海上风电圈梁焊接自动定位装置及埋弧焊系统的制作方法

1.本发明涉及海上风电圈梁焊接领域，具体涉及海上风电圈梁焊接自动定位装置及埋弧焊系统。


背景技术：

2.风电行业内圈梁主要应用于海上风电的桩基套笼之中，其主要作用是对海上风电桩基的保护和对海上风电外平台的等的支撑。其主要特点是单件直径大（直径6米以上）、单体高度尺寸小（一般300～500mm之间），其截面一般为箱型结构，钢板厚度为中厚板（厚度20～30mm）。
3.就焊缝尺寸而言比较适合埋弧焊接，但由于其主焊缝为环焊缝，加上其截面尺寸小，尺寸变化多，采用埋弧焊时焊接小车的行走轨道直径变化大，不能做出统一的行走轨道，焊接小车定位和行走困难；而因圈梁工件尺寸大、重量重，旋转的难度更大，故目前行业内普遍采用co2气体保护焊的焊接方式焊接圈梁环焊缝。但co2气体保护焊焊接圈梁为多层多道焊焊接，容易产生焊接缺陷，焊接一次报检合格率不高，生产效率低，操作人员的劳动强度大，为明弧焊接，受弧光和焊接烟尘影响工人作业环境差，生产成本高。


技术实现要素：

4.本发明为解决圈梁焊接困难的问题，提供一种海上风电圈梁焊接自动定位装置及埋弧焊系统，实现了焊接过程的自动定位和对中，基本实现自动焊接，人员需求量少，焊接质量稳定，焊接效率大大提高，使得海上风电圈梁主环焊缝的埋弧焊接在圈梁法兰板的窄小空间得以实现，使圈梁每条主环焊缝通过2～3层焊缝即可焊接完成，加上埋弧焊焊接电流大，不仅提高了生产效率，大大降低了产品缺陷，提高了焊接一次合格率，而且外观成型美观，减少了后期打磨修整的工作量，降低了生产成本；此外，埋弧焊接不是明弧焊接，避免了弧光污染和焊接烟尘，环境污染小，人员的工作环境好，社会效益明显。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：海上风电圈梁焊接自动定位装置，包括架体、固定定位轮和浮动定位轮，所述架体用于固定焊接设备，架体的两侧分别可调设置所述固定定位轮和浮动定位轮，所述固定定位轮和浮动定位轮的圆弧端面相向设置，所述浮动定位轮通过弹性机构连接所述架体。
6.在进一步的优选方案中，所述弹性机构包括固定座、连接杆和弹簧，所述固定座的中部开设有通孔，固定座通过第一定位栓滑动连接所述架体，所述连接杆一端转动连接所述浮动定位轮、另一端穿过固定座的通孔连接有紧定螺母，所述弹簧套设在连接杆上，弹簧一端抵至浮动定位轮、另一端抵至固定座。
7.在进一步的优选方案中，所述架体的两侧均设置有长条孔，固定定位轮上固定设置有第二定位栓，所述第一定位栓和第二定位栓分别穿过两个长条孔、通过螺母与架体固定。
8.海上风电圈梁埋弧焊系统，包括埋弧焊小车和焊接自动定位装置，所述埋弧焊小
车与架体可拆卸连接。
9.在进一步的优选方案中，所述固定定位轮与圈梁内圈板或外圈板接触，所述浮动定位轮与圈梁外圈板或内圈板接触。
10.在进一步的优选方案中，所述固定定位轮位于圈梁施焊焊缝的一侧，浮动定位轮位于圈梁非施焊焊缝的一侧。
11.在进一步的优选方案中，所述架体上设置有固定架，所述焊接自动定位装置的数量为两个，分别位于埋弧焊小车的前后位置，通过固定架和架体连接埋弧焊小车。
12.通过上述技术方案，本发明的有益效果为：1.本发明的焊接自动定位装置，架体上设置固定定位轮和浮动定位轮，浮动定位轮与架体之间设置有弹性机构，能够使固定定位轮和浮动定位轮紧贴圈梁的两侧，实现了埋弧焊焊接过程的自动定位和对中，基本实现自动焊接，故人员需求量少，质量稳定，操作人员劳动强度低，生产效率高，生产成本低。
13.2.本发明的埋弧焊系统包括埋弧焊小车和自动定位装置，自动定位装置能够保证焊接过程的定位和对中，使埋弧焊能够应用于圈梁的焊接，能够保证埋弧焊导电嘴、埋弧焊焊丝及埋弧焊焊剂的中心线对准施焊圈梁焊缝坡口中心的对中，从而实现海上风电圈梁主环焊缝埋弧焊焊接，改进了原有的co2气体保护焊焊接方式和圈梁的焊接工艺，使海上风电圈梁的制作工艺更简单、高效；采用埋弧焊焊接方式的采用，可以实现大电流焊接，焊接效率大大提高，并且埋弧焊焊接为非明弧焊接，焊接过程基本没有弧光污染、焊接烟尘极少，焊接辐射小，环境污染小，故操作人员工作环境得到大大改善；焊接方式的改变改善了焊缝成形和外观，后续的修整、修磨工作量减少。
14.3.本发明提供的焊接自动定位装置和埋弧焊系统，结构简单，操作方便，基本不需要维修，降低了维修成本；并且使焊接操作均在可地面进行，作业安全性高，为本质安全操作。
附图说明
15.图1是本发明海上风电圈梁焊接自动定位装置及埋弧焊系统使用状态示意图；图2是本发明海上风电圈梁焊接自动定位装置的结构示意图之一；图3是本发明海上风电圈梁焊接自动定位装置的结构示意图之二；图4是本发明浮动定位轮、弹性机构和第一定位栓的结构示意图。
16.附图中标号为：1为架体，101为固定架，2为固定定位轮，3为浮动定位轮，4为弹性机构，401为固定座，402为连接杆，403为弹簧，404为紧定螺母，5为第一定位栓，6为第二定位栓，701为圈梁法兰板，702为圈梁内圈板，703为圈梁外圈板，8为埋弧焊小车，801为埋弧焊导电嘴，802为埋弧焊焊丝，803为埋弧焊焊剂。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“横向”“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图1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的限制。
18.如图1～图4所示，本实施例提供一种海上风电圈梁焊接自动定位装置，包括架体1、固定定位轮2和浮动定位轮3，所述架体1用于固定焊接设备，架体1的两侧分别可调设置所述固定定位轮2和浮动定位轮3，所述固定定位轮2和浮动定位轮3的圆弧端面相向设置，所述浮动定位轮3通过弹性机构4连接所述架体1。架体1横跨圈梁的两侧，固定定位轮2和浮动定位轮3分别与圈梁的两个侧面相接触，浮动定位轮3通过弹性机构4具有可调整的浮动空间，在面对同一圈梁不同尺寸位置时，可随尺寸的改变而改变，使浮动定位轮3能够始终紧贴圈梁，使焊接自动定位装置能够平稳运行，从而保证焊接设备的焊接中心始终能够与圈梁焊接坡口对应，实现了焊接过程的定位和对中。配合埋弧焊焊接设备，使焊接效率大大提高，降低人员需求量和工作强度。
19.为进一步优化产品结构，所述弹性机构4包括固定座401、连接杆402和弹簧403，所述固定座401的中部开设有通孔，固定座401上通过第一定位栓5滑动连接所述架体1，所述连接杆402一端转动连接所述浮动定位轮3、另一端穿过固定座401的通孔螺纹连接有紧定螺母404，所述弹簧403套设在连接杆402上，弹簧403一端抵至浮动定位轮3、另一端抵至固定座401。如图2和图4所示，连接杆402在位于固定座401的两侧分别通过紧定螺母404和浮动定位轮3进行限位，紧定螺母404能够防止连接杆402朝左侧滑脱，浮动定位轮3防止连接杆402朝右侧滑脱；而弹簧403的设置，当连接杆402在受到向右侧的外力而向右侧移动时，弹簧403被压缩而存在弹性势能，使连接杆402上形成向左侧的力，也即是能够使连接杆402复位。弹性机构的设置，使浮动定位轮3能够随着圈梁尺寸的变化而发生左右偏移，确保在尺寸变化时连接杆402能够随尺寸变化而改变伸出的长度，进一步地使浮动定位轮3始终贴紧圈梁内圈板或外圈板。并且，可通过调节紧定螺母404与连接杆402的螺纹连接位置，从而调节弹簧403的压缩量。
20.上述的，所述架体1的两侧均设置有长条孔，固定定位轮2上固定设置有第二定位栓6，所述第一定位栓5和第二定位栓6分别穿过两个长条孔、通过螺母与架体1固定。如图2和图3所示，在第一定位栓5上、架体1的上下两侧分别设置有螺母，从而固定第一定位栓5的位置，第二定位栓6的固定方式与第一定位栓5的固定方式相同。第一定位栓5和第二定位栓6分别穿过两个长条孔，可在安装调试本装置时，调整两个定位栓的位置，使固定定位轮2和浮动定位轮3紧贴圈梁的侧边。
21.本实施例还提供一种海上风电圈梁埋弧焊系统，包括埋弧焊小车和上述的焊接自动定位装置，所述埋弧焊小车与架体1可拆卸连接。
22.具体的，所述焊接自动定位装置的数量为两个，所述架体1上设置有固定架101，两个焊接自动定位装置分别位于埋弧焊小车的前后位置，通过固定架101和架体1连接埋弧焊小车，埋弧焊小车的车轮不与架体1接触，埋弧焊小车启动后，带动架体1及焊接自动定位装置移动，不需要再外接驱动装置。
23.焊接自动定位装置横跨圈梁，所述固定定位轮2与圈梁内圈板或外圈板接触，所述浮动定位轮3与圈梁外圈板或内圈板接触。
24.所述固定定位轮2位于圈梁施焊焊缝的一侧，浮动定位轮3位于圈梁非施焊焊缝的一侧。用弹簧403来补偿和调整因各种尺寸公差、组对误差等引起的圈梁内圈板和外圈板之间的尺寸变化，从而保证固定定位轮2、浮动定位轮3均始终分别与圈梁的两侧紧贴。如图1
所示，圈梁施焊焊缝在靠近圈梁内圈板702的一侧，固定定位轮2与圈梁内圈板702紧贴，浮动定位轮3为圈梁外圈板703紧贴。
25.使用过程：施焊圈梁的准备：海上风电圈梁主要由圈梁法兰板701（上、下各一个）、所述圈梁内圈板702、圈梁外圈板703组成；优先地将海上风电圈梁构件组对好；进一步地将组对好的圈梁水平放置于地面，使圈梁法兰板701处于水平位置，相应施焊焊缝处于平焊位置；所述上侧法兰板701既是被焊部件，又作为埋弧焊小车8的行走平台。
26.焊前定位装置及埋弧焊系统的安装：将埋弧焊小车8安置于水平放置于地面的组对好的施焊圈梁法兰板701上；调整所述埋弧焊小车，使所述埋弧焊导电嘴801、埋弧焊焊丝802、埋弧焊焊剂803的中心线对准施焊圈梁焊缝坡口中心；焊接固定定位轮2和第二定位栓6，组装焊接固定座401和第一固定栓5，安装弹性机构4和浮动定位轮3，通过调节紧定螺母404与连接杆402的螺纹连接位置，使弹簧403的压缩量为5~6mm；将两套焊接自动定位装置的架体1分别用螺钉固定于埋弧焊小车的前后两端，注意架体1不能影响埋弧焊小车的正常行走；调整第一定位栓5和第二定位栓6的位置，并使用螺母将第一定位栓5和第二定位栓6固定在架体上，使固定定位轮2紧贴靠近焊缝的圈梁内圈板或外圈板，使浮动定位轮3紧贴远离焊缝的圈梁外圈板或内圈板；在安装调整第一定位栓5和第二定位栓6时，要保证埋弧焊导电嘴及埋弧焊焊丝的中心线对准施焊圈梁焊缝坡口中心。
27.而后，调整紧定螺母404，使连接杆402向弹簧403的方向移动约3mm，也即是使弹簧403的压缩量保持在2~3mm的范围内，以确保定位装置及埋弧焊系统能够在埋弧焊小车带动下自由移动不打滑，同时又能保证在圈梁内圈板和外圈板间尺寸因各种误差引起变化时浮动定位轮3和固定定位轮2能够在整个施焊过程中始终贴紧圈梁内圈板和外圈板，进而保证所述埋弧焊导电嘴801和埋弧焊焊丝802的中心始终对准所述圈梁焊接坡口的中心线位置。
28.施焊过程：检查上述步骤完成情况，以及焊机电源、焊丝盘、焊剂准备等要符合焊接需要，同时确认施焊海上风电圈梁确已垫平、垫实等焊前检查工作；预先按照焊接工艺调整焊机的焊接参数（此处略去具体焊接工艺参数）；开始焊接，并注意根据埋弧焊小车上显示的数据和实际焊接质量适当调节焊接参数，使焊缝达到最佳效果。
29.焊接过程中，所述埋弧焊小车的车轮在圈梁法兰板701上行走，埋弧焊小车的车轮首先在竖直方向锁定了施焊位置点；同时，自动定位装置中固定定位轮2在浮动轮轮和弹性机构4的配合下在水平方向上锁定了施焊位置点，这样就保证了在整个焊接过程中施焊位置点始终在焊接坡口的中心位置，进而保证了焊接质量；焊接过程中，当由于各种原因引起圈梁内圈板和外圈板间尺寸发生变化时，浮动定位轮3会在弹簧403的压力作用下随着尺寸变化而改变位置，进而确保另一侧的固定定位轮2始终紧贴所述圈梁圈板，最终保证施焊位置点的稳定和自动对中；焊接过程中，由于固定定位轮2与埋弧焊小车、埋弧焊导电嘴801、埋弧焊焊丝802
的相对位置已经固定，而整个焊接过程中固定定位轮2始终与所述圈梁圈板贴实，焊接过程中所述埋弧焊焊丝802的中心会始终自动与圈梁圈板及圈梁法兰板共同组成的焊接坡口的中心对齐，进而保证焊接质量；焊接过程中随时跟踪埋弧焊导电嘴801、埋弧焊焊丝802及埋弧焊焊剂803的中心线对准所述施焊圈梁焊缝坡口中心的对中情况，异常情况及时通过埋弧焊小车进行调整。直至最后完成所述海上风电圈梁主环焊缝埋弧焊自动定位焊接。
30.以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。