旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管的方法及其装置

摘要

本发明属于一种旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管的方法及其装置，方法包括铺设轨道、在轨道上设置行走平车，在轨道边设置能延伸到待焊接钢管外部上端的操作平台，操作平台上设由计算机控制的自动焊机。该装置包括计算机、轨道、自动焊机，行走平台、自动焊车、操作平台。本发明能在施工现场方便地对大直径特厚钢管进行质量好的焊接，具有施工方法可行安全，设备结构简单实用，施工速度快，省时省力，施工成本低，施工质量好，节能环保效果好的优点。

说明书

技术领域

本发明属于一种旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管的方法及其装 置。

背景技术

在多山地区道路、桥梁、涵洞等施工中，常需用对节段10米以上、标准节 段为2.8米、板厚50mm以上、直径3000mm的大直径特厚钢管进行现场焊接。 这种大直径特厚钢管体积大、重量沉，既便在各种设备具全的大型制造厂，焊 接两根钢管也需要耗费大量的人力物力才能完成。通常，先将钢管用龙门吊在平 整地面上对接固接，而后在两根钢管对接缝上塔建焊接脚手架，数个焊工在接 脚手架上完成对两根钢管的焊接。这种对大直径特厚钢管焊接的传统方法，不但 施工难度、施工速度慢、费时费力、施工成本大，而且施工质量低、难于保证焊 接质量和焊接后钢管的平顺度及其轴心性同一，更难于保证钢管安装的垂直度， 难于控制竖向焊缝间隙均匀。加之，这种对大直径特厚钢管的施工现场焊接均 在多山地区施工环境恶劣地进行，更难于保障对大直径特厚钢管焊接的施工质 量。上述难题是迫切需要解决的施工问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管的方 法及其装置，该装置配合该方法能在施工现场方便地对大直径特厚钢管进行质 量好的焊接，具有施工方法可行安全，设备结构简单实用，施工速度快，省时省 力，施工成本低，施工质量好，节能环保效果好的优点。

为此，本发明的方法包括如下步骤：

(1)在施工现场进行场地清理、平整，在平整坚实的场地上铺设轨道；

(2)对铺设的轨道进行平顺度、高程检测、调整；

(3)在轨道上设置由计算机控制的承载、运行、旋转待焊接钢管的行走平车， 在轨道边设置能延伸到待焊接钢管外部上端的操作平台，操作平台上设由计算 机控制的自动焊机；

(4)将两根待焊接钢管分别用两台行走平车承载，由计算机控制的行走平车 完成该两根钢管的对接及对接部位焊缝间距的调整、并固定行走平车，将由计算 机控制的自动焊车置在该两根待焊接钢管内部的对接焊缝上；

(5)由计算机控制完成待焊接钢管在行走平车上的旋转，及同时用自动焊机 和自动焊车实现对该对接焊缝的内、外部位进行焊接，完成两根待焊接钢管的 焊接；

(6)重复步骤(4)至(5)至全部待焊接钢管的焊接施工完成；

(7)对完成的焊接钢管进行检测、评价质量。

所述的轨道长度至少等于在轨道上需焊接的大直径特厚钢管的长度总和。 所述的轨道平顺度为轨道上端面在同一平面上。所述的轨道上至少设四个行走 平车，每个待焊接钢管的下部用呈间隔距离分布的两个行走平车承载。

实现本发明方法的装置，包括计算机、轨道和自动焊机；还包括：

行走平台，由计算机控制用于在轨道上承载、运行、旋转待焊接钢管；

自动焊车，由计算机控制，用于承载、完成对两根待焊接钢管内部的对接焊 缝进行自动焊接的设备；

自动焊机，由计算机控制，用于完成对两根待焊接钢管内、外部的对接焊缝 进行自动焊接；

操作平台，设置在轨道一侧边，操作平台延伸到待焊接钢管外部上端，操 作平台上设由计算机控制的自动焊机，操作平台下部设有计算机控制箱，计算机 控制箱内设有计算机，计算机通过导线连接自动焊车、自动焊机、行走平台上 的各控制接收电路板。

所述的行走平台由与轨道垂直向设置的车架、位于轨道上端且与车架下端 两侧固定的行走支架、旋转电机、电机齿轮、从动齿轮、旋转主动轮、旋转从 动轮和行走电机所构成，四个行走轨轮与两行走支架下端轴接，位于行走支架 上且由计算机控制的行走电机带动一个行走轨轮运转，行走支架上端两侧设支 撑架组，一个支撑架组内通过轴轴接一个旋转从动轮，另一个支撑架组内设旋 转主动轮，旋转主动轮的中心部固设另一轴且该轴与该支撑架组轴接，位于该 支撑架组一侧外的该轴上固设从动齿轮，由计算机控制的旋转电机通过电机齿 轮带动从动齿轮。所述的支撑架组通过螺栓连接在车架顶部的螺孔内，车架顶 部设数组供两支撑架组调整相互间距的螺孔。

所述的自动焊车包括，车体，车体后部下端设由趋动电机趋动的后轮，计 算机通过控制接收电路板上的电路控制趋动电机，车体前部下端设由转向控制 器控制转向的前轮，车体前端中部设有摄像机，摄像机后端的车体上设有自动 焊机和控制接收电路板，电池箱位于车体上后端。摄像机，用于摄录车体下前方 对接焊缝上的景像，并将其通过控制接收电路板上的电路传至计算机以确定车 体应行驶的路线和自动焊机的工况。转向控制器，位于车体的前轮转向杆上，用 于控制车体的转向，由带动前轮转向的导向齿条杆和步进电机构成，由计算机控 制的步进电机通过电机轴上的齿轮带动导向齿条杆。所述的摄像机和车体上自 动焊机的焊枪在同一直线上。

所述的计算机控制箱前侧面上设有控制按钮。上述结构设计达到了本发明 的目的。

本发明的装置配合该方法能在施工现场方便地对大直径特厚钢管进行质量 好的焊接，具有施工方法可行安全，设备结构简单实用，施工速度快，省时省力， 施工成本低，施工质量好，节能环保效果好的优点。本发明能保证了焊缝质量达 到国标I级，本发明能保证钢管内外侧焊接同时进行，焊缝处钢管内部回冷损失 小，即节能又能保证焊接处钢材内在质量，焊接后钢管的平顺度及其轴心性同 一，能保证钢管安装的垂直度，焊缝间隙均匀，避免返工损失。本发明较传统 对大直径特厚钢管的施工可减少人员95％，提高施工速度达4～5倍，降低制造成 本60％。

附图说明

图1为本发明的焊接状态结构示意图。

图2为本发明的焊接钢管焊接施工结构示意图。

图3为本发明的自动焊车结构示意图。

图4为本发明的行走平台结构示意图。

图5为本发明的行走平台上支撑架组调整相互间距的结构示意图。

具体实施方式

一种旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管的方法，包括如下步骤：

(1)在施工现场进行场地清理、平整，在平整坚实的场地上铺设轨道。对 现场组装场地进行硬化处理、保证平整度、地基承载能力满足大直径特厚钢管 组装、焊接的支撑能力，避免焊接施工中不均匀沉降影响钢管的组拼、焊接质 量。

轨道安装前对场地进行测量放样，对轨道安装位置的高程进行测量、凿除 超高部分，低洼地段进行补填找平，控制轨道安装的平顺度和轨道顶面高程， 必要时采取支垫的方式予以调整，以保证轨道的安装平整度。所述的轨道平顺 度为轨道上端面在同一平面上。

所述的轨道长度至少等于在轨道上需焊接的大直径特厚钢管的长度总和， 以保证轨道能承载需焊接的大直径特厚钢管总长度。

(2)对铺设的轨道进行平顺度、高程检测、调整。在平整坚实的地面上安装 平行轨道6，保证平行轨道的顶部标高一致。

(3)在轨道上设置由计算机控制的承载、运行、旋转待焊接钢管的行走平车， 在轨道边设置能延伸到待焊接钢管外部上端的操作平台，操作平台上设由计算 机控制的自动焊机。所述的轨道上至少设四个行走平车，每个待焊接钢管的下 部用呈间隔距离分布的两个行走平车承载。为保证行走平车能适应承载不同的 直径钢管，支撑旋转主动轮和旋转从动轮的两支撑架组采用可调间距设计，最 大调整间距130cm～200cm，能适应不同直径钢管组装施工。支撑架组间距确定后 采用螺栓接方式与车架固定。

(4)将两根待焊接钢管分别用两台行走平车承载，将每段待焊接钢管吊装 到两台行走平车上，开启行走平车使待焊接钢管的管端对接。由计算机控制的 行走平车完成该两根钢管的对接及对接部位焊缝间距的调整、并固定行走平车， 将由计算机控制的自动焊车置在该两根待焊接钢管内部的对接焊缝上。

安装自动焊机于操作平台，调试自动焊接设施，以批准的焊接工艺设定自 动焊机2、23的焊枪头1、10焊丝送丝速度、对称焊接内外层焊缝。

(5)由计算机控制完成待焊接钢管在行走平车上的旋转，同时由计算机控制 调整旋转电机驱动旋转主动轮的速度达到与焊接速度相匹配，也应由计算机控 制调整自动焊车的趋动电机驱动后轮的速度达到与焊接速度和旋转主动轮速度 的相匹配，同时用自动焊机和自动焊车实现对该对接焊缝的内、外部位进行焊 接，完成两根待焊接钢管的焊接。

(6)重复步骤(4)至(5)至全部待焊接钢管的焊接施工完成。

(7)对完成的焊接钢管进行检测、评价质量。包括对焊缝的检测及评定。

如图1至图5所示，一种实现旋转走行轨道拼装焊接制造大直径特厚钢管方 法的装置，包括计算机、轨道6和自动焊机2、23，还包括：

行走平台7，由计算机控制用于在轨道上承载、运行、旋转待焊接钢管12；

自动焊车11，由计算机控制，用于承载、完成对两根待焊接钢管内部的对接 焊缝进行自动焊接的设备；

自动焊机，由计算机控制，用于完成对两根待焊接钢管内、外部的对接焊缝 进行自动焊接。自动焊机包括位于操作平台上的自动焊机2和位于自动焊车上的 自动焊机23，均为已有设备，故不再累述。

操作平台3，设置在轨道6一侧边，操作平台延伸到待焊接钢管12外部上端， 操作平台上设由计算机控制的自动焊机2。操作平台下部设有计算机控制箱5， 计算机控制箱内设有计算机，及相关程控电路和元件。所述的计算机控制箱前 侧面上设有控制按钮13，以方便对计算机输入程序及指令数据。计算机通过导线 连接自动焊车、自动焊机、行走平台上的各控制接收电路板。

如图4和图5所示，所述的行走平台由与轨道垂直向设置的车架35、位于轨 道上端且与车架下端两侧固定的行走支架28、旋转电机9、电机齿轮33、从动齿 轮32、旋转主动轮8、旋转从动轮4和行走电机29所构成。四个行走轨轮31与两 行走支架下端轴接。位于行走支架上且由计算机控制的行走电机带动一个行走 轨轮运转。行走支架上端两侧设支撑架组30。一个支撑架组内通过轴轴接一个 旋转从动轮。另一个支撑架组内设旋转主动轮，旋转主动轮的中心部固设另一 轴34且该轴与该支撑架组轴接，位于该支撑架组一侧外的该轴上固设从动齿轮， 由计算机控制的旋转电机通过电机齿轮33带动从动齿轮32，从动齿轮再带动旋 转主动轮，使由旋转主动轮和旋转从动轮顶托的待焊接钢管亦缓慢旋转。

如图5所示，所述的支撑架组通过螺栓37连接在车架顶部的螺孔36内，车架 顶部设数组供两支撑架组调整相互间距的螺孔，以保证行走平车能适应承载不 同的直径钢管，支撑旋转主动轮和旋转从动轮的两支撑架组采用可调间距设计， 最大调整间距130cm～200cm，能适应不同直径钢管组装施工。支撑架组间距确定 后采用螺栓接方式与车架固定。

如图3所示，所述的自动焊车11包括：

车体，车体后部下端设由趋动电机21趋动的后轮22，即趋动电机通过其轴 上的趋动轮20趋动的后轮。计算机通过控制接收电路板18上的电路控制趋动电 机。车体前部下端设由转向控制器控制转向的前轮17。车体前端中部设有摄像 机27。摄像机后端的车体上设有自动焊机23和控制接收电路板，电池箱19位于 车体上后端，以为车体上除自动焊机的其余设备供应电能。车体上的自动焊机电 源导线外接电源导入。

摄像机27，用于摄录车体下前方对接焊缝上的景像，并将其通过控制接收电 路板上的电路传至计算机以确定车体应行驶的路线和自动焊机的工况。

转向控制器，位于车体的前轮转向杆26上，用于控制车体的转向。由带动前 轮转向的导向齿条杆25和步进电机24构成。由计算机控制的步进电机通过电机 轴上的齿轮16带动导向齿条杆，导向齿条杆左、右移动使前轮转向杆完成对前 轮的转向。所述的摄像机和车体上自动焊机的焊枪10在同一直线上。

焊接施工时，将每段待焊接钢管吊装到两台行走平车上，将两根待焊接钢 管分别用两台行走平车承载。由计算机控制开启行走平车使待焊接钢管的管端 对接。由计算机控制的行走平车完成该两根钢管的对接及对接部位焊缝间距的 调整、并固定行走平车。将由计算机控制的自动焊车置在该两根待焊接钢管内 部的对接焊缝上，其上的自动焊机的焊枪10对准内侧下端的对接待焊缝处。操 作平台上的自动焊机的焊枪1亦对准外侧对接待焊缝处14，调试自动焊接设施， 以批准的焊接工艺设定自动焊机2、23的焊枪头1、10焊丝送丝速度。

由计算机控制的旋转电机通过电机齿轮33带动从动齿轮32，从动齿轮再带 动旋转主动轮，使由旋转主动轮和旋转从动轮顶托的待焊接钢管亦缓慢旋转，即 由计算机控制完成待焊接钢管在行走平车上的旋转。同时由计算机控制调整旋 转电机驱动旋转主动轮的速度达到与焊接速度相匹配，也应由计算机控制调整 自动焊车的趋动电机驱动后轮的速度达到与焊接速度和旋转主动轮速度的相匹 配，同时由计算机控制的操作平台上的自动焊机和自动焊车上的自动焊机实现 对该对接焊缝的内、外部位进行焊接，完成两根待焊接钢管的焊接。即完成对 称焊接内外层焊缝。将已完成焊接缝15的焊接钢管外移，再进行下一待焊接钢 管的焊接，直至焊接施工完成。

显然在焊接过程中，自动焊车上的摄像机将车体下前方对接焊缝上的景像 信号通过控制接收电路板上的电路传至计算机，计算机据此确定车体应行驶的 路线和自动焊机的工况，并通过启动步进电机调整车体方向和启动趋动电机调 整车速。这种由计算机控制的摄像机调整控制装置，亦可用于操作平台上的自 动焊机，计算机可通过控制的行走平台上的行走电机完成，故不再累述。

总之，本发明能在施工现场方便地对大直径特厚钢管进行质量好的焊接，具 有施工方法可行安全，设备结构简单实用，施工速度快，省时省力，施工成本低， 施工质量好，节能环保效果好的优点。