专利名称：铺管船上的钢管焊接对口器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到铺设钢管道专用的焊接对口及夹持装置，具体而言是一种专用于铺管船上的钢管焊接对口器。
钢管道铺设过程中，管口环缝焊接对口器是必不可少的专用机具。陆地上铺设钢管道专用的焊接对口器国内外已有多种类型。按其对口方式可分为内对口器和外对口器两大类。内对口器包括二维、三维对口器，外对口器仅有二维对口器，一般是用手拉葫芦人工调节轴向间隙。按其动力源可分为手动、电动、液压对口器三大类。陆地上铺设钢管道的特点是先在地面上摆放一根根钢管基本就位，其焊口位置一般变动不太大，利用吊具配合对口器对完一道焊口，再移动对口器去对下一道焊口，每道焊口对好的同时，用点焊固定住，撤去对口器之后再进行多遍焊接。这就要求对口器尽量轻巧，具有便携特点。已检索到具有代表性的陆地管道对口器有5种，其中有四篇专利文献大口径管道内对口器(94228935)、带厚铜垫小口径管内对口器(93222389)、轻便式管道外整形对口器(87209238)、轻便液压式管道外对口器(92236722)。另外一篇是《石油工程建设》杂志2000年第3期介绍的《一种液压内对口器的研制与应用》。所有这些陆上管道对口器都不适用于在铺管船上铺设海底钢管道。铺管船施工特点是船体一边前进一边向海底铺设管道，所有的工序都在船的甲板上协调、同步、连续完成。由于受到海浪及水流的影向，铺管船一直处于上下颠簸和水平晃动状态，这就增大了对口和焊接的难度。还由于对口速度和质量直接关系到施工效率和工程质量，这就要求对口器不但对口快、对口精度高，而且具有足够大的夹持力，能将对好口的相邻两根钢管牢牢地夹持住，使其在不受外力影响的情况下，将环缝焊口全位置焊接两遍。然后松开对口器，使管子沿专用辊道向前运行到要求的位置，在对下一道焊口的同时，再将该焊口继续焊接完毕。
鉴于铺管船的上述施工特点和对口、焊接的特殊要求，本发明的目的就在于提供一种专用于铺管船上的钢管焊接对口器，为胜利油田自行研制并即将投产的国内第一条大型铺管船提供必不可少的配套设备，使其达到对口速度快、对口精度高、夹持力足够大、能在夹持状态将对好的焊口施焊一或两遍等要求。
上述目的是由下述技术方案实现的该对口器是一种液压式管外三维对口器，其特征是由固定式定位夹管机构、移动式定位夹管机构、轴向移动小车和液压操作系统四部分组成。固定式定位夹管机构直接固定安装在轴向移动小车底盘后半部。移动式定位夹管机构通过其底座上的轴向燕尾槽安装在移动小车底盘前半部的轴向燕尾滑道上，并由两个轴向液压油缸驱动。轴向移动小车的滚轮安置在轴向道轨上，轴向道轨通过其底板固定在铺管船甲板上。液压操作系统置于小车底盘一侧中部。两套定位夹管机构基座以上的结构相同，都由上、下两大部分组成。下部分由基座、垂向移动座、横向燕尾滑道、一个横向液压油缸、两个垂向液压油缸、八个垂向导轨、四五十个调节螺栓组成。基座底部有轴向燕尾槽。垂向移动座安装在基座侧板内腔，其顶部是横向燕尾滑道，其四个侧面各有两个方形滑槽与垂向导轨相配安装，并由调节螺栓调节其间隙。两个垂向液压油缸下方与基座底板铰链联接，上方与垂向移动座铰链联接。横向液压油缸一端与垂向移动座铰链联接，另一端与上部的横向移动座铰链联接。上部分由横向移动座、龙门架、下定位卡瓦、上夹管卡瓦、夹管液压油缸组成。横向移动座底部有横向燕尾槽与垂向移动座顶部的横向燕尾滑道相配安装，其中部上面固定安装下定位卡瓦，其左右两边上面分别安装龙门架的两个立柱。龙门架的上横梁中心安装夹管液压油缸。上夹管卡瓦用铰链方式安装到夹管液压油缸的缸杆头部。
上述对口器的定位夹管机构中的下定位卡瓦为V形，有两块，沿轴向排列，其间距宽度大于上夹管卡瓦宽度。上夹管卡瓦为倒V形，有一块，下调到一定位置刚好落于下定位卡瓦间距之内。
上述对口器中的两块下定位卡瓦和一块上夹管卡瓦的V形面上都镶嵌着耐磨聚氨酯板块或硬橡胶板块。
上述对口器中的轴向移动小车底盘两侧设有六套制动机构，每套制动机构由形固定座、固定螺栓、制动螺栓和橡胶制动块组成。形固定座用固定螺栓安装在轴向移动小车底盘上，制动螺栓安装在形固定座的横向螺纹孔中，制动螺栓头端有橡胶制动块。上紧制动螺栓后，橡胶制动块紧卡到移动小车道轨上，防止轴向移动小车任意串动。
上述对口器中的轴向道轨底板的上表面为水平面，下表面是与船甲板相配的斜面或水平面。
上述对口器中的液压操作系统由液压泵组、油管路、阀门、操作台和操作手柄组成。其中的操作手柄安装在操作台上，操作台安置在移动小车底盘一侧中部。
按照上述技术方案制成的铺管船上的钢管焊接对口器，固定安装到铺管船甲板上工艺要求的位置。在铺设海底钢管道过程中，能够完成一根根钢管对接焊缝的垂向、横向、轴向三维对口工序。由于对口操作不需任何吊具配合，辅助工作少，所以其工效比已有对口器都高，对口缝隙均匀一致。更重要的是其夹持力足够大，能承受海浪及水流等外力的影响，使对好的焊口始终保持不变，在夹持状态下不但能点焊住焊口，而且能对焊口全位置施焊，满足了铺管船的这一特殊要求。该对口器适用于φ100～800毫米管径范围，已有的对口器都难以达到这样宽的适用范围。
附
图1是该对口器的主(侧面)视示意图。
附图2是附图1去掉定位夹管机构上半部分的俯视示意图。
附图3是移动式定位夹管机构的左轴向示意图。
附图4是附图3下部的局部放大示意图。
结合附图对本发明的实施例进一步阐述如下附图中，1是移动式定位夹管机构，2是固定式定位夹管机构，3是轴向移动小车底盘，4是小车滚轮，5是轴向道轨，6是道轨止动挡块，7是道轨底板，8是夹管液压油缸，9是横向移动座，10是垂向导轨，11是调节螺栓，12是垂向液压油缸，13是向液压油缸，14是基座底板，15是轴向燕尾滑道，16是龙门架，17是上夹管卡瓦，18是下定位卡瓦，19是垂向移动座，20是横向燕尾滑道，21是轴向移动小车制动机构，22是制动机构的制动螺栓，23是橡胶制动块，24是横向液压油缸，25是定位夹管机构基座。A是后管段，B是前管段，C是对口环形缝，D是铺管船甲板。
如附图所示，该对口器是一种液压式管外三维对口器，由固定式定位夹管机构1、移动式定位夹管机构2、轴向移动小车3和液压操作系统四大部分组成。固定式定位夹管机构1直接固定安装在轴向移动小车3的后半部；移动式定位夹管机构2通过其基座25底部的轴向燕尾槽安装在轴向移动小车底盘3前半部的轴向燕尾滑道15上，并由两个轴向液压油缸13驱动，在燕尾滑道15上移动。轴向移动小车3的六个滚轮4安置在轴向道轨5上。轴向道轨5固定在道轨底板7上。道轨底板7固定在铺管船甲板D上。液压操作系统置于轴向移动小车3的一侧中部(图中未画)。两套定位夹管机构相同，都由上、下两大部分组成。下部分由基座25、垂向移动座19、横向燕尾滑道20、横向液压油缸24、两个垂向液压油缸12、八个垂向导轨10、四五十个调节螺栓11组成。基座包括底板14和四周侧板25，底板14底部有轴向燕尾槽。垂向移动座19安装在基座侧板25内腔，其顶部是横向燕尾滑道20，其四个侧面各有两个方形滑道与垂向导轨10相配安装，并由多个调节螺栓11调节其配合间隙。两个垂向液压油缸12的缸体与基座底板14铰链联接，其活塞杆与上方的垂向移动座19铰链联接。横向液压油缸24的缸体与垂向移动座19铰链联接，其活塞杆与上方的横向移动座9铰链联接。上部分由横向移动座9、龙门架16、下定位卡瓦18、上夹管卡瓦17和夹管液压油缸8组成。横向移动座9的底部有横向燕尾槽与垂向移动座19顶部的横向燕尾滑道20相配安装，其中部上面固定安装下定位卡瓦18，其左右两边上面分别安装龙门架16的两个立柱。龙门架16的上横梁中心安装夹管液压油缸8的缸体。上夹管卡瓦17用铰链方式安装到夹管液压油缸8的缸杆下端部。
该对口器的操作过程是首先松开轴向移动小车底盘3下面的六个制动机构21，使其能在道轨5上自由滚动。先将钢管B装到固定式定位夹管机构2中，使其管端口处于轴向移动小车3的中间部位，然后启动夹管液压油缸8使卡瓦17向下移动夹紧钢管B。再将钢管A装到移动式定位夹管机构1中，使其管端口接近钢管B的端口，然后启动夹管液压油缸8使其卡瓦17向下移动夹紧钢管A。这时A、B两管端口即形成一个待进行三维调节的环形缝隙。先启动垂向液压油缸12，使A、B两管垂向对口，两管轴线处于同一水平面；再启动横向液压油缸24，使A、B两管横向对口，两管轴线重合；最后启动轴向液压油缸13，使A管靠近B管，直到环形缝隙C达到要求。在夹持状态先将对好的焊口点焊住，再按工艺要求施焊两遍。这时焊缝已有足够的强度防止受力变形。启动两个夹管液压油缸8松开卡瓦17，使焊成一体的A、B两钢管沿专用辊道向船尾方向移动，直到A管的另一端口到达轴向移动小车3中间部位，再进行下一道环缝对口。在下一道环缝对口的过程中，将前一道焊口再焊几遍，即完成焊接工序。
在进行垂向对口或横向对口时，可同时调节两套定位夹管机构，也可只调节移动式定位调夹管构1。在进行轴向对口时，只能调节移动式定位夹管机构1。
该对口器对口完毕并点焊住之后，仍在强制性地夹持住A、B两管，使管子、定位夹管机构、轴向移动小车三者成为一体。当铺管船受海浪及水流影响而簸动、晃动时，轴向移动小车的六个滚轮4能在道轨5上自由滚动，这样就能抵消海浪及水流等外力的影响，能使对口和焊接工序正常进行，确保海底管道工程应达到的更高焊接质量。
权利要求
1．一种铺管船上的钢管焊接对口器，是一种液压式管外三维对口器，其特征是由固定式定位夹管机构、移动式定位夹管机构、轴向移动小车和液压操作系统组成，固定式定位夹管机构直接固定安装在轴向移动小车底盘后半部，移动式定位夹管机构通过其底座上的轴向燕尾槽安装在移动小车底盘前半都的轴向燕尾滑道上，并由两个轴向液压油缸驱动，轴向移动小车的滚轮置于轴向道轨上，轴向道轨通过其底板固定在铺管船甲板上，液压操作系统置于移动小车底盘一侧中部，两套定位夹管机构基座以上结构相同，都由上、下两大部分组成，下部分由基座、垂向移动座、横向燕尾滑道、一个横向液压油缸、两个垂向液压油缸、八个垂向导轨、四五十个调节螺栓组成，基座底部有轴向燕尾槽，垂向移动座安装在基座侧板内腔，其顶部是横向燕尾滑道，其四个侧面各有两个方形滑槽与垂向导轨相配安装，并由调节螺栓调节其配合间隙，两个垂向液压油缸下方与基座底板铰链联接，上方与垂向移动座铰链联接，横向液压油缸一端与垂向移动座铰链联接，另一端与上方横向移动座铰链联接；上部分由横向移动座、龙门架、下定位卡瓦、上夹管卡瓦、夹管液压油缸组成，横向移动座底部有横向燕尾槽与垂向移动座顶部的横向燕尾滑道相配安装，其中部上面固定安装下定位卡瓦，其左右两边上面分别安装龙门架的两个立柱，龙门架的上横梁中心安装夹管液压油缸，上夹管卡瓦用铰链方式装到夹管液压油缸的缸杆头部。
2．根据权利要求1所述的铺管船上的钢管焊接对口器，其特征是定位夹管机构中的下定位卡瓦为V形，有两块，沿轴向排列，其间距宽度大于上夹管卡瓦的宽度，上夹管卡瓦为倒V形，有一块，下调到一定位置刚好落于两块下定位卡瓦间距之内。
3．根据权利要求1或2所述的铺管船上的钢管焊接对口器，其特征是两块下定位卡瓦和一块上夹管卡瓦的V形面上都镶嵌着耐磨聚氨酯板块或硬橡胶板块。
4．根据权利要求1所述的铺管船上的钢管焊接对口器，其特征是轴向移动小车底盘两侧设有六套制动机构，每套制动机构由形固定座、固定螺栓、制动螺栓和橡胶制动块组成，形固定座用固定螺栓安装在轴向移动小车底盘上，制动螺栓安装在形固定座的横向螺纹孔中，制动螺栓头端有橡胶制动块。
5．根据权利要求1所述的铺管船上的钢管焊接对口器，其特征是轴向道轨底板的上表面为水平面，下表面是与船甲板相配的斜面或水平面。
6．根据权利要求1所述的铺管船上的钢管焊接对口器，其特征是液压操作系统由液压泵组、油管路、阀门、操作台和操作手柄组成，其中的操作手柄安置在操作台上，操作台安置在移动小车底盘一侧中部。
全文摘要
本发明是一种铺管船上的钢管焊接对口器。属于铺设钢管道专用的液压式管外三维对口器。由固定式、移动式定位夹管机构、轴向移动小车和液压操作系统组成。固定式定位夹管机构直接固定安装在移动小车底盘后半部。移动式定位夹管机构通过其底座上的轴向燕尾槽安装在移动小车底盘前半部的轴向燕尾滑道上。小车的道轨通过底板固定到船甲板上。该对口器对口快、精度高、夹持力大,能在夹持状态焊接管道,适用于Φ100～800毫米管径。
文档编号B23K37/04GK1285258SQ00119299
公开日2001年2月28日 申请日期2000年7月26日 优先权日2000年7月26日
发明者卢瑾奉, 毛宁林 申请人:胜利石油管理局工程建设一公司技术发展中心