部分200的放大图，其中仅存在管段105，而不存在管段110。如图4所示，焊接部302包括焊接组303，焊接组303包括焊炬305、激光传感器310和彩色摄像机320。焊接部302还具有主体313，在主体313上支撑有焊炬305、激光传感器310和彩色摄像机320。激光装置310追踪管段105、110的内部连接处并且检测接口轮廓，接口轮廓将被用于在对连接接口进行焊接时定位焊炬305。主体313在对准机构340B、340C之间延伸。部分200示出位于管段105内部的焊接机构300，焊炬305大致指向径向向外的方向，并且定位成对端面连接处120进行焊接。图5示出沿截面B-B截取的焊接机构300的大致示意性剖视图的实施例，示出了沿焊接机构300的插入方向看的焊接组303。图5还示出了当焊接组303被旋转机构335旋转时的焊接组303的旋转方向D。因此，在沿着焊缝120的特定点上的焊接动作首先受到激光传感器310的作用，接着受到焊炬305的作用，最终受到2D检查摄像机320的作用。
[0033]图10至图12示出焊接部302的多个立体视图。图10示出焊线输送系统322。焊线输送系统322包括焊丝卷筒323、可选的焊线矫直机325和焊线供给机构330，焊线供给机构330被自动控制，以将适量的焊线输送到焊炬305。当旋转机构335旋转焊接部302，焊线通过焊线输送机构322被供给到焊炬305。
[0034]如上所述，焊炬305可以通过多个机构以多种方式定位和取向。焊炬305被支撑在操纵器上。操纵器包括径向定位器、轴向定位器和枢转器。具体而言，其上支撑有焊炬305的径向定位器307 (例如，齿轮齿条)能够朝向和远离管段105、110的内表面径向移动焊炬。换言之，朝向或远离将要焊接的管段105、110的接口。另外，轴向定位器309(例如，齿轮齿条)可以在管段105、110内轴向移动焊炬305。操纵器还包括允许焊炬枢转(例如，围绕与管段纵向轴线A-Α平行的轴线枢转)的枢转器308。通过电动机和齿轮306对枢转器308的枢转运动提供动力。例如，电动机可以是步进电动机。
[0035]焊炬操纵器可以通过相关联地支撑上述元件来组合这些元件的操纵运动。例如，主体313可以支撑轴向定位器，轴向定位器转而又支撑径向定位器，径向定位器转而又支撑枢转器，枢转器转而又支撑焊炬。类似地，轴向定位器可以被径向定位器支撑。此外，可以采用任意支撑顺序。
[0036]操纵器的元件由控制器控制，控制器接收作为输入的一系列信号(包括激光装置310的信号)，然后在将信号发送到至少径向定位器307、轴向定位器309、枢转器308和焊线输送系统322之前处理信息。基于来自轮廓读取激光装置310的信号，根据控制器的预定参数，焊炬305被连续重新定位和重新取向。
[0037]现在将对本发明的内部焊接系统的操作进行描述。图1、图8和图9 一起示出了定位和焊接管段105、110的方法。在操作中，可以执行下列字母步骤中的一个或多个:a)将管段105放置在对准装置/管道支架10A上；b)然后将内部焊机300插入到管段105中；c)然后将第二管段110与管段105对准，并且通过拉杆345向前拉动焊接机构300或自动驱动，使得焊炬305与管段105、110的端面连接处120大致对齐；d)然后对准机构340A、340B (必要时还有340C)接合，以将焊接机构300固定在管段105、110内；e)在一个实施例(可选的)中，旋转机构335旋转焊接头305，以通过激光传感器装置310执行管段105、110的接口连接处120的初始扫描，从而确保最佳的初组装；f)如果需要，可以重复步骤(c)、(d)和(e)，即管段105、110被重新对准/旋转并被激光装置310重新扫描，以改善“初组装” ;g)可选地，接合焊接机构300的后方的内部对准机构340C，以保持焊接机构300相对于两个管段105、110的轴向位置；h)通过固定在管段105、110中的焊接机构300，开始根部焊接(第一焊接)周期，使得激光装置310扫描管道接口 120，焊炬305跟随激光装置310，并且使用激光装置310的输出来控制铰接焊炬305的位置，其中控制焊炬305相对于接口120的位置和取向，以便产生最佳品质的焊缝；i)除了激光装置310的信号之外，电弧电流监测也可以用于引导焊炬的位置；j)在完成360°的焊接之后，焊接头305被旋转回原始位置；k)在前述步骤(j)中或在单独的检查运行中执行轮廓检查(使用激光装置310)和目视检查(通过2D彩色摄像机320) ；1)在检查之后，松开对准机构340A至340C，并且焊接机构300被朝向焊接管道105、110的开口端拉动或向前驱动，并露出焊接机构300的前端，如步骤(b)那样，管段110被放置在外部对准机构10B上并前进到下一个连接处；m)然后重复步骤(c)至(1)，以进行整个生产运行。
[0038]在一个实施例中，将来自激光传感器310的信号发送到外部对准机构10的电子控制器，对管段105、110中的一者或两者自动重新定位，以实现更为理想的端面连接处120布置。此外，可以以所述顺序执行前述步骤。但是，也可以考虑不同的顺序。
[0039]在另一实施例中，在第一个360°的焊接之后，继续旋转以铺设另一个焊缝而不是停止，可以在第二焊接之后后续2D彩色摄像机继续检查的同时，使用激光装置来同时检查和追足示ο
[0040]在另一实施例中，焊接以具有相同的开始位置的两个180°半部进行，代替焊接完整的360°焊缝。该实施方式需要多个用于追踪的激光传感器，或需要用于物理地摆动激光装置和/或焊炬的机构，使追踪传感器沿两个旋转方向都保持领先位置(即，旋转焊炬和激光装置，以使它们交换位置)。
[0041]虽然已经参考本发明的具体实施例对本发明进行了详细描述，但本领域技术人员清楚地知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种变化和修改。因此，意图在于，只要所提供的本发明的修改和变化落在所附权利要求及其等同内容的范围之内，本发明就涵盖这些修改和变化。应当理解，本文所使用的诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“侧面”、“高度”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内部”、“外部”等术语仅描述参考点，而不将本发明局限于任何特定取向或构造。
【主权项】
1.一种将两个管段对准且焊接在一起的系统: 焊接机构用于对所述两个管段的端面连接处进行焊接，所述焊接机构包括铰接的焊炬、用于读取所述端面连接处的轮廓的激光传感器、用于接收来自所述激光传感器的信息信号以控制所述焊炬的位置和/或取向的电子控制器； 对准机构用于操纵至少一个管段的纵轴线相对于另一管段的纵轴线的取向； 其中，所述焊接机构还包括:托架，其用于固定所述焊接机构在所述管段中的位置；以及焊接部，其能够在所述管段内相对于支撑部旋转；并且 所述焊炬和所述激光传感器可旋转地由所述焊接部支撑，使得在焊接期间，所述焊炬沿着所述端面连接处跟随所述激光传感器。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述焊接机构还包括用于光学感测连接面的摄像机。3.根据权利要求1所述的系统，其中，焊炬头在所述焊炬上的铰接运动包括以下运动之一:朝向和远离所述端面连接处的径向平移运动、沿所述管段的纵轴线方向的平移运动、围绕与所述管段的纵轴线平行的轴线相对于所述焊接机构的枢转运动、围绕与所述管段的纵轴线垂直的轴线相对于所述焊接头的枢转运动。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对准机构通过与至少一个管段的外部接触来操纵所述至少一个管段的取向。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电子控制器接收来自所述激光传感器的信号来引导所述对准机构，以基于预定对准参数调节所述管段的相对位置。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述焊接机构可在两个管段的端面接驳处的内部旋转并可相对于所述内部旋转，使得所述焊炬跟随所述激光传感器，所述激光传感器向所述电子控制器提供连续端面连接处的轮廓数据，所述电子控制器转而又连续引导所述焊炬的定位。7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述摄像机沿着焊缝路径跟随所述焊炬，所述摄像机将信号发送至操作站显示器，以允许操作者检查焊缝的一部分的图像。8.一种将两个管段对准且焊接在一起的方法，所述方法包括如下步骤: 将第一管段放置在对准装置上； 将具有激光装置和焊炬的内部焊机插入到所述第一管段中； 将第二管段与所述第一管段和所述内部焊机大致对准； 夹持所述第一管段和所述第二管段的外部，以调节所述内部焊机的轴向位置，以便所述内部焊机与所述第一管段和所述第二管段的端面连接处大致对齐； 基于来自所述内部焊机的信号经由所述对准装置调节所述第一管段和所述第二管段的相对对准； 开始根部焊接周期，在所述周期中，所述激光装置扫描所述端面连接处，所述焊炬跟随所述激光装置，并且使用来自所述激光装置的输出来控制铰接焊炬的位置，其中，控制所述焊炬相对于所述端面连接处的位置和取向，以产生合格的焊缝； 根据所述激光装置确定端面连接处轮廓； 松开所述对准装置，并且从敞开的管段端部移除内部焊机；以及 将下一个后续管段重新定位在外部对准机构上，以准备用于下一个连接处的焊接。9.根据权利要求8所述的方法，还包括如下步骤，提供其上具有所述激光装置和所述焊炬的可旋转机构，通过所述激光装置和所述焊炬旋转由激光传感器对所述端面连接处执行初始扫描；从旋转的激光装置产生信号以引导所述第一管段和所述第二管段在焊接开始之前被所述对准装置对准。
【专利摘要】本发明涉及一种将管段焊接在一起的系统。该系统包括用于在外部支撑和操纵管段的取向以对准相对管段的外部对准机构。系统还包括用于对两个抵接管段的内部端面连接处进行焊接的内部焊接机构。内部焊接机构包括用于进行焊接的焊炬、用于追踪焊缝轮廓且引导焊炬的铰接头的激光装置、以及用于在焊接之后目视检查焊缝的摄像机。
【IPC分类】B23K37/053
【公开号】CN105358288
【申请号】CN201480029722
【发明人】尚卡尔·拉贾戈帕兰, 悉达多·马利克, 乔斯·C·布歇
【申请人】Crc-埃文斯管道国际公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2014年5月22日
【公告号】CA2912600A1, EP2999569A1, US20140346163, WO2014190156A1