一种管道外根焊装置的制作方法

本发明涉及管道焊接技术领域，特别涉及一种管道外根焊装置。

背景技术：

大通径油气长输管道是一种重要的油气运输方式，建设时需要大量的焊接工作。

目前大通径油气长输管道焊接施工前的准备工作主要有，管口校正、组对和焊缝间隙调整。主要采用两种方式完成，一种采用人工方式完成，即采用吊管机与手动外对口器配合，人工操作液压千斤顶或校形螺栓，完成管口的校正、组对和焊缝间隙调整。另一种采用半自动方式完成，即采用吊管机与内对口器配合，内对口器对管口进行自动涨紧校正，管口组对和焊缝间隙调整依靠人工完成。

以上方式均管道施工方式中，管道对正粗糙，焊缝间隙不稳定；同时工作量较大，需要的操作空间大且耗时较长，管线焊接施工效率低下，直接影响了管线施工的进度。随着装备集成化程度的提高，对机器人的要求越来越高；现有的焊接机器人体积相对较大，且复杂，对于焊缝较深的情况适应能力较差，特别是根焊时，效果往往不稳定。

技术实现要素：

本发明提供一种管道外根焊装置，解决现有技术中管口对正以及焊缝间隙调整操作复杂，效率低下，且根焊效果差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种管道外根焊装置，包括：固定夹持组件、移动夹持组件、导杆、平移液压缸、焊接机器人以及机器人导轨；

所述导杆设置在所述固定夹持组件和所述移动夹持组件之间，所述移动夹持组件可沿所述导杆轴向移动，靠近或者远离所述固定夹持组件；

所述平移液压缸分别与所述固定夹持组件和所述移动夹持组件相连，所述平移液压缸可拉动所述移动夹持组件沿所述导杆轴向靠近或者远离所述固定夹持组件；

所述固定夹持组件包括：第一上框架和第一下摆臂；所述第一下摆臂通过铰轴与所述第一上框架铰接；

所述移动夹持组件包括：第二上框架和第二下摆臂；所述第二下摆臂通过铰轴与所述第二上框架铰接；

所述机器人导轨固定在所述固定夹持组件上，所述焊接机器人置于所述导轨上；

其中，在进行对口操作时，主管道抵靠在所述第一上框架内侧，所述第一下摆臂将所述主管道压紧在所述第一上框架内；副管道抵靠在所述第二上框架内侧，所述第二下摆臂将所述主管道压紧在所述第二上框架内；所述平移油缸拉动所述移动加持组件向所述固定夹持组件移动。

进一步地，所述对口机还包括：校正机构；

所述校正机构固定在所述固定夹持组件以及移动加持组件上；

其中，当管道处于被夹持状态时，所述校正机构推动所述管道移动，以调节对口位置。

进一步地，所述校正机构包括：校正油缸以及校正垫；

所述校正垫固定在所述校正油缸的活塞杆端部。

进一步地，所述对口机还包括：第一摆动油缸和第二摆动油缸；

所述第一摆动油缸底座固定在所述第一上框架上，活塞杆端部固定在所述第一下摆臂上，可拉动所述第一下摆臂相对所述第一上框架摆动；

所述第二摆动油缸底座固定在所述第二上框架上，活塞杆端部固定在所述第二下摆臂上，可拉动所述第二下摆臂相对所述第二上框架摆动。

进一步地，所述对口机还包括：第一锁止机构和第二锁止机构；

所述第一锁止机构设置在所述第一上框架和所述第一下摆臂之间，控制两者的相对摆动；

所述第二锁止机构设置在所述第二上框架和所述第二下摆臂之间，控制两者的相对摆动。

进一步地，所述对口机还包括：第一限位器和第二限位器；

所述第一限位器固定在所述第一上框架上，限制管道的进入深度；

所述第二限位器固定在所述第二上框架上，限制管道的进入深度。

进一步地，所述导杆包括：第一支导杆、第二支导杆以及第三支导杆；

所述第一支导杆和所述第二支导杆对称设置在所述第一上框架和所述第二上框架两侧；

所述第三支导杆设置在所述第一上框架和所述第二上框架顶部。

进一步地，所述焊接机器人包括：底座、第一直线运动单元、第二直线运动单元、角摆单元以及焊枪；

所述第一直线运动单元固定在所述底座上；

所述第二直线运动单元固定在所述第一直线运动单元的滑块上，且所述第二直线运动单元的滑块的滑动方向与所述第一直线运动单元的滑块的滑动方向垂直；

所述角摆单元固定在所述第二直线运动单元的滑块上；

所述焊枪固定在所述角摆单元上；

其中，所述焊枪可随所述角摆单元在一平衡位置两侧产生稳定摆幅的摆动。

进一步地，所述第一上框架、所述第二上框架、所述第一下摆臂以及所述第二下摆臂与管道接触的一侧内壁为圆弧面结构。

进一步地，所述第一下摆臂包括左右两支，分别与所述第一上框架底部两端铰接；

所述第二下摆臂包括左右两支，分别与所述第二上框架底部两端铰接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的管道外根焊装置采用固定夹持组件、移动夹持组件实现主管道和待对正管道的固定和定位，大大降低了人工操作的劳动强度和复杂程度；通过导杆以及平移液压缸实现移动和焊缝的调节，自动化程度高，同时调整精度较好；同时，能够同时实现管口校正、组对以及焊缝调整从而大大提升了整体的操作效率，也降低了操作机械设备的复杂程度，大大缩小了所需要的操作空间。

进一步的，采用校正机构，能够进一步提升管道的位置调节精度和自动化程度。大大降低了劳动强度，提升操作效率。

进一步地，采用上框架和下摆臂的配合模式，实现小操作空间内的管道装卸，紧固操作；同时配合摆动油缸，锁止机构实现自动化操作，大大提升了操作效率。

进一步地，采用运动方向垂直的第一直线运动单元以及第二直线运动单元构成焊枪位置调整结构，以使其深入焊缝实现焊接，特别对于根焊，能够深入焊缝，调整焊接位置；同时采用角摆单元对焊枪的实行终端摆幅控制，即，使焊枪以一定频率在以平衡位置两侧按照一定摆幅摆动，从而有效的焊接两侧待焊体，克服虚焊焊接不彻底等问题，大大提升了焊接质量，特别是根焊，你能够实现全位置焊接。

进一步地，通过驱动轮，导向轮以及导轨的结构设计实现稳固的测管式结构，便于全位置焊接的同时能够实现高效移动。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管道外根焊装置的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明实施例提供的管道外根焊装置的装配结构示意图；

图5为本发明实施例提供的焊接机器人的结构示意图；

图6为图5的主视图。

图7为图6的左视图。

图8为图6中A-A的剖视图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种管道外根焊装置，解决现有技术中管口对正以及焊缝间隙调整操作复杂，效率低下，且根焊效果差的技术问题；达到了提升管道对口操作自动化程度和效率，降低劳动强度和设备复杂程度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

下面将分别介绍所述装置及其工作过程。

参见图1和图4，本发明实施例提供的一种管道外对口机，包括：固定夹持组件1、移动夹持组件2、导杆以及平移液压缸。

所述导杆设置在所述固定夹持组件1和所述移动夹持组件2之间，所述移动夹持组件2可沿所述导杆轴向移动，靠近或者远离所述固定夹持组件1。即，移动加持组件2可在所述导杆的引导下调节两者间的距离，在执行对口、焊缝调节以及焊接操作时，可以解忧控制移动加持组件2的移动，拉动夹持的管道实现上述操作，自动化程度高，同时操作效率相对大幅提高。

所述平移液压缸8分别与所述固定夹持组件1和所述移动夹持组件2 相连，所述平移液压缸8可拉动所述移动夹持组件2沿所述导杆轴向靠近或者远离所述固定夹持组件1。具体来讲，通过平移液压缸8作为动力源，拉动所述移动夹持组件2移动，其动力充足，满足装配需要。

所述固定夹持组件1包括：第一上框架109和第一下摆臂110；所述第一下摆臂110通过铰轴111与所述第一上框架109铰接。即所述第一下摆110可以以所述铰轴111为转轴，相对所述第一上框架109转动，从而实现开合和锁闭操作，从而实现待焊接的主管路20的固定和释放。

具体来讲，主管路20需要上装焊接时，第一下摆110处于打开状态，所述主管道20上装抵靠在所述第一上框架109的内侧，而后所述第一下摆110锁闭，从所述主管道20底部施力将其压紧在所述第一上框架109内。

相应的，所述移动夹持组件2的结构与所述固定夹持组件1的结构相同；具体包括：包括：第二上框架209和第二下摆臂210；所述第二下摆臂210通过第二铰轴211与所述第二上框架209铰接。即所述第二下摆210可以以所述第二铰轴211为转轴，相对所述第二上框架209转动，从而实现开合和锁闭操作，从而实现待焊接的副管路21的固定和释放。

具体来讲，副管路21需要上装焊接时，第二下摆210处于打开状态，所述副管道21上装抵靠在所述第二上框架209的内侧，而后所述第二下摆210锁闭，从所述副管道21底部施力将其压紧在所述第二上框架209内。

其中，在进行对口操作时，主管道20固定在所述固定夹持组件1内；副管道21固定在所述移动夹持组将2内；所述平移油缸8拉动所述移动加持组件2向所述固定夹持组件移动。实现对口和焊缝调节操作。

所述固定夹持组件1和所述移动加持组件2主要承担管道的固定和移动操作。

进一步地，为了提高对口以及焊缝调节的精度；优选的，所述对口机还包括：校正机构13。

所述校正机构13固定在所述固定夹持组件1以及移动加持组件2上。

具体来讲，当管道处于被夹持状态时，所述校正机构13推动所述管道移动，以调节对口位置。即以所述固定夹持组件1以及移动加持组件2为支撑结构，所述校正机构13推动管道产生径向移动，从而调整两个待焊接管道的对正度，使得两者的中轴线基本重合。

优选的，所述校正机构13的具体结构包括：校正油缸以及校正垫；

所述校正垫固定在所述校正油缸的活塞杆端部。即以液压的校正油缸为动力部件，通过校正垫与管道建立接触，并逐步施加力度，实现管道在径向的移动。

具体来说，所述校正机构13的数量可以为多个，根据实际需要，设置具体的数量；一般来说，可以设置成在同一圆周线上的4个，6个为佳；能够兼顾操作结构的复杂程度和校正效率。即任意相邻两个校正机构13形成圆周夹角为60度或者90度。保持校正机构13的施力方向为径向。

所述对口机还包括：第一摆动油缸112和第二摆动油缸212；实现第一下摆臂110和所述第二下摆臂210的自动化调节。即自动操作开合与锁闭。

所述第一摆动油缸112底座固定在所述第一上框架109上，活塞杆端部固定在所述第一下摆臂110上，可拉动所述第一下摆臂110相对所述第一上框架109摆动；其中，第一摆动油缸112底座以及活塞杆的固定方向也可以根据实际需要自主设定。

相似的，所述第二摆动油缸212底座固定在所述第二上框架209上，活塞杆端部固定在所述第二下摆臂210上，可拉动所述第二下摆臂210相对所述第二上框架209摆动；其中，第二摆动油缸212底座以及活塞杆的固定方向也可以根据实际需要自主设定。

进一步地，大型管道的重量通常十分大，对下摆臂的压力也就十分大，为了保持固定的可靠性和稳定性；优选的，所述对口机还包括：第一锁止机构116和第二锁止机构216；用于当下摆臂锁闭到位后，限制所述下摆 臂的摆幅，即限制其继续动作，保持现有的位置不变。

所述第一锁止机构116设置在所述第一上框架109和所述第一下摆臂110之间，控制两者的相对摆动；具体来说，通过第一锁止油缸115动作，控制两者的相对位移。

相类似的，所述第二锁止机构216设置在所述第二上框架209和所述第二下摆臂210之间，控制两者的相对摆动；具体来说，通过第二锁止油缸215动作，控制两者的相对位移。

为了限制管道上装时的进入深度，所述对口机还包括：第一限位器114和第二限位器214。

所述第一限位器114固定在所述第一上框架109上，限制主管道的进入深度。

相类似的，所述第二限位器214固定在所述第二上框架209上，限制副管道的进入深度。

具体来说，当管道上装时，其前端触发限位器，则限位器输出到位信号，提醒操作人员或者现场工控机，停止继续深入。特别是大型或者特大型管道，由于其整体体积特别巨大，采用限位器能够充分监控其进入深度，避免反复操作的麻烦。

参见图2和图3，所述导杆7通过形成固定夹持组件1和移动夹持组件2的径向相对静止，保持两者中轴线的重合，使得对正操作精准可靠；具体包括：第一支导杆、第二支导杆以及第三支导杆；即通过三个导杆共同引导移动夹持组件2的动作，进一步提升管缝对正的效率和可靠性以及精度。

具体来讲，所述第一支导杆和所述第二支导杆对称设置在所述第一上框架和所述第二上框架两侧；所述第三支导杆4设置在所述第一上框架和所述第二上框架顶部。即形成三个方向的引导结构，保持径向稳定，避免振动等干扰因素影响结构的稳定性。

为了便于吊装操作，所述对口机还包括：吊装平板3；所述吊装平板3固定在所述第一上框架109顶部；所述吊装平板3上设置吊环6。

所述第一上框架109、所述第二上框架209、所述第一下摆110臂以及所述第二下摆臂210与管道接触的一侧内壁为圆弧面结构。使得上框架内壁与管道的外壁圆弧面相契合，增大接触面积，提升紧固的稳定性。

进一步地，所述第一下摆臂110包括左右两支，分别与所述第一上框架底部两端铰接；具体来讲，第一下摆臂110的左右两支摆臂对称设置在所述第一上框架109两端底部，实现开合锁闭操作；一方面能够降低装卸的所需操作空间，能够适应地下小空间的装卸操作；同时也能够分散管道的重量，提升固定结构的相对稳定性。

相类似的，所述第二下摆臂210包括左右两支，分别与所述第二上框架209底部两端铰接；具体来讲，第二下摆臂210的左右两支摆臂对称设置在所述第二上框架209两端底部，实现开合锁闭操作；一方面能够降低装卸的所需操作空间，能够适应地下小空间的装卸操作；同时也能够分散管道的重量，提升固定结构的相对稳定性。

下面具体描述一下所述对口机的完整工作过程。

外部起吊设备通过设置在所述吊装平板3上的吊环6将整机吊起，此时所有摆臂液压缸和平移液压缸处于顶出状态，位于上框架底部的下摆臂处于打开状态，所有校正液压缸和锁止油缸均处于缩回状态。

将整机起吊并落在主管线的管口上，使主管线位于固定夹持组件1中第一上框架109的半开式圆环内部，主管线的外圆面首先与固定夹持组件1中的机械限位器114接触，使得管口位于固定夹持组件1和移动夹持组件2之间，且移动夹持组件2整体悬出管口。固定夹持组件1的第一摆臂液压缸112缩回，带动第一下摆臂110绕铰轴向主管线的外圆面合拢后停止，固定夹持组件1中的锁止油缸115顶出，锁止油缸驱动锁止装置116将固定夹持组件1中的下摆臂与上框架固定连接。固定夹持组件1上的多 个校正机构13伸出将主管线夹持住并进行管口校正。

然后待焊管道被外部起吊设备吊起并送入移动夹持组件2中上框架的半开式圆环内部，移动夹持组件2上的摆臂液压缸缩回，带动下摆臂绕铰轴向待焊管道的外圆面合拢后停止。

移动夹持组件2中的锁止油缸215顶出，锁止油缸驱动第二锁紧装置212将移动夹持组件中的下摆臂与上框架固定连接，接着移动夹持组件上的多个校正结构13伸出将待焊管道夹持住并进行管口校正。

管口校正工序完成后，平移液压缸8缩回，在第二、三导杆和第一导杆的导向作用下拉动移动夹持组件2和待焊管道向固定夹持组件1和主管线的管口平移并进行管口组对，期间可以操作平移液压的伸出和缩回动作来调整管口焊缝间隙。

所有以上工序完成后，系统中所有液压执行器锁定并进行管口焊接，焊接完成后，所有液压执行器复位，外部起吊设备将整机吊离管口。

动力源为置于所述吊装平板3上的液压站5，向液压油缸等部件提供液压动力。

本实施例还提供一种具体的焊接机器人。

参见图5，图6和图7，本发明实施例提供的一种侧挂式管道全位置焊接机器人，包括：底座31、第一直线运动单元37、第二直线运动单元38、角摆单元(39、40)以及焊枪42。

所述第一直线运动单元37固定在所述底座31上；所述第二直线运动单元38固定在所述第一直线运动单元37的滑块上，且所述第二直线运动单元38的滑块的滑动方向与所述第一直线运动单元37的滑块的滑动方向垂直；即可以实现轴向和径向的移动，调整焊枪的位置。

所述角摆单元固定在所述第二直线运动单元的滑块上；所述焊枪固定在所述角摆单元上；其中，所述焊枪可随所述角摆单元在一平衡位置两侧产生稳定摆幅的摆动。具体来说，即可实现高频摆动，便于根焊的两侧焊 接，提升质量。

所述角摆单元包括：角摆支座39以及第一减速电机40。

所述第一减速电机40固定在所述角摆支座39内，所述焊枪42通过焊枪夹具31固定在所述第一减速机40输出端上；所述角摆支座39固定在所述第二直线运动单元8的滑块上。

所述机器人还包括：驱动轮5以及与之匹配的导轨36；所述驱动轮35通过转轴固定在所述底座31上，所述驱动轮5置于所述导轨36上；所述驱动轮35与第二减速电机34相连，受驱转动，沿所述导轨36移动。

所述机器人还包括：导向轮32(43)；所述导向轮通过转轴固定在所述底座31上，所述导向轮32(43)置于所述导轨36上。从而形成了与所述驱动轮35的两点导向支撑结构，稳固且运动流畅。

所述导向轮包括：上导向轮32以及下导向轮43；所述上导向轮和所述下导向轮均通过转轴固定在所述底座上，且所述上导向轮和所述下导向轮抵靠在所述导轨两侧。

具体来说，形成上下夹持的结构形式，保证机器人能够稳定的沿着导轨36移动。

进一步地，所述底座上开设滑槽，所述下导向轮的转轴嵌于所述滑槽内，可沿所述滑槽远离或者靠近所述上导向轮。实现下导向轮的位置可调，便于适应各类场合需求。

参见图7和图8，所述导向轮还包括：下导向轮压紧机构；所述下导向轮压紧机构固定在所述底座上；所述下导向轮压紧机构与所述下导向轮的转轴相连，可施加向所述上导向轮的压力。即形成持续稳定的压紧施力形式，保持机器人的稳定。

所述下导向轮压紧机构包括：压簧46以及支杆33；所述支杆33中部通过铰轴与所述底座31铰接；所述支杆33第一端与所述下导向轮43的转轴铰接，所述支杆33的第二端与所述压簧46的一端铰接；所述压簧46 的另一端与所述底座31铰接。

具体来说，压簧46通过支杆形成杠杆施力结构，持续施加稳定的弹性压力，将所述下导向轮43压紧在所述导轨36上。

所述压簧46可置于一空心连杆45内，保持其形态。

进一步地，所述支杆上设置一手柄44。便于调整下导向轮的位置和装卸。

进一步地，所述驱动轮为齿轮，所述导轨齿条。实现稳定高效的驱动。

底座31采用一板形基板，便于侧挂。

下面将介绍所述焊接机器人的工作过程。

在安装前，底座31上的下导向轮43处于打开状态，安装时首先将整个焊接机器人置于在环形齿条36的一侧，使齿轮35与环形齿条36啮合，上导向轮32与环形齿条36顶部的两侧导向面贴合，再扳动手柄44，手柄44带动下导向轮43向上摆动，使下导向轮43与与环形齿条36底部的两侧导向面贴合，此时手柄44在空心连杆45内部压簧46的作用下对下导向轮43施加压紧力，确保下导向轮43与与环形齿条36紧密配合。

安装完成后可操作焊接机器人完成全位置焊接动作，第二减速电机34通过齿轮35驱动焊接机器人沿环形齿条36完成圆周全位置运动；第一直线运动单元37可完成焊枪42沿管道轴线的平移；第二直线运动单元二38可完成焊枪42沿管道径向的平移；固定在角摆轴支座39上的第一减速电机40可直接驱动焊枪固定块41和焊枪42转动，并完成焊接中的角摆动作。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的管道外根焊装置采用固定夹持组件、移动夹持组件实现主管道和待对正管道的固定和定位，大大降低了人工操作的劳动强度和复杂程度；通过导杆以及平移液压缸实现移动和焊缝的调节，自动化程度高，同时调整精度较好；同时，能够同时实现管口校正、组对以及 焊缝调整从而大大提升了整体的操作效率，也降低了操作机械设备的复杂程度，大大缩小了所需要的操作空间。

进一步的，采用校正机构，能够进一步提升管道的位置调节精度和自动化程度。大大降低了劳动强度，提升操作效率。

进一步地，采用上框架和下摆臂的配合模式，实现小操作空间内的管道装卸，紧固操作；同时配合摆动油缸，锁止机构实现自动化操作，大大提升了操作效率。

进一步地，采用运动方向垂直的第一直线运动单元以及第二直线运动单元构成焊枪位置调整结构，以使其深入焊缝实现焊接，特别对于根焊，能够深入焊缝，调整焊接位置；同时采用角摆单元对焊枪的实行终端摆幅控制，即，使焊枪以一定频率在以平衡位置两侧按照一定摆幅摆动，从而有效的焊接两侧待焊体，克服虚焊焊接不彻底等问题，大大提升了焊接质量，特别是根焊，你能够实现全位置焊接。

进一步地，通过驱动轮，导向轮以及导轨的结构设计实现稳固的测管式结构，便于全位置焊接的同时能够实现高效移动。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。