备或自动切割机，需反复铺设胶垫，安装、拆卸各种形式的导轨，既增加了工人劳动强度，又增加了焊接辅助时间。

                            实用新型内容

本实用新型是针对采用现有技术的管子外对口器，在水利电力、石油化工企业管道系统安装焊接中存在的不足，提供一种管子外对口加热器，其主要目的是：在管道对接焊生产中实现快速、方便地“对口”管子；用电磁感应方法加热管口；采用活动的分体式定位块，使焊枪可以连续焊接，在“对口”的同时就提供自动焊接设备、自动切割设备行走使用的导轨，以降低工人劳动强度，缩短焊接辅助时间，提高焊接生产质量和效率。

本实用新型的上述目的是这样实现的：由对口器圆环、固定定位块、轴向电机、齿轮、轴向调节螺栓、活动定位块、径向调节螺栓、导轨、棘轮机构、棘轮电机、活动铰连、支撑轮、行走轮、行走电机、位置检测器、感应加热圈、控制器组成管子外对口加热器。外对口加热器在中分面处分开，一端采用铰链连接，另一端采用棘轮机构连接。实际使用时，将外对口加热器套装在管子上，经行走电机驱动，移动到管口处后，棘轮电机(或手动)驱动棘轮机构锁紧外对口加热器。只通过一次安装外对口加热器，就可同时实现：可同时调节“对口”的“轴向调节螺栓”和“径向调节螺栓”，使管子对口的轴向间隙和径向位移的偏差同时符合技术指标要求；外接超音频电源和超音频变压器经感应加热圈对管口加热；提供自动焊接设备、自动切割设备行走的导轨和位置检测器。

采用上述技术方案的外对口加热器，在管子“对口”过程中，可同时调整对口管子的“径向位移”和“轴向位移”，减少了反复调整的次数；由于可外接超音频电源和超音频变压器经感应加热圈对管口加热，不仅加热效果好，而且不污染管口；由于轴向调节螺栓经轴向电机驱动，可以从活动定位块中退回到固定定位块内，焊枪不用越过定位块而连续焊接，提高了焊接生产质量和效率；同时，由于提供了自动焊接设备、自动切割设备行走的导轨和自动焊接位置检测器，不需要再铺设胶垫，安装、拆卸各种形式的导轨，既降低了工人劳动强度，又缩短了焊接的辅助时间。

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