用于管件对中和临时固定的方法和装置与流程

本发明涉及一种将两个管或配件相对于彼此对中并随后临时固定的方法和装置，以提供尽可能好的条件以实现完美的焊缝。

背景技术：

主要在炼油和石油化工行业，对经验丰富的水管工和熟练的焊工的需求是很大的。这种类型工业中的管道和任何焊接接头的要求是非常高，原因显而易见，目前在正常情况下，由一名经验丰富的水管工和2-3名经验丰富的焊工组成的一个小组来提供高质量的焊缝和焊接操作的有效工作流程。管装配工配装(rig)要焊接在一起的管子和管件，管装配工雇佣2-3个焊工，所述焊工将所配装的管件焊接在一起。目前配装通常借由管固定件来进行，其被安装到管上或通过夹取管来装配/从外侧在三个或多个点来装配。继而在固定位置，在提供有管固定件的情况下，可执行粗调和精调，以将一管相对于另一管对中。固定件因此从外侧夹取，且调整从外侧进行，但是就对中而言最重要的内侧，这是因为没有或最小的内部边缘不对齐可以在管件之间发生，以获得良好和安全的焊接，根据目前的标准。因此，对中视觉上从内侧检查，通常借助手电筒，调整的需要被确定，此后，通过调整螺钉在管固定件处执行精调。这因而是建立在管装配工拥有丰富经验、感觉和准确度之上的一种方法。与此相关联提及的是，比如管弯曲部具有略微不同的壁厚——内径处的厚材料和外径处的薄材料。还有如T-联接件的零件，以及管本身具有不同的壁厚。对于焊接的质量而言，内侧相对于下一个管件(其应被焊接到现在的管件)具有尽可能的小的边缘不对齐是非常重要的，然而接头的内部视觉检查方法与外部调整一起构成了一种生硬且不确定的方法，其基本上完全建立在管装配工的经验之上。该方法也是费时的，就该方法管装配工不能雇佣多于2-3个焊工。另一困难在于比如连接管装配件，如法兰、T连接器和管弯曲部，其应以特定的角度相对于第一管件焊接，用于管道的进一步路线。通过当前的设备，以准确的角度和同时完美对中的接头来布置配装，且在即将发生的焊接之前在管件之间具有正确的距离，这通常是困难的。因此，当将被焊接到一起的是多个弯曲部或T-联接件或者类似物时，采用接头内部视觉检查几乎是不可能的。类似的困难对于长管来说同样存在。但是这种外部管固定件的优势在于，没有内部工具需要在焊接操作之前或之后需要被移除。

工具已经被开发，以便考虑到管或装配件的内侧对于相对于连接管的对中是最重要的。在US3283115中内部夹元件被用于对中内侧，使得焊接装置可以被使用，US4496093使出了用于将管件通过内部夹对中到彼此的装置，所述夹臂向外扩展以通过多个操作对中管。因而，两种方案都难以应用于较长的管件或在弯曲部等处，因而他们位于管的内侧且需要以某种方式从管件中取出。进一步，如比如在US4496093中，执行多个测量来决定在相应管件中的内直径，调整两个夹臂(29)到准确的半径值，并进一步通过设置螺钉(37、38)来补偿最终差异，此后将工具插入到接头中并扩展用于对中工具的第三臂(21)，这些是非常费时的。需要一种简化且快速的方法。

技术实现要素：

利用本发明，通过一种用于使管件相对于彼此对中并随后临时固定的方法和装置，实现了解决上述问题的目的并使技术向前发展。

从本发明的第一方面，通过最初规定的类型的方法来实现目的，根据该方法，两个管件相对于彼此基于相应管的内侧而对中。自始至终管件被用作管、弯管、所谓的T型联接器、Y型联接器和类似管件的集合术语，这些在管道系统中是常见的。根据该方法，第一工具布置在第一管件端部并且相对于第一管件的内表面居中。优选地临时布置成与第一管件的外表面相连的第二工具在此后相对于第一工具对中。通过这一点，第二工具也将相对于第一管件的内侧对中。在该位置处，第一管件的外侧固定到第二工具，由此第一工具被移除，从而不阻挡或留在管件内(这是现有技术解决方案中的问题)。移除第一工具的另一个原因是能够使用相同的第一工具来对第二管件重复上述的过程。当对第二管件进行相同的操作时，第二工具因此被施加在第二管部分并固定在其外侧，并且因此也是相对于第二管部的内表面对中的工具。下一步是将两个管件与其各自的第二工具组合在一起并对中。进一步地这些工具被连接以将两个工具在对中位置且彼此相距一定距离处相对于彼此固定，使得相应的管端部被定位在与给定焊接的期望距离相比彼此距离大约稍微更大的位置处。通常地看来，管端部之间的距离，所谓的焊接间隙，对于该领域内的焊接，可以从完全闭合直到几毫米。通过上述方法，一种用于管件相对于彼此关于它们的内表面对中和固定的快速、简单且安全的方法被实现，而没有留下内部的工具，并且替代地，获得了安全对中的外部工具，其相对于彼此安全地对中和固定，且通过本发明的方法更好且更快速地补偿了变化的材料厚度。借助现有技术的方案这是不可能的。

根据一个方法的优选实施例，允许两个第二工具，与它们相应的管件一起，在对中和连接位置相对于彼此围绕公共中心轴线旋转。这使得很容易地设置比如弯曲部相对于管道的其余部分的旋转角度。当如上所述地进行其他两个工具的联接时，所述部件简单地被旋转直到获得期望的角度，并且在该过程中管件一直彼此连接。以前采用外部固定件的方案在以下方面存在巨大的困难：将管件以期望的焊接间隙保持在一起，同时管件应被转动至期望的角度，并且对于即将发生的管件在焊接操作之前在正确的位置相对于彼此的固定，通过重复的控制措施来确保对准、间隙和角度的保持是费时的。

在另一个优选实施例中，间隔件被放置在存在于管端部之间的所谓的焊接间隙中，由此两个处于对中和连接位置的第二工具轴向地固定在距彼此一预定距离处。间隔件根据焊接的需要来选择，并且其厚度可从几十分之一毫米往上变化。当这些间隔件被放置时，管道部件沿着间隙的方向移动直到它们支承抵靠邻接件，因此间隙和其应为的宽度正好一样宽。这是可行的，因为相应的管件在联接位置相对于相应的第二工具是可移动的。

在另一个优选实施例中，两个工具相对于彼此固定，从而旋转和轴向移动都是不可行的，由此相应的管件也因而被固定在位以便接下来的焊接操作。

从本发明的第二个方面，通过根据权利要求5的前序部分所述的装置达成了解决上述问题的目的，将管件关于其内表面对中，但避免在焊接操作之后留下的内部工具，其特征在于还使用了第二工具。第一工具以已知的方式布置并且可以通过多个对中器件相对于第一管件的内表面对中，所述对中器件相对于第一工具的中心轴线为径向可调整的。第一工具被插入到第一管件的开放管端部中，并且通过径向可调整的对中器件对中到第一管件的内侧表面。然后第二工具相对于第一工具对中，这是借由第一工具包括至少一个第一引导件，而第二工具包括至少一个第二引导件，所述引导件协作以便工具相对于彼此对中。替代地，引导件与外部工具(诸如夹子或钩状工具)一起使用，这通过引导件将第一工具和第二工具相对于彼此对中。通过这种布置，可以将外部工具-第二工具关于管的内表面对中，这在过去是非已知的，并且具有第一工具可以在接头的焊接进行之前被移除的优势。

根据装置的优选实施例，第二工具包括固定器件，所述固定器件布置成将第二工具固定至第一管件的外侧。通过这一点，第二工具在对中位置被固定到第一管件，该位置相对于管件的内表面对中。

目的的另一方面通过根据权利要求7的前序部分的装置来实现，根据其两个管件相对于彼此基于相应的管件的内侧对中，且两个管件在对中位置相对于彼此暂时的固定。通过第一工具以已知的方式布置并且可以通过多个对中器件相对于第一管件的内表面对中，所述对中器件相对于第一工具的中心轴线为径向可调整的，这是可行的。第一工具被插入到第一管件的开放管端部中，并且通过径向可调整的对中器件对中到第一管件的内表面。然后第二工具相对于第一工具对中，借由第一工具包括至少一个第一引导件，而第二工具包括至少一个第二引导件，所述引导件协作以便工具相对于彼此对中。替代地，引导件与外部工具(诸如夹子或钩状工具)一起使用，这通过引导件将第一工具和第二工具相对于彼此对中。通过这种布置，可以将外部工具-第二工具关于管的内表面对中，这在过去是非已知的，并且具有第一工具可以在接头的焊接进行之前被移除的优势。此外，第二工具包括固定器件，所述固定器件布置成将第二工具固定至第一管件的外侧。通过这一点，第二工具在对中位置被固定到第一管件，该位置相对于管件的内表面对中。装置还包括至少一个第三引导件，其将两个相等或相似的第二工具在它们的组装位置在相应的第一管件端部和第二管件端部相对于彼此对中。第三引导件本身可包括多个协作性部件，其引导布置在其上的相应的第二工具，或可以实际上是与例如第二引导件协作的部件，所述第二引导件用于将第二工具对中到第一工具。最重要的是，存在用于将两个第二工具对中到彼此的第三引导件。装置还包括至少一个联接构件，所述联接构件布置成将两个相同或相似的第二工具彼此连接，根据前面的说明所述第二工具布置在相应的管件端部。可行的选择是，第三引导件和联接构件是同一个零件，其提供引导功能和联接功能二者。通过该装置现可以将相应的管件端部相对于管件的内表面对中，相对于相应的外部第二工具对中且在该位置固定相应的管件，且可以随后将相应的管件相对于另一个管件和其组装的第二工具对中。

根据装置的优选实施例，联接构件不是一个单独的工具，而是附接到第二工具，且准备好可以与在第二管件处的相应的第二工具连接。以此方式，两个第二工具可以在部件配接期间平稳地“卡(click)”在一起。如前所述，可行的是，联接构件和第三引导件是同一个零件。在连接并且保持管件在位用于继续的配装方面，现有技术的外部固定以及现存的关于内部对中的方案是非常费时的。继续的配装可包括将管件相对于彼此转动至图纸预定的旋转角度等。

根据另一个优选实施例，相应的联接构件在联接位置被布置成将两个第二工具固定在彼此相距一预定轴向距离处，但仍允许两个工具相对于彼此围绕公共中心轴线旋转。如前所述，之前的方案在如下方面存在问题：在内部对中方面和部件之间的相对旋转方面，诸如相对于另一个管件的弯曲部的继续路线，以平稳且有时间效益的方式确保平稳的安装。通过本发明，通过第三引导件/联接构件允许管件到彼此的这一灵活固定,两个第二工具相互连接且然后旋转至正确的旋转角度是容易的。

根据优选实施例，每个联接构件是轴向可调整的或允许管件端部之间距离的调整。这意味着两个第二工具与联接构件连接，优选地以适配的距离“卡”在一起，其中管件端部彼此相距一足够的距离，以允许管件端部之间的间隙中的间隔件。这些间隔件基于焊接间隙选择，所述焊接间隙由图纸所指定或者由选择的焊接类型所指定。当间隔件被布置在间隙中时，管件沿着间隔件的方向移动，直至它们搁置抵靠间隔件，由此联接构件允许该调整替代具有用于此的调整器件。借由此装置，使管件彼此对中和连接，如果需要的话旋转管，通过在联接模式中将距离为所期望的而使处于正确的焊接间隙距离，这些因此是容易的，并且这些是之前的方案在没有费时的设置和重复的控制措施和再调整的情况下无法处理的。

根据另一个优选实施例，装置包括至少一个联接构件，其被布置成在最终位置将两个第二工具锁定/最终地固定到彼此，即，通过设置管件之间正确的间隙距离和旋转角度而获得的位置。由此，管件完美地相对于彼此对中，两个管件内侧表面之间具有最小的边缘不对齐，并且在即将发生的焊接操作之前它们也以简单的方式固定在此位置。

根据装置的优选实施例，两个第二工具中的至少一个包括刻度，或分级，其显示两个工具之间的旋转角度，由此容易设置给定的角度，如果需要的话。之前的方案基于管子工测量并旋转管至正确的角度，其中管件在最佳情况下被固定在正确的角度。保持该角度会发生困难，在此期间焊接间隙应在不改变管件之间的角度的情况下被选取和调整。通过本发明，该困难以简单和安全的方式被克服。

装置的优选实施例包括，第二工具可分开地布置为能够以简单的方式从管件中被移除。工具通常在焊接接缝固定后通过所谓的嵌套来移除，这意味着与管件同样性质的金属杆的短部分(大约10mm)在一些位置中被焊接到焊接接缝。当管件通过嵌套固定时，第二工具从管件中移除。当焊接达到嵌套位置时，嵌套残余物和金属棒残余物通过磨来移除。

通过本发明，与已知的方案相比实现了多个优势：

-对中外部布置的工具，而对中是基于管件的内表面。

-没有剩余的内部工具/固定物。

-在即将发生的管件到彼此的焊接之前使管件相对彼此对中和暂时固定，其中对中关于管件的内表面进行，并且在接头位置在内表面之间具有最小的边缘不对齐。

-两个管件彼此通过“卡(click)”在一起的简单连接，由此两个管件相对于彼此实现对中并且距彼此一合适的距离固定。

-在联接位置仍可以将部件/第二工具相对于彼此旋转至期望的旋转角度。

-在连接位置，焊接间隙是可调整的，以实现所期望的间隙。

-管件可最终锁定在所期望的最终位置。

附图说明

以下将参考附图通过非限制性示例来解释本发明，其中：

-图1a示出了第一工具的实施例。

-图1b示出了第二工具的实施例。

-图1c示出了第一工具和第二工具，其对中并固定在管件端部。

-图2a示出了将相对于彼此对中的两个管件。

-图2b示出了当相对于它们各自的内表面对中并连接时的两个管件。

参考附图，本发明的结构设计在本发明的实施例的以下详细描述中是显而易见的，其显示了本发明的优选但不是限制性的实施例。

具体实施方式

图1a示出了根据优选实施例的第一工具(9)，其被设计成具有附接到中心圆筒(20)的三个臂(23)。相应的臂(23)包括相对于第一工具的中心轴线(14)在径向方向上的细长槽(24)。在相应的凹槽(24)中是布置为伸展的径向可移动的凸耳形式的对中器件(13)。径向对中器件(13)分别通过相应的链接臂(25)附接到相对于第一工具(9)的中心轴线(14)轴向可移动的圆筒(22)。围绕中心圆筒(20)在可移动圆筒(22)和止动凸耳(26)之间还布置有弹簧(21)，所述止动凸耳(26)固定地布置在中心圆筒(20)的一端，同样参见图1c。相应的臂(23)还包括在其外端附近的相应的第一引导件(15)，在优选示例中，其为引导凸耳的形式。

图1b示出了第二工具(10)，根据优选实施例其被设计为环。第二工具(10)包括布置在工具材料中的环形凹槽形式的第二引导件(16)。此外，第二工具(10)包括多个固定器件(17)，优选三个或更多个固定器件，并且根据实施例为多个螺钉的形式。这些被布置成相对于第二工具(10)的中心轴线(27)向外或径向旋拧。在图中还可见的是三个第三引导件(18)，每个引导件(18)都被布置成装配在第二引导件(16)中，这在下面结合图2a-2b进行说明。第二工具(10)优选地还包括凹部(28)(不可见)，其在适用的地方布置成与两个相同/相似的第二工具(10)彼此连接使用，其在图2b作为替代实施例来解释。

图1c示出了在第一管件(1)上处于联接位置的第一工具和第二工具(9、10)。组装过程如下。优选地，第二工具(10)暂时悬挂在第一管件(1)上以便于即将组装的位置。此后，通过轴向可移动的圆筒(22)朝向第一止动凸耳(26)的方向移动，由此弹簧(21)被压缩，并且径向可移动的对中器件(13)通过它们在凹槽(24)中伸展而朝向第一工具(9)的中心轴线(14)向内移动，由此第一工具(9)被安装。由此，可以将对中器件(13)插入到第一管件(1)的第一管件端部(4)中。优选地，第一工具(9)沿该方向移动，直到臂(23)邻接第一管件端部(4)。此后，通过使轴向可移动的圆筒(22)沿着朝向第一管件端部(4)的方向被释放或移动来释放或减小弹簧力，由此对中装置(13)沿径向方向弹射，直到其邻接第一管件(1)的第一内表面(2)。由此第一工具(9)相对于内表面(2)对中。下一步是使第二工具(10)相对于第一工具(9)对中，并且这可以通过第一引导件(15)被包含在第二引导件(16)中-根据实施例，即凸耳(15)插入第二工具的凹槽(16)中。以这种方式，第二工具(10)也相对于第一管件(1)的第一内表面(2)对中。通过固定器件(17)，第一管件(1)然后通过将固定器件/螺钉向内朝向第一管件的第一外表面(3)拧紧而在对中位置锁定至第二工具(10)。

图2a示出了第二工具(10)安装在对中位置的第一管件(1)，以及仍处于安装位置的第一工具(9)。此外，示出了具有第二内表面(6)、第二外表面(7)和第二管件端部(8)的第二管件(5)。另一第二工具(10)以与刚刚描述的方式(图1c)相同的方式布置在该第二管件(5)处，由此其相对于第二管件内表面(6)对中。在该位置，第一工具(9)从其最后使用所在的管件(1、5)中被移除，当然，在两个第二工具(10)的组装时可以使用相同的第一工具(9)-一次一个。当第一工具(9)被移除时，先前描述的第三引导件(18)被包含在两个第二工具(10)的凹槽/第二引导件(16)中的至少一个中。该第三引导件(18)也可以有利地固定到一个/多个第二工具(10)上。现在，两个管件(1、5)朝向彼此运动，由此一个/多个第三引导件(18)被插入或与相应的第二工具(10)的第二引导件(16)协作。根据该示例，第三引导件(18)包括朝向在相对的第二工具(10)中的凹槽引导的三个自由引导凸耳。通过引导件(16、18)的协作，两个第二工具(10)相对于彼此对中并且基于两个管件(1、5)的内表面(2、6)之间的最小的边缘不对准而变得完美对中，另见图2b和如下相应的描述。

图2b示出了相对于彼此并且相对于具有公共中心轴线(11)的内表面(2、6)处于它们的对中位置的第一和第二管件(1、5)。通过组装期间的第一工具(9)优选地安装成其臂(23)邻接管件端部(4、8)，然后第二工具(10)连接到第一工具(9)，实现了第二工具(10)和管件端部之间确定的距离，然后当管件被接合在一起时，通过第三引导件(18)具有一定尺寸，两个第二工具(10)及其相应的管件端部(4、8)定位在距彼此固定的距离处。根据焊接的类型和通常图纸所指定的焊接间隙，可以选择第三引导件(18)的长度尺寸，使得管件端部(4、8)之间的距离变得略大于存在的焊接间隙。现在，当两个第二工具(10)已经彼此对中时，至少一个但优选地多个的联接构件(19)用于连接工具(10)。在最简单的形式中，联接构件(19)构成夹具，但是替代地(未示出)，其可以是另一种形式的锁定装置，所述锁定装置可以将两个第二工具(10)钩在一起/连接两个第二工具(10)。该联接构件优选地在后一种情况下布置在至少一个第二工具(10)上。此外，第三引导件(18)和联接构件(19)可以是同时起到对中/控制和连接作用的一个且同一个部件，例如夹状钩。此外，联接构件(19)被布置成使得其连接工具(10)，从而其沿轴向方向固定两个第二工具(10)，但是较不牢固从而相对于彼此可旋转。因此，如果需要这样的话，可以容易地以相对于彼此的正确的旋转角转动管件，例如管弯曲部，其应指示管相对于先前的管道结构的进一步的路线。如果使用除了根据附图的夹具之外的另一类型的联接构件(19)，则第二工具包括一个或多个凹部(28)，所述凹部(28)定位成使得例如钩状联接构件(19)等可用于轴向但可旋转的固定。一旦完成配对和旋转，焊接间隙应被精确调整。为了实现精确的焊接间隙，使用间隔件(12)，这些间隔件在间隙中位于多个位置处，之后管件端部朝向间隔件(12)移动，直到它们邻接并且获得正确的距离。这可以通过紧固夹具/联接构件(19)或替代设计，其中联接构件(19)允许该位移或包括设置/影响这一点的器件。当设置正确的焊接间隙时，管件(1、5)通过联接构件(19)彼此锁定，并且焊接操作可以由于配装完成而开始。第二工具(10)显然是可分的，以从管件中去除，这优选在部件嵌套在一起之后进行。

部件列表

1＝第一管件

2＝第一内表面

3＝第一外表面

4＝第一管件端部

5＝第二管件

6＝第二内表面

7＝第二外表面

8＝第二管件端部

9＝第一工具

10＝第二工具

11＝公共中心轴线

12＝间隔件

13＝对中器件

14＝中心轴线(第一工具)

15＝第一引导件

16＝第二引导件

17＝固定器件

18＝第三引导件

19＝联接构件

20＝中心圆筒

21＝弹簧

23＝轴向可移动圆筒

23＝臂

24＝凹槽

25＝链接臂

26＝止动凸耳

27＝中心轴线(第二工具)

28＝凹部

di＝内侧直径