一种辅助现场组对焊接用阔径找圆机及方法与流程

本发明涉及压力容器、压力管道现场焊接辅助工装，尤其涉及一种辅助现场组对焊接用阔径找圆机及方法。

背景技术：

1、在大型工程建设中，存在大量现场金属构件焊接作业，无法完全依赖工厂化预制后现场组装，例如长输天然气管道、抽水蓄能电站压力管道、大型火电及化工压力容器与管道的现场装配。现场焊接作业的首要工序为管口组对与找圆。

2、由于管材分批次采购、多标段平行施工导致加工主体不一致，加之厂家加工精度偏差、材料残余应力、温湿度变化以及运输形变等因素，筒型工件管口常出现椭圆度超标、直径偏差等问题。而施工现场大型机加工设备匮乏，传统找圆工序效率低下，严重制约焊接施工进度，且处理不当易遗留设备安全隐患。

3、现有技术中，如公开号cn120095501a的专利提出了大口径钢管对口焊接装置，仅具备焊接与限位功能，未解决管口找圆的技术问题；公开号cn104475599a的专利提出了螺旋钢管管端阔径方法及装置，仅能在管端公差范围内对直径偏小的管口进行阔径，功能单一，且难以适配现场复杂工况与批量处理需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种辅助现场组对焊接用阔径找圆机及方法，采用模块化装配式结构，便于现场运输与快速搭建；通过伞骨式扇骨连杆结构与限位切换机构，实现径向伸缩阔径与周向旋转辊圆双工况作业；采用冷变形加工工艺，避免残余应力与后续热处理工序，大幅提升现场管口找圆的效率与精度。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供本发明一方面提供一种辅助现场组对焊接用阔径找圆机，包括龙门架，龙门架的两侧成对安装有驱动机构，驱动机构的输出轴通过联轴器连接有螺纹轴；龙门架的顶部安装有用于悬吊筒型工件的悬挂机构；龙门架的顶部固定有用于对筒型工件进行径向定位并支撑其旋转的固定机构；螺纹轴上套装有找圆机构；找圆机构包括多组扇骨式连杆组件、周向限位组件和轴向限位器；每组扇骨式连杆组件包括找圆辊子、支撑杆和定位端子；定位端子与螺纹轴螺纹配合，且定位端子与螺纹轴安装轴向限位器；支撑杆两端分别铰接于定位端子和找圆辊子；多组扇骨式连杆组件沿螺纹轴周向分布，形成径向可张开的伞骨状结构；

3、所述周向限位组件选择地限制伞骨状结构相对筒型工件的周向转动；当周向限位组件限制周向转动时，驱动机构带动螺纹轴转动，驱动定位端子轴向移动，使扇骨式连杆组件沿径向张开，实现阔径找圆；当周向限位组件解除周向转动限制时，通过轴向限位器锁定定位端子与螺纹轴之间的轴向移动，驱动机构将带动螺纹轴及找圆机构整体旋转，找圆辊子沿筒型工件内壁滚动，实现辊圆整圆。

4、优选地，所述龙门架包括横梁、两根支柱和底座；所述支柱下端与底座可拆卸连接，上端与横梁可拆卸连接；所述支柱与横梁之间设有斜撑。

5、优选地，所述驱动机构包括电机和变速箱；所述电机的输出端连接变速箱的输入端，变速箱的输出端通过联轴器与螺纹轴同轴连接。

6、优选地，所述悬挂机构包括提升葫芦和挂索；所述提升葫芦可滑动地设于龙门架的横梁上，所述挂索连接于提升葫芦的下端，用于兜吊筒型工件。

7、优选地，所述固定机构包括可调长度支撑杆、固定轴和辊子；所述可调长度支撑杆安装于龙门架，固定轴设于可调长度支撑杆的端部，辊子转动地套装于固定轴，用于抵接并支撑筒型工件的外壁。

8、优选地，所述找圆机构包括至少两对扇骨式连杆组件，每对包含第一扇骨式连杆组件和第二扇骨式连杆组件；所述第一扇骨式连杆组件的第一定位端子与第二扇骨式连杆组件的第二定位端子内螺纹旋向相反，分别配合于螺纹轴的正旋螺纹段和反旋螺纹段。

9、优选地，所述螺纹轴的两端都分别对称设置有正旋螺纹段和反旋螺纹段，并使得螺纹轴转动过程中同步实现两侧对称布置的扇骨式连杆组件同步张开或收拢。

10、优选地，所述周向限位组件采用现场的老虎钳或者夹具夹紧在筒型工件的管口位置，进而限制找圆机构相对于筒型工件的整体周向转动。

11、优选地，所述轴向限位器采用套装在螺纹轴上的螺纹套筒，在扇骨式连杆组件张开到位之后，通过螺纹套筒锁定相应的第一定位端子和第二定位端子，进而使得螺纹轴与找圆机构形成整体。

12、优选地，所述找圆辊子包括辊子支架、辊子支撑杆、辊体、铰接支座和铰接轴；所述辊子支撑杆安装于辊子支架，辊体转动安装于辊子支架；所述辊子支架安装在铰接支座上，铰接支座通过铰接轴与支撑杆铰接。

13、本发明第二方面提供一种辅助现场组对焊接用阔径找圆方法，包括以下步骤：

14、s1，工位搭建与工件就位：组装龙门架，在龙门架两侧成对安装驱动机构，并通过联轴器连接螺纹轴；通过悬挂机构将筒型工件悬吊至工位，调节固定机构对筒型工件进行径向定位并确定其旋转轴心；将找圆机构套装于螺纹轴上对应筒型工件管口的位置；

15、s2，径向阔径粗找圆：启用周向限位组件，限制伞骨状结构相对于筒型工件的周向转动；启动驱动机构带动螺纹轴转动，驱动定位端子沿螺纹轴轴向移动，使各组扇骨式连杆组件沿径向张开，找圆辊子顶压筒型工件内壁实现冷扩径；保压设定时长后反向驱动螺纹轴，使扇骨式连杆组件径向收拢；调整筒型工件的周向角度，重复上述张开、保压和收拢动作，完成粗找圆；

16、s3，轴向锁定与工况切换：在最后一次扇骨式连杆组件张开至目标直径后，安装轴向限位器，锁定定位端子与螺纹轴之间的轴向相对移动；解除周向限位组件对伞骨状结构的周向转动限制；

17、s4，周向辊压精整圆：启动驱动机构带动螺纹轴及找圆机构整体同轴旋转，找圆辊子沿筒型工件内壁连续滚动辊压，对管口整圈进行均匀整形，完成精整圆；

18、s5，脱模与工件拆除：停机后重新启用周向限位组件，拆除轴向限位器，反向驱动螺纹轴使扇骨式连杆组件径向收拢，找圆机构与筒型工件内壁脱离；通过悬挂机构将筒型工件吊离工位，完成作业。

19、优选地，步骤s2中，螺纹轴转动时，正旋螺纹段上的第一定位端子与反旋螺纹段上的第二定位端子相向移动，驱动第一扇骨式连杆组件与第二扇骨式连杆组件同步径向张开；螺纹轴两端对称布置的扇骨式连杆组件随螺纹轴转动同步张开，同步对筒型工件的两处管口进行阔径作业。

20、优选地，步骤s2与步骤s5中，所述周向限位组件采用现场老虎钳或夹具，夹紧于筒型工件的管口位置，通过阻挡或限位找圆辊子进而限制找圆机构整体相对于筒型工件的周向转动。

21、优选地，步骤s3中，所述轴向限位器采用套装在螺纹轴上的螺纹套筒；扇骨式连杆组件张开到位后，旋动螺纹套筒使其端面抵紧第一定位端子与第二定位端子，锁定定位端子与螺纹轴的轴向相对位置，使找圆机构与螺纹轴形成同步转动的整体。

22、优选地，整个阔径找圆过程采用冷变形加工工艺，通过纯机械力使筒型工件产生塑性变形实现阔径与整圆，加工过程无局部热输入，加工后无需额外热处理工序。

23、本发明有如下有益效果：

24、1. 本发明龙门架采用可拆卸式结构设计，各部件可拆解运输、现场快速拼装，通过更换不同长度的横梁与调节可调长度支撑杆，可适配多种直径的压力管道、筒型压力容器等工件，无需大型机加工设备即可完成野外现场部署，尤其适用于天然气长输管线、抽水蓄能压力管道、大型储气装置等工程的批量现场作业。

25、2.本发明通过周向限位与轴向限位的简单切换，集成定点顶压粗找圆与周向辊压精整圆两道工序，粗找圆快速消除大尺寸椭圆度与直径偏差，精整圆均匀整形保证整圈圆度一致性，无需多台设备、多道工序流转，一次装夹即可完成全部找圆作业，相较于传统人工单点矫正工艺，作业效率提升数倍。

26、3.本发明全程采用常温机械力驱动工件产生塑性变形，无局部热输入，不会在工件内部引入附加焊接残余应力，加工后无需后续退火、回火等热处理工序，大幅简化现场施工流程，降低施工能耗与综合成本。

27、4.本发明采用正反旋螺纹段配合多组扇骨式连杆组件的结构，螺纹轴转动时各组找圆辊子同步伸缩，顶推力沿周向均匀分布，避免工件局部受力过大产生形变损伤；螺纹轴两端对称布置找圆机构，可同步对工件两处管口进行加工，进一步提升批量作业效率。

28、5.本发明仅需控制电机正反转与限位组件的拆装即可完成全部工序，无需复杂操作技能，现场工人经简单培训即可独立作业，有效降低人工成本与作业门槛，适配工程现场的人员技能条件。

29、6.本发明经本装置处理后的管口圆度高、直径一致性好，可显著降低现场组对难度，提升焊接接口的装配精度与焊接质量，避免因管口不圆导致的错边、未焊透等焊接缺陷，从源头保障压力容器、压力管道的长期运行安全。