一种衬垫内对口机构、对口器系统及其管道焊接方法与流程

1.本发明涉及产管道施工技术领域，尤其是涉及一种衬垫内对口机构、对口 器系统及其管道焊接方法。


背景技术：

2.管道系统包括长距大管径输送管道和工厂站点等小管径处理系统用的输送 管道。工厂站点等管道系统相对于大型输送管道不同之处在于，管径小管线的 密集度高，且管道转折点，交叉等位置比较多，而大型管道一般为单一管线， 管径大距离长，属于大型工程作业施工。
3.目前，管道的材质主要涉及有普通碳钢、不锈钢或者其他类型的金属，而 管道系统的施工通常包括通过焊接将直径和纵向尺寸合适的管道连接在一起， 主要是管段之间为液体或气体输送提供密封连接，自动焊接仅有氩弧自动焊工 艺方法，单一的氩弧焊的工艺方法虽然焊接质量比较好，但是存在效率低焊接 速度慢的问题，很难适应当前高效时代的要求，特别对于短工期的施工项目， 那么在保证质量的前提下速度显得尤为重要。
4.同时，传统管道衬垫内对口器在涨缸完成涨紧后，衬垫中心线与管口端面 不垂直，衬垫不能均匀的贴死待焊管口的坡口内侧面，在外焊进行第一层打底 焊接时，焊接融化的铁水会渗漏到衬垫与管口内壁的缝隙处，造成焊接缺陷。 如果缺陷比较大，必须割开该焊缝，重新加工管子端面坡口，重新焊接，其工 作量非常巨大，而且需要大量工程设备，吊管机，焊机，挖机，发电站等的配 合；传统管道衬垫内对口器衬垫多为铜衬垫，在实际工作中，焊接时铜衬垫的 铜会渗透到焊缝里，导致渗铜现象，影响成型焊缝的力学性能。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种衬垫内对口机构、对口器系统及其管道焊 接方法，从而解决现有技术的不足，解决衬垫内对口机构与管道外焊设备无法 同步转动的问题。
6.为实现上述目的，本发明提出的本技术方案是：一种衬垫内对口机构，用 于管道内接口进行对接，并承接衬垫与管道内接口内壁的缝隙处焊接融化的铁 水，该衬垫内对口机构包括：
7.为衬垫内对口机构提供旋转驱动力的旋转机构；
8.至少一组安装在旋转机构上的衬垫顶升贴合机构，用于将衬垫均匀的紧贴 在待焊管道内接口内壁的坡口内侧面上；
9.进一步的，所述旋转机构包括旋转环和驱动旋转环的驱动机构。
10.进一步的，所述旋转环内侧表面上设有内齿轮；
11.进一步的，驱动机构包括固定安装在管道焊接机上的至少一个的驱动单元 和固定安装在每个驱动单元输出端上的外齿轮；
12.进一步的，每个所述外齿轮与内齿轮相啮合，使旋转环实现转动。
13.进一步的，所述衬垫顶升贴合机构包括：
14.固定安装在旋转环上的舵机；
15.衬垫机构；
16.一端铰接在旋转环上且另一端铰接在衬垫机构上的支撑杆；
17.一端与舵机相连且另一端与衬垫机构相连的柔性弹片；
18.当衬垫顶升贴合机构撑开时，衬垫机构的上端紧密贴合在待焊管道内接口 内壁的坡口内侧面上。
19.进一步的，所述舵机上设有旋转摇臂机构。
20.进一步的，所述柔性弹片的一端固定安装在旋转摇臂机构上，另一端固定 安装在衬垫机构的下端。
21.进一步的，所述衬垫机构由铜垫和与铜垫固定连接的陶瓷衬垫；
22.陶瓷衬垫与待焊管道内接口内壁的坡口内侧面紧密贴合。
23.实现上述目的，本发明提出的另一个技术方案是：一种管道衬垫内对口器 系统，包括行走机构、定位机构、涨紧机构及其上述一种衬垫内对口机构。
24.实现上述目的，本发明提出的另一个技术方案是：一种可同步跟随的管道 焊接方法，该方法包括：
25.s1、将上述一种管道衬垫内对口器系统放置在管道中；
26.s2、通过行走机构、定位机构将系统移动定位到待焊接部位；
27.s3、通过涨紧机构对管道进行组对完成；
28.s4、将旋转环外周面上的陶瓷衬垫通过舵机运动完全贴合至管道内壁坡口 处；
29.s5、通过驱动机构驱动旋转环带动舵机和陶瓷衬垫旋转；
30.s6、通过管道焊接机中预设的控制系统，控制驱动机构的转速，进而实现 该衬垫内对口机构与管道外焊设备的同步转动，起到同步跟随作用。
31.本发明的有益效果是：
32.(1)带动旋转环转动，进而实现该衬垫内对口机构与管道外焊设备的同步 转动，起到同步跟随作用。
33.(2)当所述衬垫机构可在柔性弹片的作用下进行微调时，衬垫机构贴紧焊 缝，以控制打底焊时背面焊缝的成型质量，提高打底焊的焊接效率和焊接质量
34.(3)通过陶瓷层的设置，解决传统铜衬垫内对口器，在焊接时容易发生铜 渗透到焊缝中而影响焊缝力学性能，且陶瓷层未与焊缝两侧钢管直接接触，保 证了陶瓷层的使用寿命。
附图说明
35.图1是本发明中实施例1中的一种衬垫内对口机构的结构示意图；
36.图2是本发明中实施例1中的驱动机构的结构示意图；
37.图3是本发明中实施例1中的旋转摇臂机构的结构示意图；
38.图1至图3中，附图标记包括：
39.旋转机构1；
40.旋转环101；内齿轮1011
41.驱动机构102；驱动单元1021；外齿轮1022；
42.衬垫顶升贴合机构2；
43.舵机201；
44.旋转摇臂机构2011；同步旋转电机20111；旋转框20112
45.衬垫机构202；铜垫2021；陶瓷衬垫2022；转动轴2023
46.支撑杆203；安装座2031；转动轴2032；
47.柔性弹片204；
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明提供的衬垫内对口机构、对 口器系统及其管道焊接方法的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显 然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、
ꢀ“
前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、
ꢀ“
顶”、“底”、“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，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 解为对本发明保护范围的限制。
50.实施例1
51.如图1-3所示，一种衬垫内对口机构，用于管道内接口进行对接，并承接 衬垫与管道内接口内壁的缝隙处焊接融化的铁水，该衬垫内对口机构包括：
52.为衬垫内对口机构提供旋转驱动力的旋转机构1；
53.具体的，旋转机构1可以由电机直接驱动构成，也可以为电机带动内齿轮 驱动构成，同时，旋转机构1可具有反转的旋转驱动机构，例如由具有反转功 能的电机构成，从而实现旋转机构1的暂停和/或顺逆旋转的动作。
54.本实施例中，旋转机构1以电机带动内齿轮驱动为例，如图2所示,具体的， 所述旋转机构1包括旋转环101和驱动旋转环的驱动机构102。
55.具体的，所述旋转环101内侧表面上设有内齿轮1011；
56.同时，内齿轮1011具体的齿数可以根据实际的需要的转动角度要求，进行 选择。
57.进一步的，驱动机构102包括固定安装在管道焊接机上的至少一个的驱动 单元1021和固定安装在每个驱动单元1021输出端上的外齿轮1022；
58.具体的，驱动单元1021可以为固定安装在管道焊接机上的独立设置的旋转 电机，通过管道焊接机中预设的控制系统，控制旋转电机的转速，带动旋转环 101转动，进而实现该衬垫内对口机构与管道外焊设备的同步转动，起到同步跟 随作用。
59.当然不排除，驱动单元1021也可以为管道焊接机上的涨紧机构中的驱动结 构，该驱动结构为至少两轴的同步电机，可以使管道焊接机在涨紧的同时，也 可以实现衬垫内对口的动作。
60.具体的，每个所述外齿轮1022与内齿轮1011相啮合，使旋转环101实现 转动。
61.同时，外齿轮1022具体的齿数可以根据实际的需要的转动角度要求，进行 选择。
62.进一步的，如图1所示,该衬垫内对口机构还包括：至少一组安装在旋转机 构1上的衬垫顶升贴合机构2，用于将衬垫均匀的紧贴在待焊管道内接口内壁的 坡口内侧面上，通过旋转机构1的驱动，实现衬垫顶升贴合机构2可以实现跟 随作用。
63.具体的，所述衬垫顶升贴合机构2包括：
64.固定安装在旋转环101上的舵机201；
65.具体的，每一个舵机201的底部通过现有技术中的螺栓螺钉结构，实现固 定安装在旋转环101的表面上。
66.衬垫机构202；
67.一端铰接在旋转环101上且另一端铰接在衬垫机构201上的支撑杆203；
68.具体的，旋转环101的表面上固定设置有安装座2031，支撑杆203的一端 铰接安装在安装座2031上，支撑杆203的另一端通过安装在衬垫机构202上的 转动轴2032，实现铰接。
69.一端与舵机201相连且另一端与衬垫机构202相连的柔性弹片204；
70.进一步的，舵机201上设有旋转摇臂机构2011。
71.具体的，如图3所示,旋转摇臂机构2011由固定安装在舵机201内部的一 组同步旋转电机20111和与同步旋转电机的输出端相连接的旋转框20112构成。
72.进一步的，所述柔性弹片204的一端固定安装在旋转摇臂机构2011上，另 一端固定安装在衬垫机构202的下端。
73.同时，柔性弹片204的另一端与旋转摇臂机构2011上的旋转框20112边沿 固定连接，实现柔性弹片204的转动，且通过支撑杆203，形成支撑衬垫机构 202的结构。
74.所以，当衬垫顶升贴合机构2撑开时，衬垫机构202的上端紧密贴合在待 焊管道内接口内壁的坡口内侧面上。
75.所述衬垫机构202可在旋转摇臂机构2011的转动，进而带动柔性弹片204 和支撑杆203形成支撑三角形，作用下贴紧管道内表面；当所述衬垫机构202 可在柔性弹片204的作用下进行微调时，衬垫机构202贴紧焊缝，以控制打底 焊时背面焊缝的成型质量，提高打底焊的焊接效率和焊接质量。
76.当衬垫机构202的外径大小需要发生变化时，衬垫顶升贴合机构2间的相 对距离发生变化，柔性弹片204和支撑杆203顶住衬垫机构202发生撑开或者 缩回的动作，进而改变衬垫单元间斜边的接触位置，从而改变衬垫机构202的 外径大小，直到衬垫机构202的表面于待焊管道内接口内壁的坡口内侧面紧密 贴合时，完全衬垫机构202的外径大小固定。
77.进一步的，所述衬垫机构202由铜垫2021和与铜垫2021固定连接的陶瓷 衬垫2022；
78.陶瓷衬垫2022与待焊管道内接口内壁的坡口内侧面紧密贴合。
79.优选的，所述陶瓷衬垫2022靠近管道内表面上设有凹槽结构。
80.具体的，通过陶瓷层的设置，解决传统铜衬垫内对口器，在焊接时容易发 生铜渗透到焊缝中而影响焊缝力学性能，且陶瓷层未与焊缝两侧钢管直接接触， 保证了陶瓷层的使用寿命。
81.实施例2
82.一种管道衬垫内对口器系统，包括行走机构、定位机构、涨紧机构及其上 述实施例1所述的一种衬垫内对口机构。
83.实施例3
84.一种可同步跟随的管道焊接方法，该方法包括：
85.s1、将实施例2中的一种管道衬垫内对口器系统放置在管道中；
86.s2、通过行走机构、定位机构将系统移动定位到待焊接部位；
87.s3、通过涨紧机构对管道进行组对完成；
88.s4、将旋转环101外周面上的陶瓷衬垫2022通过舵机201运动完全贴合至 管道内壁坡口处；
89.其中，舵机201运动为，舵机上的旋转摇臂机构2011实现转动，带动柔性 弹片204的另一端向上运动，进而使衬垫机构202向管道内壁贴近，直到陶瓷 衬垫2022紧密贴合在待焊管道内接口内壁的坡口内侧面上，完成撑开动作，支 撑杆203为衬垫机构202起到支撑作用。
90.s5、通过驱动机构102驱动旋转环101带动舵机201和陶瓷衬垫2022旋转；
91.s6、通过管道焊接机中预设的控制系统，控制驱动机构102的转速，进而 实现该衬垫内对口机构与管道外焊设备的同步转动，起到同步跟随作用。
92.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实 施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均 等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。