专利名称：一种大型钢管工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造领域，涉及了
备，其作用是大型钢管的现场组焊。
种水电站大型钢管的制造安装工艺及其设
背景技术：
为了在解决在特定环境条件下大型钢管制造安装的工艺问题，大型钢管机械化工
艺及钢管台车的设计应运而生，它可以在施工有限的空间内完成大型或超大型钢管的现场
制造安装。中国专利申请200510020396. 7提出了大型钢管自动化制造工艺，同时在中国专
利CN2917917(申请号200520035203. 0)及CN1803567A(申请号200610020101. 0)提出了相
应的机构使水平状态的钢管制造和安装机械化得以实现。其优点是提高了大型钢管制造的
机械化程度和焊接自动化水平，同时可以减少钢管吊装和运输的难度，降低生产成本，尤其
适用于在隧洞内水平状态的大型钢管工程应用，可以获得稳定的焊接质量和高效率生产。 在较多的大型钢管工程中，例如引水发电钢管中，不仅仅处于水平状态，也可能为
倾斜或垂直等状态，并通过弯管连接过渡。采用传统的工艺和设备对弯管、垂直和斜管仍然
只在工厂内组焊，运输到安装现场，这样对于制作场地规划建造、运输道路、吊装设备都将
形成工程的制约条件，对于高山峡谷地带或尺寸很大的钢管工程，其技术难度相应增加，工
程造价也必然加大，而且其施工安全控制难度很大， 一方面是钢管大件运输、翻转和安装过
程中的风险，另一方面是钢管施工与同时进行的其它工作之间交叉产生的系统风险，同时，
当吊装的设备和场地资源有限时，例如部分大坝建造过程中，引水钢管施工对于大坝甚至
整个工程建造的工期影响将是直接的。如采用前述的专利技术，虽然可以在部分位置减小
钢管运输尺寸，但在斜管或垂直管运输安装阶段依然因为尺寸和重量问题存在较大的安全
隐患，钢管的施工速度难以提高。 由此可见，在大型空间钢管工程中存在以下不足1)制造安装的机械化专业化技术程度不足；2)运输尺寸大导致的工程成本增加；3)从工程整体要求而言，钢管施工安全和效率需要提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的大型钢管制造安装工艺及设备，无论钢管在水平还是斜管、上弯管或下弯管的状态，它可以在现场以为运输瓦片单元实现大型钢管组装和焊接全过程的机械自动化，有利于提高工程安全、质量和效率，并降低钢管的综合生产成本。
本发明的目的是这样实现的由钢板巻成三个或三个以上的圆弧形标准瓦片组成的大型钢管，所述的钢管为弯管、斜管或垂直管，所述的钢管采用图1所示的工艺流程，包括组焊设备安装，瓦片运输，瓦片在组焊设备上装夹完成之后旋转装夹下一个瓦片，直至形成钢管节，再焊接各个瓦片之间的纵缝，调节钢管节的圆度，然后经过轴向移动和径向调节，使钢管节处于安装位置，最后钢管外壁进行加固。在一般情况下，以固定好的钢管节作为下一个钢管现场制作阶段的定位和固定的基础，逐步地由低到高进行循环作业，而首个钢管节可利用组焊设备临时固定的方式完成现场的组焊。如图2所示的钢管，从下水平管
开始组焊和安装，之后依次进行下弯管、斜管、上弯管到上水平管组焊和安装。瓦片运输到
组焊设备的回转支架上，在回转支架上依次固定并进行组圆，完成钢管纵缝焊接、校正、调
圆，利用组焊设备的轴向推进机构调整其位置，在安装首节钢管之后，组焊设备在钢管内部
移动，每次行走的行程为一个钢管节长度，所述的组焊设备利用钢管定位的方法，以钢管内
壁上的工艺孔或外壁上的焊接的支撑作为受力点，用轴向推进机构使组焊设备整体移动，
或者以固定在前方的钢绳作为受力点，用巻扬提升的方式拉动组焊设备移动。每节钢管安
装之后，在组焊设备的回转支架上安装自动焊接装置，实现空间环缝的自动焊接。 所述的组焊设备由中心梁、固定支撑机构、滑移机构、回转机构、移动机构以及辅
助机构组成，固定支撑机构和中心梁固定连接在一起，滑移机构由移动机构驱动在中心梁
上进行往复直线运动，回转机构安装在滑移机构上进行回转运动。所述的轴向推进机构连
接在固定支撑上，当固定支撑处于径向收縮状态时，轴向推进机构的油缸伸长则可使组焊
设备整体在钢管内移动。 或者所述的组焊设备由中心梁、固定支撑机构、回转机构、巻扬升降机构以及辅助机构组成，固定支撑机构和中心梁连接在一起，巻扬升降机构通过钢绳、导向滑轮等连接在中心梁前端，巻扬机提升或下放使组焊设备主体部分升降，每个瓦片组焊、钢管安装的循环工作完成后，松掉所有附着在固定的钢管上的支撑和锁定装置，用巻扬机牵引中心梁及其附着机构一同移动一个管节，到达下一个瓦片组焊位置，再打开所有支撑和锁定装置，之后进行单节钢管组焊循环，组焊完成后缓慢下放巻扬机，钢管依靠其自重下滑到钢管安装位置。 所述的回转机构和固定支撑机构具有径向伸縮油缸，可在液压控制系统的操作之下进行径向的张紧、松弛和退车，并具备液压锁定功能。 所述的辅助机构包括瓦片运输系统、前端调节支撑架、径向调节机构、安全锁定装置和人员操作平台等，所述的瓦片运输系统由巻扬机、轨道、无动力轨道小车组成，巻扬机安置在中心梁前端或钢管安装位置之外，运输小车在巻扬机的拖动下在轨道上运行，或由带齿条的轨道和电动运输小车组成，轨道安装在钢管内壁下部中心线两侧，其长度随着钢管的增长而延长，将瓦片从钢管下口输送到回转支架上，形成管内的瓦片供给线路，所述的安全锁定装置包括手动机械锁定、液压锁定、中心梁前端的防护罩等，所述的径向调节机构由径向支撑油缸和电磁阀等组成，采用电液控制系统，油缸既可单独动作，也可多个分组动作或同时动作。 与现有的技术相比，本发明采用以瓦片作为基本的单元结构进行大型空间钢管的运输和现场组焊的工艺，实现机械自动化作业，形成一套可多角度全方位移动的大型钢管工程中心，替代传统空间钢管施工技术，制造安装机械自动化水平得到进一步提高，减少了大型钢管吊装和运输的难度，利于环境保护，可以降低劳动强度和工程成本，最大程度地满足钢管工程的安全、优质和高效的要求，特别适用于水电站大型洞内或坝内引水钢管工程。
图1是一种钢管制造安装工艺流程图。 图2是一种采用自爬升的洞内钢管组焊设备布置图。
图3是一种采用巻扬提升的洞内钢管组焊设备布置图。
图4是一种采用自爬升的大坝钢管组焊设备布置图。
具体实施例方式
实施例1 :一个水电站洞内大型输水钢管的制造安装工艺及其设备，如图2所示， 其施工工艺为，1、钢板排料、划线；2、钢管板材下料；3、钢管板材加工；4、钢管巻曲成瓦片； 5、瓦片检验；6、钢管组焊设备(101)在下水平洞内安装调试；7、瓦片运输，包括长途运输到 施工隧洞内，或仓储后二次运输到下水平洞的施工隧洞内，瓦片转移到轨道小车上，利用管 内轨道运输瓦片；8、钢管下水平段(102)在组焊设备(101)上机械组圆；9、钢管节纵缝焊 接；10、钢管节调园利用回转支撑(103)上的行程调节控制半径；11、钢管节纵缝部位加劲 环安装及焊接；12、首节钢管位置调整，按照设计位置利用组焊设备(101)的前支撑(105)、 后支撑(106)的液压升降、轴向推进机构(107)等实施钢管节安装位置调整；13、首节钢管 固定，采用外部与预埋锚杆焊接或浇筑混凝土等方法；14、钢管组焊设备(101)收縮全部的 回转支撑(103)，用钢管壁上的工艺孔作为轴向推进机构(107)的油缸支点，移动一个管节 长度并锁定在钢管上；15、安装钢管内瓦片运输轨道；16、组焊下一钢管节，利用管内轨道 运输瓦片，并按照上述9-11的方法；17、钢管位置调整，利用组焊设备(101)实施钢管节安 装位置调整，并通过回转驱动机构(108)实现与上个钢管节的环缝对接；18、焊接环缝在
钢管节间点焊或外壁锚固焊接固定之后，自动焊接装置(109)在回转驱动机构(108)的辅
助下完成环缝自动焊接；19、按照上述工艺循环，依次进行下水平段(102)、下弯段(112)、
垂直段(122)、上弯段(132)和上平段(142)钢管组焊和安装调整，最后完成环缝焊接；20、
组焊设备(101)在洞内工作结束后从上部的进口或适合施工支洞拆解运出。 以上钢管制造安装工艺采用了以瓦片为基本单元的现场施工方法，采用钢管组焊
设备与钢管内壁轨道运输相结合的方式，形成一个完整的运输、组圆和焊接系统，实现一条
含有水平段、下弯段、垂直段、上弯段和上平段钢管的机械组圆、调整、安装和焊接。 实施例2 :—个水电站洞内大型输水钢管的制造安装工艺及其设备，如图2所示，
其施工工艺为，1、钢板排料、划线；2、钢管板材下料；3、钢管板材加工；4、钢管巻曲成瓦片； 5、瓦片检验；6、钢管组焊设备(101)在下水平洞内安装调试，并安装巻扬提升机构(110);
7、瓦片运输并转移到轨道小车上，利用管内轨道运输瓦片；8、下弯段(112)首个钢管节在
专用组焊设备(101)上进行机械组圆；9、钢管节纵缝焊接；10、钢管节调园利用回转支撑 (103)上的行程调节控制半径；11、钢管节纵缝部位加劲环安装及焊接；12、首个钢管节位
置调整，按照设计位置利用组焊设备(101)的前支撑(105)、后支撑(106)的液压升降、巻扬 提升机构(110)等实施钢管节安装位置调整；13、首个钢管节固定，采用外部与预埋锚杆焊 接或浇筑混凝土等方法；14、钢管节组焊设备(101)依靠巻扬提升机构(110)拉动，移动一 个钢管节节长度并固定；15、安装钢管节内瓦片运输轨道；16、下一节钢管节组焊，利用管 内轨道运输瓦片，并按照上述9-11的方法；17、钢管节位置调整，利用组焊设备(101)及巻 扬提升机构(110)实施钢管节安装位置调整，并通过回转驱动机构(108)实现与前一钢管 节的环缝对接；18、焊接环缝在钢管节间点焊或外壁锚固焊接固定之后，收縮全部的回转 支撑(103)，自动焊接装置(109)在回转驱动机构(108)的辅助下完成环缝自动焊接；19、 按照上述工艺循环，依次进行下弯段(112)、垂直段(122)、上弯段(132)和上斜直段(152)钢管组焊和安装调整，最后完成环缝焊接；20、利用组焊设备(101)从上至下进行钢管内壁 表面清理及防腐；21、在洞内工作结束后组焊设备(101)从上部的进口或适合施工支洞拆 解运出。 以上钢管制造安装工艺采用了以瓦片为基本单元的现场施工方法，采用钢管组焊
组焊设备与钢管内壁轨道运输相结合的方式，形成一个完整的运输、调整、组圆和焊接系
统，实现一条含有下弯段、垂直段、上弯段和上斜直段钢管的机械组圆、安装和焊接。 实施例3 :—个水电站大型坝内输水钢管的制造安装工艺及其设备，如图4所示，
其施工工艺为，1、钢板排料、划线；2、钢管板材下料；3、钢管板材加工；4、钢管巻曲成弧形
瓦片；5、加劲环制作安装焊接；6、瓦片检验出厂；7、钢管组焊设备(101)在下水平段(102)
内安装调试；8、瓦片运输到吊车或缆索起重设备工作范围内，并吊装到组焊设备上；9、下
水平段(102)钢管在组焊设备(101)上组圆；10、钢管节纵缝焊接；11、钢管节调园；12、钢
管节纵缝部位加劲环安装及焊接；13、首个钢管节位置调整，按照设计位置利用组焊设备 (101)的前支撑(105)、后支撑(106)的液压升降、轴向推进机构(107)等实施钢管节安装 位置调整；14、首个钢管节固定，采用外部与预埋锚杆焊接或浇筑混凝土等方法；15、钢管 组焊设备(101)移动一个钢管节长度并利用已安装的钢管固定；16、下一钢管节组焊，利 用吊车或缆索起重设备吊装瓦片，并按照上述9-12的方法；17、钢管节位置调整，利用组 焊设备(101)进行钢管节安装位置调整，并通过回转驱动机构(108)实现与上一钢管节的 环缝对接；18、焊接环缝在钢管节间点焊或外壁锚固焊接固定之后，收縮全部的回转支撑 (103)，自动焊接装置(109)在回转驱动机构(108)的带动下完成环缝焊接；19、按照上述工 艺循环，依次进行下水平段(102)、下水平段(102)、下弯段(112)、斜直段(122)和上弯段 (132)钢管组焊和安装调整，最后完成环缝自动焊接；20、利用组焊设备(101)从上至下进 行钢管内壁表面清理及防腐；21、钢管组焊设备(101)在工作结束后从上部的进口拆解运 出。 以上钢管制造安装工艺采用了以瓦片为基本单元的现场施工方法，结合通用中小 型建筑起重吊装设备和专用钢管组焊设备结合，实现大型坝内引水发电钢管的机械组圆、 调整、安装和焊接。
权利要求
一种大型空间钢管现场组焊的工艺，其过程为组焊设备安装、瓦片运输，瓦片在组焊设备上装夹完成之后旋转装夹下一个瓦片，直至形成钢管节，再焊接各个瓦片之间的纵缝，调节钢管节的圆度，然后经过轴向移动和径向调节，使钢管节处于安装位置，最后进行钢管加固和安装环缝焊接，其特征在于，所述的钢管为弯管、斜管或垂直管，所述的组焊设备采用钢管定位的方法，所述的组焊设备采用轴向油缸伸缩推进或卷扬升降的方式，所述的钢管安装环缝焊接采取回转驱动自动焊接的方法。
2. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的瓦片采用吊车直接吊装或用钢管内 置轨道到组焊设备上的运输方法。
3. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的钢管以瓦片现场机械组焊的方式由 下至上逐节进行运输、组圆、焊接和安装的方法。
4. 一种用于大型空间钢管现场的组焊设备，包括中心梁、固定支撑机构、滑移机构、回 转驱动机构、轴向推进机构或巻扬提升机构、自动焊接装置以及辅助机构组成，其特征在 于，所述的组焊设备具有在钢管上定位及支撑的机构，所述的组焊设备具有轴向推进机构 或巻扬升降机构，所述的组焊设备具有瓦片管内运输系统和径向支撑油缸控制系统，所述 的自动焊接装置安装在回转驱动机构上。
5. 如权利要求4所述的组焊设备，其特征在于，所述的固定支撑机构以钢管上的孔或环形板为支点。
6. 如权利要求4所述的组焊设备，其特征在于，所述的轴向推进机构连接在中心梁和 滑移机构之间。
7. 如权利要求4所述的组焊设备，其特征在于，所述的巻扬升降机构通过钢绳、导向滑 轮等连接在中心梁前端。
8. 如权利要求4所述的组焊设备，其特征在于，所述的径向支撑油缸采用电液控制系 统，油缸单独动作、分组或同时动作。
9. 如权利要求4所述的组焊设备，其特征在于，所述的瓦片管内运输系统具有带齿条 的轨道和电动运输小车，或具有巻扬机、轨道、简易运输小车。
10. 如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述的固定支撑机构具有径向伸縮油缸和 电液控制系统，实现径向的张紧、松弛和锁定。
全文摘要
本发明的目的是提供一种新的大型钢管制造安装工艺及设备，采用以瓦片作为基本的单元结构进行大型空间钢管的运输和现场组焊的工艺，组焊设备采用采用钢管定位的方法，并以轴向油缸伸缩推进或卷扬升降的方式移动，钢管安装环缝焊接采取回转驱动带动自动焊接装置完成空间环缝的自动焊接，无论钢管在水平还是斜管、上弯管或下弯管的状态，均可实现机械操作，形成一套可多角度全方位移动的大型钢管工程中心，替代传统空间钢管施工技术，有利于提高工程安全、质量、效率和环境保护，并降低钢管的综合生产成本，特别适用于水电站大型洞内或坝内引水钢管工程。
文档编号B23K31/02GK101774092SQ20091005811
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者彭智祥, 彭智辉, 石昌玉 申请人:彭智祥