CN107030351A - 一种管道环缝自动焊工装以及管道焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道环缝自动焊工装以及管道焊接设备，涉及管材焊接领域。管道环缝自动焊工装，其包括支座机构和滚动背保衬垫机构，支座机构包括横向设置的横梁以及立柱，横梁沿横梁的延伸方向滑动设置于立柱，滚动背保衬垫机构包括用于支撑管道焊缝的环状衬垫，环状衬垫与横梁的端部转动连接，环状衬垫的转动轴线与横梁的轴线平行，环状衬垫的内壁设置有用于与水循环***连通的水管。其能够实现管道环缝的单面焊接双面成型，且焊接处的内部效果佳，有效提高焊接效率，节省成本。该管道焊接设备包括上述管道环缝自动焊工装以及水循环***，水循环***与水管连通，能够实现管道环缝的单面焊接双面成型，有效提高焊接效率。

Description

一种管道环缝自动焊工装以及管道焊接设备

技术领域

本发明涉及管材焊接领域，具体而言，涉及一种管道环缝自动焊工装以及管道焊接设备。

背景技术

由于铝合金具有特殊的焊接特性，导致其焊接时，焊接难度比较大，尤其是单面焊双面成型在工业生产中更是无法实现。对于铝合金管环缝的焊接，目前普遍采用的焊接工艺：大直径管路(直径≥700mm)采用双面焊工艺技术；小直径管(直径＜700mm)采用背面衬垫强迫成型的工艺技术。

铝管在采用手工焊焊接时，生产效率低，焊接质量不稳定也成为不可避免的问题，尤其是小直径管的焊接，不但复合衬条的耗料多、装配耗时长，而且在焊接时容易将复合衬条击穿而产生焊接缺陷。

随着工业的发展，国内外企业为实现铝合金管环缝的自动焊接作了不少的探索，并取得了一些成绩。目前有一种中径管环缝焊接定心内撑工装，但是由于内撑环结构限制，适用的管径尺寸单一，对于不同的管径需配一个相对应管径尺寸的内撑环，这样就会导致工装数量大，成本投入大，管理复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道环缝自动焊工装，其结构简单紧凑，能够实现管道环缝的单面焊接双面成型，且焊接处的内部效果佳，有效提高焊接效率，节省成本。

本发明的另一目的在于提供一种管道焊接设备，其能够实现管道环缝的单面焊接双面成型，且焊接处的内部效果佳，有效提高焊接效率，节省成本。

本发明的实施例是这样实现的：

一种管道环缝自动焊工装，其包括支座机构和滚动背保衬垫机构。

支座机构包括横向设置的横梁以及立柱，横梁沿横梁的延伸方向滑动设置于立柱。

滚动背保衬垫机构包括用于支撑管道焊缝的环状衬垫，环状衬垫与横梁的端部转动连接，环状衬垫的转动轴线与横梁的轴线平行，环状衬垫的内壁设置有用于与水循环***连通的水管。

一种管道焊接设备，其包括上述管道环缝自动焊工装以及水循环***，水循环***与水管连通。

本发明较佳实施例提供的管道环缝自动焊工装以及管道焊接设备的有益效果是：

通过内切圆原理，设置与管道配合的滚动背保衬垫机构，可以得如下优点：

(1)焊接效率高。焊接速度比手工焊提高了5倍多。

(2)焊缝质量提高。焊缝表面成型美观，射线检测一次合格率高。

(3)适用范围广。对于直径200mm以上的铝合金管，仅采用一个工装就能够完成其环缝的自动化焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的管道环缝自动焊工装的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的支座机构的结构示意图；

图3为图2中Ⅲ处的局部放大示意图；

图4为本发明实施例提供的滚动背保衬垫机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的滚动压紧机构的结构示意图。

图中：10-管道环缝自动焊工装；20-支座机构；210-立柱；211-第一电机；213-第一联轴器；215-第一丝杆；217-第一丝杆螺母；218-第一直线导轨；219-第一滑块；221-第四连接板；223-安装部；225-凹槽；230-横梁；231-第二电机；233-第二联轴器；235-第二丝杆；236-凸起；30-顶紧机构；310-第二气缸；320-第二连接板；330-中心轴；340-第三连接板；350-保护罩；40-滚动背保衬垫机构；410-环状衬垫；413-环形凸棱；415-定型凹槽；420-套筒；430-第一连接板；440-密封水冷舱；450-水冷冷凝接头；50-滚动压紧机构；510-连接机构；511-安装板；520-压轮；530-第一气缸；540-第二直线导轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种管道焊接设备，其包括管道环缝自动焊工装10以及水循环***。

请参阅图1，管道环缝自动焊工装10包括支座机构20、顶紧机构30、滚动压紧机构50以及滚动背保衬垫机构40。

请参阅图2，其中，支座机构20包括立柱210以及横梁230。

具体地，立柱210用于固定管道环缝自动焊工装10，本实施例中，立柱210纵向设置。立柱210设有第一电机211，第一电机211的输出轴通过第一联轴器213连接有第一丝杆215，第一丝杆215沿立柱210的延伸方向设置，第一丝杆215与横梁230连接用于驱动横梁230沿第一丝杆215的延伸方向运动，即第一丝杆215驱动横梁230纵向运动。

请参阅图3，立柱210沿其延伸方向设置有第一直线导轨218，第一电机211位于立柱210远离安装地面的一端，第一丝杆215套设有第一丝杆215螺母，第一丝杆215螺母沿其运动方向的两侧设有与第一直线导轨218配合的第一滑块219，第一丝杆215螺母连接有第四连接板221，第四连接板221与立柱210平行设置，第四连接板221与第一滑块219连接从而沿第一直线导轨218纵向运动，第四连接板221远离立柱210的一侧设有安装部223，安装部223开设有凹槽225，横梁230设置有与凹槽225配合的凸起236，凸起236嵌设于凹槽225。优选地，凸起236与凹槽225过盈配合。

本实施例中，立柱210由槽钢设置，第一丝杆215设置于立柱210的凹槽225内，节省空间以及重量。

横梁230横向设置，本实施例中，横梁230由方钢设置。优选本实施例中，横梁230与立柱210垂直设置。

具体地，横梁230远离滚动背保衬垫机构40的一端设有第二电机231，第二电机231的输出轴通过第二联轴器233连接有第二丝杆235，第二丝杆235沿横梁230的延伸方向设置，第二丝杆235与立柱210连接用于驱动横梁230沿第二丝杆235的延伸方向运动，即第二丝杆235驱动横梁230横向运动。第二丝杆235与立柱210的连接方式与第一丝杆215与横梁230的连接方式相同或相似，本实施例中，第二丝杆235与立柱210的连接方式与第一丝杆215与横梁230的连接方式相同在此不做具体赘述。

顶紧机构30用于带动滚动背保衬垫机构40与管道的内壁顶紧，使滚动背保衬垫机构40与管道的内壁始终处于贴合状态。

具体地，顶紧机构30包括第二气缸310。本实施例中，第二气缸310优选采用滑台式气缸。

具体地，第二气缸310的伸缩杆连接有第二连接板320，第二气缸310的缸体通过第三连接板340安装于横梁230的端部。第二气缸310的伸缩杆延伸方向与横梁230垂直。优选地，本实施例中，第二连接板320的截面呈“L”型，第三连接板340的截面呈倒“L”型，优选地，第三连接板340连接有中心轴330，中心轴330的轴线平行于横轴的轴线，从而第二气缸310的伸缩杆带动中心轴330同步运动。

优选地，顶紧机构30还设置有保护罩350，保护罩350与第二连接板320连接，用于罩覆于滚动背保衬垫机构40，延长滚动背保衬垫机构40的使用寿命。需注意的是，保护罩350仅罩覆于环状衬垫410的部分区域，从而在保护延长滚动背保衬垫机构40的使用寿命的前提下，不影响滚动背保衬垫机构40，尤其是环状衬垫410的正常使用，即在保护罩350的罩覆下，环状衬垫410仍与焊缝部分接触，并通过管道转动，环状衬垫410不断进行内切焊缝的动作，始终对与焊缝熔融区抵靠。

更优选地，第二气缸310设有调压阀(图未示)，调压阀调节第二气缸310的气体压力，从而使第二气缸310顶升力与滚动压紧机构50的压力保持平衡，有效保证焊缝的焊接成型质量。

请参阅图4，滚动背保衬垫机构40用于实现管道内壁焊缝的成型。具体地，滚动背保衬垫机构40包括环状衬垫410、套筒420、第一连接板430以及水管(图未示)。

环状衬垫410用于支撑管道焊缝，环状衬垫410的转动轴线与横梁230的轴线平行，环状衬垫410的外壁沿环状衬垫410的周向间隔设置有两条环形凸棱413，两条环形凸棱413之间形成定型凹槽415，两条环形凸棱413用于抵靠于焊缝两侧，定型凹槽415用于压迫管道内壁焊缝熔池区域成型。

环状衬垫410与套筒420同轴设置并通过第一连接板430与套筒420连接，套筒420转动连接于中心轴330，例如套筒420通过轴承与中心轴330转动连接，从而套筒420与环状衬垫410同步转动。本实施例中，由于管道内壁与环状衬垫410抵靠，因此，管道转动时，通过内切圆原理，带动环状衬垫410转动，使环缝焊接过程自动化，并且环缝焊接效果佳，有效降低成本。

第一连接板430的数量可以为至少一个，第一连接板430的形状可以为条状、矩形状等。优选地，本实施例中，第一连接板430为两块环状的连接板，两块第一连接板430间隔设置，每块第一连接板430分别与套筒420、环状衬垫410连接，并且两块第一连接板430与套筒420、环状衬垫410之间形成密封水冷舱440，凹槽225位于环状衬垫410的外壁对应密封水冷舱440的位置。从而在环缝焊接时，由于顶紧机构30和压紧机构的作用，使环状衬垫410紧紧抵靠于管道的内壁，从而管道在外力转动下，带动环状衬垫410不断地转动，通过内切圆原理，使焊缝熔池区域始终处于环状衬垫410的保护下，从而保证焊缝的外部成型质量和内部探伤质量。

优选地，水管位于环状衬垫410的内壁对应定型凹槽415的位置，用于冷却焊缝，使其成型。同时，密封水冷舱440的设置使冷却效果更佳，同时使滚动背保衬垫机构40的整体质量较轻。

水管具有出水口与进水口，优选地，滚动背保衬垫机构40还包括水冷冷凝接头450，进水口与水冷冷凝接头450的进水口(图未示)连通，出水口与水冷冷凝接头450的出水口(图未示)连通，水冷冷凝接头450的一端固定于中心轴330，另一端固定于防护罩，从而延长水冷冷凝接头450的使用时间。

请参阅图5，滚动压紧机构50用于压紧管道的外壁，防止焊接的过程中管道因环状衬垫410的转动而向上窜动，从而管道始终能够保持平衡。滚动压紧机构50可以与支座机构20、滚动背保衬垫机构40和顶紧机构30均不连接，仅在使用时安装于管道外壁配合使用，本实施例中，滚动压紧机构50与立柱210连接。

具体地，滚动压紧机构50包括连接机构510和压轮520。

具体地，压轮520转动设置于连接机构510，压轮520的转动轴线与横梁230的轴线平行。从而当压轮520压紧管道的外壁时，管道仍然可以在外界的作用下沿其轴线转动。

压轮520的数量为至少一个，例如一个、两个、四个或五个等等，优选压轮520的数量为两个，两个压轮520间隔设置，从而管道的外壁抵靠于两个压轮520。

由于滚动压紧机构50与立柱210连接，因此为了使压轮520紧紧抵靠于管道的外壁，连接机构510与管道的外壁之间势必具有压缩空间，例如压轮520与连接机构510通过伸缩杆连接，或连接机构510与立柱210通过伸缩杆连接等，本实施例中，滚动压紧机构50还包括第一气缸530，其中，第一气缸530的缸体固定于立柱210，连接机构510设有安装板511，第一气缸530的伸缩杆的远离第一气缸530的缸体的一端与安接板连接，两个压轮520转动设置于安装板511。

优选地，连接机构510还可以设置至少一个纵向设置第二直线导轨540，本实施例中，第二直线导轨540为两个，两个第二直线导轨540分别与第一气缸530的缸体两侧连接，用于使第一气缸530保持竖向运动，最终使焊缝成型效果佳。

水循环***包括出水管与进水管，其中，出水管与水冷冷凝接头450的入水口连通，进水管与水冷冷凝接头450的出水口连通，从而不断进行冷水循环，对焊缝进行降温。

采用本发明提供的管道环缝自动焊工装10，在焊缝的背面强制焊缝成形，而且对于直径200mm以上的管道，仅采用一个工装就能够完成其环缝的自动化焊接。其中，本发明中，管道可以为铝合金管、不锈钢、碳钢等黑色金属管道，从而实现黑色金属容器的单面焊双面成型焊接的打底焊，避免进行焊缝的清根处理。

需注意的是：本发明提供的管道环缝自动焊工装10以及管道焊接设备在焊接时，焊件坡口装配时最好无间隙，如若无法保证(焊件端面下料时的误差)，尽量控制装配间隙，避免装配间隙超过焊丝直径的3倍。

管道环缝自动焊工装10的工作原理是：

通过第一丝杆215带动横梁230横向运动，以及第二丝杆235带动横梁230纵向运动，从而调节横梁230将滚动背保衬垫机构40输送至目标焊缝处，其中，环状衬垫410的外壁抵靠于管道的内壁，且使焊缝熔池区域始终对应定型凹槽415，滚动压紧机构50压紧管道的外壁，两个压轮520分别与管道的外壁抵靠，其中，管道的转动轴线与两个压轮520的转动轴线平行，有效防止管道因环状衬垫410的转动而向上窜动。同时，通过第二气缸310带动环状衬垫410的外壁与管道的内壁顶紧，使环状衬垫410的外壁与管道的内壁始终处于贴合状态。

从而管道在外力的作用下沿其轴线转动时，通过内切圆的原理，使焊缝熔池区域始终处于滚动背保衬垫机构40的保护下，同时对焊缝熔池区域进行冷却以及挤压成型，保证焊缝的外部成型质量和内部探伤质量，使内部焊接处的成型效果更佳。

综上，本发明提供的一种管道环缝自动焊工装10以及管道焊接设备，克服了定心内撑工装的缺点，有效提高焊接工装设备的适用范围，降低工装投入成本，同时也确保了焊缝一次射线探伤的合格率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道环缝自动焊工装，其特征在于，包括支座机构和滚动背保衬垫机构；

所述支座机构包括横向设置的横梁以及立柱，所述横梁沿所述横梁的延伸方向滑动设置于所述立柱；

所述滚动背保衬垫机构包括用于支撑管道焊缝的环状衬垫，所述环状衬垫与所述横梁的端部转动连接，所述环状衬垫的转动轴线与所述横梁的轴线平行，所述环状衬垫的内壁设置有用于与水循环***连通的水管。

2.根据权利要求1所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述环状衬垫的外壁沿所述环状衬垫的周向间隔设置有两条环形凸棱，两条所述环形凸棱之间形成定型凹槽。

3.根据权利要求2所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述滚动背保衬垫机构还包括套筒、第一连接板，所述套筒与所述环状衬垫通过连接板连接，所述套筒转动连接于所述横梁的端部，所述环状衬垫与所述套筒同轴设置并通过所述第一连接板与所述套筒连接，所述水管位于所述环状衬垫的内壁对应所述定型凹槽的位置。

4.根据权利要求3所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述连接板为两块环状的连接板，两块所述连接板间隔设置，每块所述连接板分别与所述套筒、所述环状衬垫连接，两块所述连接板与所述套筒、所述环状衬垫之间形成水冷舱，所述水管位于所述水冷舱内。

5.根据权利要求1所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，还包括用于压紧所述管道的外壁的滚动压紧机构。

6.根据权利要求5所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述滚动压紧机构包括连接机构以及转动设置于所述连接机构的至少一个压轮，每个所述压轮的转动轴线与所述横梁的轴线平行。

7.根据权利要求6所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述滚动压紧机构还包括第一气缸，所述第一气缸的缸体固定于所述立柱，所述连接机构设有安装板，所述第一气缸的伸缩杆的远离所述第一气缸的缸体的一端与所述安装板连接，所述至少一个压轮转动设置于所述安装板。

8.根据权利要求5所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，还包括用于带动所述滚动背保衬垫机构与所述管道的内壁顶紧的顶紧机构，所述顶紧机构包括第二气缸，所述第二气缸的缸体安装于所述横梁的端部，所述第二气缸的伸缩杆延伸方向与所述横梁垂直，所述第二气缸的伸缩杆连接有第一连接板，所述第一连接板与所述滚动背保衬垫转动连接。

9.根据权利要求1所述的管道环缝自动焊工装，其特征在于，所述立柱设有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一丝杆，所述第一丝杆沿所述立柱的延伸方向设置，所述第一丝杆与所述横梁连接用于驱动所述横梁沿所述第一丝杆的延伸方向运动；

所述横梁设有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有第二丝杆，所述第二丝杆沿所述横梁的延伸方向设置，所述第二丝杆与所述立柱连接用于驱动所述横梁沿所述第二丝杆的延伸方向运动。

10.一种管道焊接设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的管道环缝自动焊工装以及水循环***，所述水循环***与所述水管连通。