CN85105922A - 管内焊接装置的焊接支承机构 - Google Patents

Abstract

一焊接支承机构包括一弧形支承环块，通过弹簧安装到支承板上以进行转动位移。多个支承机构安装到管内校准夹具的夹紧件上以进行径向扩张和收缩。

Description

本发明涉及一种沿周长焊接相邻管段端部接口的装置，尤其涉及一种新的、改进的焊接支承机构，该机构适宜借助管内校准夹具沿径向运动。

一般地，焊接支承环由铜制成，用来在焊接中支承相邻管端之间的焊口部，以利于在焊缝根部获得坚实的焊接。焊接支承材料构成了一散热片，熔化的熔池靠散热片而冷凝下来。为充分发挥其效力，支承件应均匀地贴合焊口部并其贴合方式不能使杂质进入焊接区域。

在将大直径管段焊接成管道的过程中，用通常称做管内校准夹具的管内校准机构来校准管端以进行焊接。一般说来，管内校准夹具包括由弧形件组成的两块以轴线为中心隔开一定距离的压紧件，弧形件通过液压或气动装置驱动沿径向压紧并校准管段和管道的内圆周表面以保证焊接接口的正确位置。

坎宁汉姆等人的3937382号美国专利公开了一种带焊接支承的管内焊接校准夹具，该支承安装到居于第一和第二套压紧件之间车架式结构上。焊接支承机构包括多个沿圆周隔开的活塞，活塞连接到一气动液压驱动系统，通过其操作实现活塞带动分段支承环径向的扩张和收缩的双向运动。分段支承环包括两个相同的环体。每一环体包括两个铰接的环块。每一环体的每一终端的轴向面，即，位于环体内凹外凸圆周表面中间的面的终端是楔形的。每一环体的楔形端设计为当环体沿径向扩张到焊接支承位置时以连接成连续的形式对接在一起。

在如坎宁汉姆专利中公开的装置中，从液压操纵系统中漏油会污染焊接接口区域，进而产生焊接缺陷。而且，不正确地内贴合环块会由于活塞或控制阀出故障而产生。另外，只要管子稍有不圆或有突起，具有固定曲率的九十度弧的环块就不会使支承件接触面和管子内表面处良好贴合。流体驱动系统发生故障是一个特别令人头痛的问题，这是由于该系统的操作者在焊接开始前不能很容易地了解到位于管子内的支承是否处于正确位置。

在采用带有终端径向渐缩横截面的环块的支承系统中，支承环厚度的减小会造成使焊接熔池正确冷凝的散热片不足。

本发明的第一个目的是设置一种能为正确冷凝焊接熔池提供足够散热片的焊接支承系统。

本发明的第二个目的是消除或减少焊接接口区域的油污染。

本发明的第三个目的是提供一种在焊接支承系统的环块和管子内表面之间的良好贴合。

本发明的第四个目的是减少焊接支承系统的可能发生的故障。

按照本发明的优选的实施例，包括一个支承环块的焊接支承机构弹性安装到一支架上，该支架适宜于连接并运动一管内校准夹具的两套以轴为中心隔开的压紧件之一。尤其是，多个支承机构可连接到一套压紧件上以使由多个环块组成的整个支承环在压板于管子贴合时能正确靠在焊接口上。

每一焊接支承机构包括一弧形块、一支承板及将环块安装到支承板上并转动地偏置环块的装置，该装置响应环块绕环块弧径向轴转动的位移。安装和偏置装置最好为一扭簧并最好包括一相对于弧形环块径向定位的杆及倾向于径向的弹簧以适应待焊接的管子内表面的变化。

每一环形块贯穿全长为一弧形板，终端分别与相邻环形块的终端互补。环形块的位置应使相邻形块终端通过绕径向轴相互靠着滑动旋转同时运动到径向以构成连续连接形式。相邻的环形块终端的位置应使当焊接支承处于扩张位置时其主弧轴线位于同一平面中当焊接支承径向处于非扩张位置时其主弧轴线与共同平面斜交或偏移。

表征本发明的各个新的特征在附加的并构成本说明书一部份的权利要求书中详细指出。为了更好地理解本发明，其操作优越性及通过其使用而达到的其他目的应参见附图和下述本发明优选实施例的详细描述。

在构成本说明书一部份的附图中，图中参考号代表同样的或贯穿整个说明书的相同的另件。

图1是按照本发明的一优选的实施例的一支承环块和支承支架装置的部份为截面的侧视图;

图2是图1中装置的部分断开部分截面的端视图，其中环块表示为透视图;

图3是按照本发明另一实施例的支承环块和支承支架装置部分截面的侧视图;

图4是图3中装置部分断开部分截面的端视图，其中环块表示为透视图;

图5是按照本发明支承环块绕径向轴线转动定位的平面图示;

图6是图5中沿6-6线方向看支承块在压制成弧状前的正视图;

图7是按照本发明又一实施例的类似图4中支承环块和支承支架装置的端视图。

图1和2表明了体现本发明的焊接支承机构10。焊接支承机构连接到公开在上述美国3937382号专利中的管内校准夹具上，该结构的细节此处还要引为参考。夹紧件在本申请附图的图1和图3中用号50表示，在上述专利图3中用号28表示。应该懂得，焊接支承机构10并不限于使用上述专利公开的具有特殊结构细节的压板的管内校准夹具。

支承机构10包括弧形支承环块12，该块贯通一弧段，终止在支承环处于焊接支承位置时构成与相邻的环块终端互补的终端。弧形环块12有一普遍凸起的长的上表面13以对管子内表面沿周边延伸的部分定位，该件还有一普遍下凹的长的下表面15，下表面大致平行上表面13延伸，环块还包括长的侧面17和19及端部或端面21和23，它们与表面13和15斜交使得该两面可沿图5中61所示相对于清楚地在图5中以62表示的环块的主弧线轴成45°的方向伸展以提供楔形终端，因此，在图2中以63表示的整个环块厚度可设置或其每一终端及整个块长均靠紧焊接接口处以为焊接熔池冷凝提供足够的支承材料，因而，环块可象如下描述的那样扩张和收缩。当然，角61并不限于45°，而是可根据特殊支承机构要求选取更大或更小的角度也可采用本发明所属技术领域普遍专业人员共知的工程技术原理来确定角度。

为了便于理解，如图6所示，环块12为未压成弧形时的情况，端面21和23最好向内倾斜一小角度，大约1至3度（如81所示），当该两端面分别从上表面13延伸到下表面15时就可使上表面13靠紧管子内壁形成连续接触，这种接触是通过保证一对环块之间的接触总是发生在上表面13处而实现的。

在操作中，多个焊接支承机构10机构连接到夹紧件50上或每个管内校准夹具的夹紧件上，同时沿径向运动。多个环块12逐个按端对端接触的连续方式安装以绕用25表示的位于径向扩张时位置之间的各自的径向轴线旋转，径向扩张位置于图5中以实线64表示，在图5中相邻的终端21和23实际上在其整个表面都处于一种邻接关系，外凸表面13邻接待焊接的接口两边管子的内表面65和66并且环块的主弧线轴62位于图5中28表示的共同平面中，该面为管端焊接接口的径向平面，图5中以虚线67表示的收缩位置中，邻接的环块绕各自的轴25旋转位移，使得相邻的终端21和23在其各自的每个表面仅有一部分处于邻接关系且环块此时互相斜交或偏移使每一环块的主弧线轴62沿着相对平面28构成如29表示的一定角度约5或10度的方向。下面将对支承机构的操作进行更详细描述。

支承机构10还包括一支承板20、一最好带扭簧30的装置和一长的立柱14用以将环块12安装到支承板20上使环块可相对支承板运动并用以偏移环块12使其绕环块弧形的径向轴25旋转。

立柱14从环块12的下凹表面15沿径向向内延伸。立柱14适于与支承板20内的孔80滑动配合（下文中将描述）以使环块12径向运动正确地靠紧在管子内表面上。在图1到图4所示的本发明的实施例中，校准立柱14包括一阶梯形圆柱。该圆柱有一大直径圆柱段16连接到小直径圆柱段18上，柱18建立在柱16的中心以限定一肩部68，小直径圆柱18在其下端通过支承板20的底端。相对于校准立柱14垂直延伸的支承板20用适当的机械结构连接到径向运动的夹紧件50上如一管子内夹具的活塞杆，该件通过任何适当的机械装置如螺纹接头或螺钉与支承板连接，该连接是根据本发明所属技术领域普遍专业人员共知的原理设计的。

支承板20包括一开口圆柱帽22，小直径圆柱18伸过帽底壁69上的孔，环块12弹性偏置，在螺旋弹簧24作用下沿径向朝着和离开管壁运动。弹簧在压缩状态下绕在下圆柱部分18上并与其共轴安装同时作用于大直径圆柱肩68和帽22的下壁69之间。一止动件如挡圈26或螺母安装到轴18上，处于帽22外面的自由端上。止动件26抵住帽22外表面并阻止立柱14由于螺旋弹簧24的力而向上运动。

扭簧30具有绕上部圆柱16并与其同轴的中间螺旋段还具有分别通过支承板20上的孔和环块外套32安装在支承板20上的第一端和安装在环块12上的第二端，如图，1和2所示，或通过将该两端分别靠在支承板20和环块外套44上如图3和4所示。

在图1和图2所示的实施例中。如图1所示，从垂直于主弧线62的平面内看，环块12具有大致为梯形的截面形状，在下凹表面15处为较大的底面。环快12和立柱14安装在外套32上。环块固定在立柱14顶端在外套32与环块一个表面17处的互补表面和支承环夹紧楔板34与环块另一个表面19处的互补表面之间为楔形配合关系。楔板由带帽螺钉35固定到外套32上，螺钉穿过楔板拧入外套32底座上，当螺钉拧紧时，楔板34与环块构成楔形啮合。

在图3和图4的可供选择的实施例中，环块42具有一从垂直于主弧线62的平面内看大致为矩形的截面。环块42与槽或U形外套44通过螺钉46和48连接，而螺钉横向延伸与环块42顶合。

扭簧30起到促使环块12或42绕径向轴25朝位置64转动的作用，环块在圆周上从位置67起到该位置处互相对齐，在67处，环块相对其最后的圆周位置是斜交的。

支承板20安装到管内校准夹具的夹紧件50上，该夹具可在径向朝着和背离待焊接的管子内表面运动，因此，同时焊接支承机构也可沿径向运动以致可因此而减少焊接区域的油污染或减少导致环块靠着管端的错误定位的焊接支承机构的故障。多个支承环机构安装在选定的夹紧件上以致形成实际上布满整个焊接接口圆周路线上连续的支承环。

在操作过程中，多个支承机构连接在两个轴线分开的随内校准夹具而径向扩张和收缩的夹紧件之一上。焊接支承机构最好装到用来压紧管子的最后一个夹紧件上。这样，夹紧件50的运动就会带动支承板20运动，因而带动支承环块12或42径向向外到达靠紧管子焊接接口内表面的边缘处。

焊接管子的支承环包括一组环块12或42，在遍布整个圆周路线上环块按照端对端的关系逐个安装，在径向收缩位置，环块12与管子表面脱离接触，这时，全部环块必须适合构成一圆周，该圆周小于环块处于扩张位置与管子内表面贴合时的圆周。在机构10中，当环块沿径向向外运动到达大圆周时，扭簧30动作使环块12或42绕各自轴线25转动并在圆周上相互准直，在该圆周上，相邻终端21和23在其大致整个表面都处于邻接关系。如同前述，端面21和23为楔形以允许环块在圆周方向上，即，当环块在收缩过程中绕轴线25旋转时在平行于焊口方向上伸长一个很小距离。在收缩过程中，环块变成小圆周的运动迫使端面21和23互相抵着滑动以反抗扭簧30的力以适应将圆周缩小。

压簧24向环块12或42提供相对于支架20的弹性径向运动以适应不同的管直径并使环块可靠地与管子表面接触。如果环块不是弹性地靠紧管子表面，当环块靠紧管壁时，环块或支承机构的其他部分就会破裂。

图7表明了本发明装置的可供选择的实施例，该装置对环块79施加一弹性力使其沿径向离开支承板。在此实施例中，设置一环块外套70，一自环块径向延伸的立柱71，一扭簧72，一带有孔74以接受立柱的支承板73，类似于图1至图4中的外套32、立柱14、扭簧30、支承板20和孔80。当孔74一端装入立柱71，另一相对端装上螺栓75，螺栓杆延伸到立柱并用螺纹与立柱71拧在一起。孔74可在其装入螺栓的一端靠肩部76变窄使其直径仅稍大于螺栓75杆部的直径。螺栓75上可装上垫圈77。在立柱71和肩部76之间绕着螺栓杆75装有多个弹性件78，通常称做盘形垫圈，这些垫圈一齐动作起到促使立柱71沿径向离开支承板73的弹簧作用。该件78为非平面的环状垫圈形件，其径向外圆周部分与其他垫圈的相应部分相邻并弹性地压在其上，中心部分与其他垫圈的相应部分相邻并弹性地压在其上共同起到弹簧的作用。盘形垫圈的使用在提供弹簧力的大小上有一定灵活性，这只需通过加减盘形垫圈个数就能达到。而由螺栓75通过螺纹与立柱71的拧合可调整立柱71的驰张位置。

由于焊接支承机构本身并不需要单独的空气或液压驱动装置，先有技术中产生的液压油污染问题就可避免。而且，对隔离那些会产生故障的液压系统阀门和/或油缸的附加要求也可避免。环块在径向整个其长度上具有充足的厚度以使熔池充分冷凝。使用多个短环块可在支承和待焊接管子内表面之间提供更好的配合。例如，为焊接具有三十六英寸直径的管子，典型的支承环可包括二十个环块，这些环块在收缩位置以五至十度角与圆周方向倾斜并成一直线。

使用机械方式安装到夹紧件上的焊接支承机构还能可靠地固定环块的位置，因此，消除了人员操作校准系统的怀疑以保证支承的正确定位。

本发明的一些特征可在不使用其他特征时获得益处。而通过本发明独特的实施例详细地描述和展示了表明本发明原理的使用。当然，本发明可在不背离这些原理的条件下实施。

Claims (20)

1、一焊接支承机构包括一弧形支承环块、一支承板和将环块安装到支承板上的装置及偏置环块使其绕环块弧段径向轴旋转的装置。

2、按照权利要求1的焊接支承机构，其中，安装和偏置装置包括装在支承板和环块之间的扭簧装置。

3、按照权利要求2的焊接支承机构，其中，还包括对环块施加弹性力使其沿向离开支承板的装置。

4、按照权利要求3的焊接支承机构，其中，还包括一环块外套和一与该外套固定连接的立柱，上述施力装置包括一开口的圆柱帽，该帽连接到支承板上以紧密和滑动的方式与立柱配合，施力装置还包括一帽内的弹性装置驱动的立柱使外套沿离开支承板的方向运动。

5、按照权利要求4的焊接支承机构，其中，立柱延伸过整个帽到其另一端并包括一肩部，上述弹性装置包括一以压缩方式装入帽内肩部和帽的相对端之间的弹簧装置和阻止立柱沿径向穿出帽相对端的运动的保持装置。

6、按照权利要求4的焊接支承机构，其中，弹性装置包括多个以压缩方式位于帽内处于立柱和帽端之间的盘形弹簧和从帽端延伸至立柱并与立柱用螺纹拧合以阻止立柱从帽端沿径向运动的螺栓装置。

7、按照权利要求6的焊接支承机构，其中，环块外套包括分开夹紧环块的装置。

8、按照权利要求7的焊接支承机构，其中，夹紧装置包括一模块和当将环块模面配合装入模块和外套之间时将模块刚性装到外套上的装置。

9、按照权利要求1的焊接支承机构还包括对环块施加弹性力使其沿径向离开支承板的装置。

10、按照权利要求9的焊接支承机构还包括一环块外套和一固定连接到外套上的立柱，上述施力装置包括一连接到支承板上的开口圆柱帽，它以紧密和滑动方式将立柱和弹性装置纳入帽内以促使立柱在离开支承板方向上驱动外套。

11、按照权利要求10的焊接支承机构，其中，弹性装置包括多个以压缩方式位于帽内在立柱和帽端之间的弹性装置和从帽端延伸到立柱并用螺纹拧在立柱上阻止立柱从帽端沿径向运动的螺栓装置。

12、一沿圆周焊接圆柱管的管内焊接支承和校准夹装置，其装置包括一带有多个分布在管内的夹紧件的夹具，沿径向朝着和背离管子内表面运动夹紧件的装置和多个焊接支承环块，每一环块贯穿整个弧线长度并终止于相邻环块成互补形状的终端，所作的改进包括将至少一个焊接支承环块连接到其中一个夹紧件上以沿径向在收缩和扩张位置之间运动的支承装置，收缩位置是环块与管子内表面脱离接合，扩张位置是环块与管子内表面接合，环块安装到支承件上并定位于使相邻环块终端连续滑动接触并适于当环块同时沿径向轴运动时使其绕每一环块弧板的径向轴线转动，环块的主弧线轴当于扩张位置时其主弧线轴与共同平面构成一角度，该装置还包括当环块处在扩张位置时使环块绕各自的轴旋转从而使环块主弧线轴位于共同平面内的装置。

13、按照权利要求12的装置，其中，促使环块旋转的装置包括插入环块和支承装置之间的弹簧装置。

14、按照权利要求13的装置，其中，上述弹簧装置包括一扭簧。

15、按照权利要求14的装置，其中，支承装置包括一固定连接到夹紧装置上的板、一沿径向伸出位于该板和一个环块之间的立柱和用弹簧力使环块沿径向离开该板的装置。

16、按照权利要求15的装置，其中，弹性装置包括多个以压缩状态处于该板和立柱之间的盘形垫圈，螺栓装置通过螺纹和立柱拧合以阻止立柱从板子处沿径向运动。

17、按照权利要求15的装置，其中，弹性装置包括一以压缩状态插入板子和立柱之间的弹簧以在促使环块背离板子的方向上偏置立柱。

18、按照权利要求17的装置，其中，立柱包括一肩部而弹簧包括螺旋弹簧，螺旋弹簧处于压缩状态并绕立柱共轴设置同时与肩部接合。

19、按照权利要求12的装置，其中，支承装置包括一固定连接到夹紧装置上的支承板，一沿径向伸出的位于支承板和一环块之间的立柱和靠弹力促使环块沿径向离开支承板的装置。

20、按照权利要求19的装置，其中，弹性装置包括多个以压缩方式位于支承板和立柱之间的盘形垫圈和通过螺纹和立柱拧合以阻止立柱从支承板沿径向运动的螺栓装置。

Images