一种管道焊接用保护头及具有其的背保装置的制作方法

本实用新型涉及管道焊接领域技术领域，具体涉及一种管道焊接用保护头及具有其的背保装置。

背景技术：

有色金属（如镍及镍合金、钛及钛合金等）或N08825镍基合金复合管以及高合金管道焊接所使用的内部保护方式主要为整管充氩和封堵充氩，所用的背保装置主要有水溶纸、车轮式橡胶板、气坝、带背保功能的内对口器等。但上述背保方式都存在下列一种或多种不足：①惰性气体的消耗量大，生产成本高；②充气时间长，生产效率低下；③充气空间大，即使充入大量惰性气体，仍不能有效排空空气，保护效果很差，很难达到银白色或金黄色，严重影响焊接质量；④体积大、拆装麻烦，仅适用于预制，无法用于现场固定口焊接；⑤焊工打底焊接过程中，不能及时观察内部焊接成形，如果出现焊接缺陷不能及时修整。上述不足导致了焊接成本高，生产效率低，质量得不到保障。

为解决传统方法的不足，现有技术中已出现多种管道焊接内部保护装置，如专利号为ZL 200620119251.2的中国专利中公开的一种有色金属管道焊接内部保护装置，其包括内部保护罩、内部履带式底座和外部主动板，其中，内部保护罩包括圆弧形金属罩和位于金属罩内的散气头；内部履带式底座包括金属板、位于内部履带式底座尾部的固定阀、连接于固定阀两侧的铜管和塑料软管、多对磁铁和多对弹簧滚珠；外部主动板上均匀固定有磁铁；使用时，通过外部主动板上磁铁与内部履带式底座上磁铁相互对应吸引，由外部主动板带动内部履带式底座和内部保护罩移动，移至焊口处时，氩气通过铜管和塑料软管进入散气头喷出，进行保护。但其存在以下不足：

1）、弹簧滚珠的设置，结构设计复杂，且设置成本高；

2）、由于圆弧形金属罩形状与所焊接的管道内径弧度一致，且内部保护罩与内部履带式底座的头部焊接连接，形成为一个固定的结构，当需要适应不同直径管道焊接时，需全部更换，设备配置成本高；

3）、圆弧形金属罩的设置，遮挡了焊道，无法看到焊道的焊接质量，也无法根据焊道颜色及时调整充气量大小；同时圆弧形金属罩的设置，惰性气体喷向焊道前，需置换圆弧形金属罩内空气，造成一定的惰性气体浪费；对于气体保护程度要求不是特别严格的不锈钢焊接来说，也造成了焊接时间的延长，工效降低；

4）、内部保护罩、内部履带式底座均非机械标准件，需单独设计定制，设备总成本较高。

另外，还有如专利号为ZL201210101083.4的中国实用新型专利，其公开了一种管道焊接内部保护装置，包括通气装置、连接结构、内部履带式底座和外部主动板，通气装置包括圆弧形通气管和中空的连接管，圆弧形通气管为两端封闭结构的铜管，圆弧形通气管中间外侧开有多个通气槽或者多个通气孔；内部履带式底座包括二块或者二块以上的金属板、位于金属板上的磁铁以及设置在每块金属板两侧的轴段，轴段两端设有滚轮；相邻的金属板通过轴段铰接连接。该专利焊接时可以直接看到内部焊道成型，可以随时进行补焊等操作，大大提高了工效；弧形段通气装置可更换；器件采购加工方便，成本低；停工时无需继续充保护气体。但是其仍然存在诸多缺陷，如：

1、保护头设计不合理，保护效果不稳定，不能适应管径变化，生产成本高；

2、磁铁受高温影响会退磁，时间长了无法保证正常工作。

3、只能适用于非导磁金属材料，对N08825镍基合金复合管或双相不锈钢以及铬钼合金钢等导磁性材料无法使用。

4、只能适用于根部打底焊接，对于镍及镍合金、钛及钛合金等内部保护要求高的金属，在第二层填充时管道内部还必须要充氩保护的材料无法使用。

5、对于壁厚大于20mm的管道，磁铁吸力大大减弱，无法保证正常工作。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种管道焊接用保护头及具有其的背保装置，该保护头及具有其的背保装置适用于各种有色金属材料、导磁性金属材料和非导磁性金属材料管道的焊接，能够在管道焊接时，对任意焊接点进行局部的实时保护，大大提高保护效果。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下所述的技术方案：

一种管道焊接用保护头，该保护头具有中空内腔，保护头上设有与所述中空内腔相通的敞口端，在保护头上与所述敞口端相对的下侧壁上设有通气孔，通气孔与所述中空内腔相连通。

进一步地，所述保护头上连接有与所述通气孔相连的快速插头。

进一步地，在保护头敞口端的边缘处设置有耐高温材质的保护圈，并且所述保护圈能够弯折形变以使得保护圈的圈口口径能够改变。

进一步地，在保护头的下端侧壁的内侧面上设置有用于均匀分布气流的导流板。

进一步地，所述导流板为泡沫铜。

一种具有上述保护头的背保装置，包括保护头和用于支撑及驱动保护头的辅助装置，辅助装置包括通气管、支撑机构、驱动机构A、支撑臂机构、驱动机构B和支撑板；

支撑机构，包括固定板A、固定板B和导向杆，固定板A和固定板B分别连接在通气管的左右两端，固定板A和固定板B之间通过若干导向杆连接，且若干导向杆沿圆周方向均布设置；

驱动机构A，其包括齿轮A、丝杆套、滑座和电机A，丝杆套呈两端敞口的中空结构，丝杆套的外侧壁上设有螺纹，丝杆套的一端口固定连接于齿轮A的中心孔处，并且丝杆套的中心轴线与齿轮A的中心轴线重合，齿轮A和丝杆套套设在通气管的外壁上，且齿轮A位于由所述的若干导向杆围成的区域内，所述滑座通过其中心处设置的轴向丝孔配装于所述的丝杆套上，在固定板A上设置有电机A，电机A通过其输出轴上安装的第一驱动齿轮与齿轮A啮合传动；

支撑臂机构，包括若干组连接于滑座和固定板B上的支撑臂组，每组支撑臂组包括两根支撑臂，两根支撑臂的中部铰接，两根支撑臂的下端部分别铰接于滑座和固定板B上，通过滑座在丝杆套上滑动使得每组支撑臂组的两根支撑臂的上端向上撑起；

驱动机构B，其包括齿轮B和电机B，齿轮B套设在通气管上并位于固定板B的外侧，固定板B上设置有电机B，电机B通过其输出轴上安装的第二驱动齿轮与齿轮B啮合传动；

支撑板通过其中心孔连接在通气管上并位于齿轮B的外侧，支撑板与齿轮B固定连接，支撑板能够随齿轮B在通气管上转动，在支撑板的中心孔处固定连接有与通气管相连通的进气管，进气管的自由端连接有用于将惰性气体吹入到焊接区域并对焊接区域进行保护的保护头。

进一步地，在支撑板上设置有L状的弹性压片，弹性压片的竖直段上端连接于支撑板上，弹性压片的水平段呈倾斜向下，弹性压片的水平段端部连接于保护头上且弹性压片的水平段处于弹性形变状态，使得保护头始终受到向下的压力。

进一步地，所述的若干组支撑臂组沿圆周方向均布设置。

进一步地，构成每组支撑臂组的两根支撑臂的上端部均设置有行走轮或者任意一根支撑臂的上端部设置有行走轮。

进一步地，还包括电控系统，电控系统包括用于采集齿轮B转动角度的采集装置和用于控制电机B和电机A转速的控制箱，所述采集装置包括定位盘和电路板，定位盘通过其上的中心孔固定连接在通气管上，在定位盘的一端面上沿圆周方向均布设置有若干触点，在齿轮B上设置有用于接触触点的触头，所述触点和触头均通过导线电连接于电路板上；所述控制箱包括用于控制电机A和电机B转速的控制模块，用于将采集装置采集到的齿轮B转动角度通过数值显示的显示模块。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优越性：

1、保护效果极好，完全可以达到最高要求的银白色；

2、对焊接部位局部保护，气体消耗量小，焊接过程中休息或遇到停电等情况，可以关闭保护气体，开气就可以焊接,防止保护气体大量浪费；

3、焊接时充气时间短，无需等待即可焊接，生产效率高；

4、体积小、安装方便，从管道内部拆卸取出容易，即可用于管道预制，也可用于现场安装固定口焊接；

5、由于是局部背保，根焊时可以对已焊部分及时检查，发现焊接缺陷可以及时处理，保证根焊质量；

6、通过定位盘和显示模块，焊工可以根据显示模块来判断保护头所在准确位置，在填充焊时也可以很好对背保装置进行定位。

附图说明

图1为保护头的结构示意图；

图2为保护头和快速插头的连接示意图；

图3为本实用新型的背保装置的结构示意图；

图4为弹性压片的结构示意图；

图中：1、保护头；2、通气孔；3、保护圈；4、导流板；5、快速插头；6、通气管；7、固定板A；8、电机A；9、齿轮A ；10、第一驱动齿轮；11、丝杆套；12、导向杆；13、滑座；14、支撑臂组；15、固定板B；16、电机B；17、第二驱动齿轮；18、齿轮B；19、支撑板；20、弹性压片；21、进气管；22、定位盘。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。

如图1、2、3所示，一种管道焊接用保护头，该保护头1具有中空内腔，保护头1上设有与所述中空内腔相通的敞口端，在保护头1上与所述敞口端相对的下侧壁上设有通气孔2，通气孔2与所述中空内腔相连通。

为了实现快速连接安装保护头1，所述保护头1上连接有与所述通气孔2相连的快速插头5。

在保护头1敞口端的边缘处设置有耐高温材质的保护圈3，并且所述保护圈3具有一定的柔韧性以使得保护圈能够弯折形变；作为本实施例的优选，所述保护圈3采用铜质，并且优先选用由钢丝网经卷绕多层后形成制得。

所述保护圈3有三方面的作用：

一、保护圈具有柔韧性，这样就能够使得保护圈紧贴在管道内壁上，以保护惰性气体不外露，防止外面空气侵入焊接保护区；

二、焊接时，管道焊缝周边若长时间处于高温状态下易被氧化，容易造成内部保护效果不好，因此，铜质的保护圈3用于导热散热，使管道焊缝及热影响区短时间内降低温度，提高保护效果；

三，不同管径的管道焊接，需要的保护头1开口端的尺寸是不相同，因此，可以采用加工不同尺寸的保护头1，这就使得增加了成本，另外，工作时需要携带多个不同的保护头1，非常繁琐，因此，采用铜网经绕卷后弯折形成的保护圈3，其具有一定的柔韧性，受力能够变形，在针对不同的管道焊缝焊接时，可以采用向上弯折或者向下弯折保护圈3用于改变保护圈3的口径，以满足不同管径管道间的焊接。

另外，在焊接时，为了使进入到保护头1内的保护气体扩散均匀，在保护头1的下端侧壁的内侧面上设置有使保护气体气流稳定、均匀的导流板4，导流板4优选泡沫铜，当然也可以采用其上均布开设有若干小孔的网板结构。

所述保护圈还可以采用由内向外多层的铜质薄板组成，并且每层铜质薄板的上边缘为碎边结构，碎边结构是指将每一层的铜质薄板上边缘剪切为若干条状碎边，并且相邻层的条状碎边彼此交错布置。

所述碎边结构的设计有两个目的，其一是是因为如果采用完整的铜质薄板，若要对铜质薄板上边缘进行弯折变形以改变保护圈的口径，这就很困难，因此，需要将铜质薄板的上边缘设为碎边结构，便于弯折变形，同时，由于是铜质薄板也便于散热；

其二，邻层的条状碎边彼此交错布置是为了保证焊接过程中的密封性。

本实用新型还提供了一种具有所述保护头1的背保装置，包括保护头1和用于支撑及驱动保护头1的辅助装置，辅助装置包括通气管6、支撑机构、驱动机构A、支撑臂机构、驱动机构B和支撑板19；该背保装置通过驱动机构A中的电机A8驱动齿轮A9转动，齿轮A9带动丝杆套11转动，进而使得滑座13在丝杆套11上滑动；通过滑座13滑动使得支撑臂机构的支撑臂组14向上撑起在管道内壁上，然后再通过电机B16驱动齿轮B18转动，齿轮B18带动支撑板19及支撑板19上的保护头1转动，而保护头1是罩设在管道间的焊道处，这样就实现了焊接过程中局部通入惰性气体进行保护。下面对构成所述背保装置的组成部分进行详细说明，如下：

支撑机构，包括固定板A7、固定板B15和导向杆12，固定板A7和固定板B15分别连接在通气管6的左右两端，固定板A7和固定板B15之间通过若干导向杆12连接，且若干导向杆12沿圆周方向均布设置。

所述的固定板A7和固定板B15是固定连接在通气管6上，因此固定板A7、B与通气管6之间可以通过过盈配合连接或者通过键连接实现固定。

驱动机构A，其包括齿轮A9、丝杆套11、滑座13和电机A8，丝杆套11呈两端敞口的中空结构，丝杆套11的外侧壁上设有螺纹，丝杆套11的一端口固定连接于齿轮A9的中心孔处，并且丝杆套11的中心轴线与齿轮A9的中心轴线重合，齿轮A9和丝杆套11套设在通气管6的外壁上，且齿轮A9位于由所述的若干导向杆12围成的区域内，所述滑座13通过其中心处设置的轴向丝孔配装于所述的丝杆套11上，滑座13的外侧边缘套设在所述的导向杆12上，且滑座13能够在导向杆12上滑动，在固定板A7上设置有电机A8，电机A8通过其输出轴上安装的第一驱动齿轮10与齿轮A9啮合传动。

齿轮A9和丝杆套11可以是一体加工成型，也可以是通过焊接使得齿轮A9和丝杆套11实现固定连接；在该实施例中，电机A8的个数优选为三个，三个电机A8在固定板A7上沿圆周方向均布设置，三个电机A8共同驱动齿轮A9。

所述导向杆12的作用是：滑座13与丝杆套11是通过螺纹连接，因此，在丝杆做转动过程中，为了防止滑座13转动，通过设置导向杆12使得滑座13仅能在丝杆套11上水平移动。

支撑臂机构，包括若干组连接于滑座13和固定板B15上的支撑臂组14，每组支撑臂组14包括两根支撑臂，两根支撑臂的中部铰接，两根支撑臂的下端部分别铰接于滑座13和固定板B15上，通过滑座13在丝杆套11上滑动使得每组支撑臂组14的两根支撑臂的上端向上撑起。

作为本实施例的优选，支撑臂组14为三组，三组支撑臂组14沿圆周方向均布设置；每组支撑臂组14的两根支撑臂的其中一根上设有条形的插孔，另一根插入该插孔内后两根支撑臂的中部铰接。

驱动机构B，其包括齿轮B18和电机B16，齿轮B18套设在通气管6上并位于固定板B15的外侧，固定板B15上设置有电机B16，电机B16通过其输出轴上安装的第二驱动齿轮17与齿轮B18啮合传动。

作为本实施例的优选，电机B16为三个，且三个电机B16在固定板上沿圆周方向均布设置，三个电机共同驱动齿轮B18。

支撑板19通过其中心孔连接在通气管6上并位于齿轮B18的外侧，支撑板19与齿轮B18固定连接，支撑板19能够随齿轮B18在通气管6上转动，在支撑板19的中心孔处固定连接有与通气管6相连通的进气管21，进气管21的自由端连接有用于将惰性气体吹入到焊接区域并对焊接区域进行保护的保护头1。

由于保护头1在焊接时是绕着焊道转动的，因此，为了保证保护头1在转动过程中始终贴在管道内壁上，需要对保护头1施加一个力使得保护头1被压在管道的内壁上；因此，作为本实用新型的进一步改进，采用如下技术方案：

在支撑板19上设置有L状的弹性压片20，如图4所示，弹性压片20的竖直段上端连接于支撑板19上，弹性压片20的水平段呈倾斜向下，弹性压片20的水平段端部连接于保护头1上且弹性压片20的水平段处于弹性形变状态，使得保护头1始终收到向下的压力。

另外，为了使得弹性压片20与保护头1的快速安装，可以在保护头1上开设一插槽，插槽为一端开口大、另一端开口小的结构，弹性压片20的水平段端部设为与所述插槽相适配的形状，通过弹性压片20水平段插入插槽即可实现快速安装，并且定位可靠，能够防止保护头1在弹性压片20上的摆动。

本实用新型的背保装置还包括电控系统，电控系统包括用于采集齿轮B18转动角度的采集装置和用于控制电机B16和电机A8转速的控制箱，所述采集装置包括定位盘22和电路板，定位盘22通过其上的中心孔固定连接在通气管6上，在定位盘22的一端面上沿圆周方向均布设置有若干触点，在齿轮B18上设置有用于接触触点的触头，所述触点和触头均通过导线电连接于电路板上；所述控制箱包括用于控制电机A8和电机B16转速的控制模块和用于将采集装置采集到的齿轮B18转动角度通过数值显示的显示模块。

作为本实用新型的进一步改进，本实用新型的背保装置还包括能够伴随保护头1同步转动的摄像头，摄像头电连接有显示屏装置。

由于管道在焊接时，所述保护头1是位于管道内部，从外部是看不到保护头1实时转动的具体位置，尽管可以通过上述的显示模块能够看到保护头1的转动角度，但是，焊缝形成的具体情况以及保护头1的使用情况是观察不到的，因此，通过摄像头和显示屏装置可以实时显示摄像头所拍摄的画面，以便更好的掌握焊接情况。

需要说明的是，通过上述的电控系统可以实现对电机A8和电机B16的有线控制，另外，也可以采用无线的方式对电机A8和电机B16的控制，如电机A8和电机B16上分别连接有遥控模块，遥控模块包括遥控接收器和遥控发射器，遥控接收器连接于电机A8、电机B16上，遥控发射器与遥控接收器无线传输信号。

本实用新型在具体使用过程为：

（1）将连接有惰性气体气源的气管第一根管道的非焊接端拉入并从焊接端拉出，然后将气管与通气管6紧密连接，当然为了快速实现两者的连接，通气管6与气管可以通过快速插头5实现快装；

（2）将安装有保护头1的背保装置放入第一根管道焊接端的端口内，然后通过控制箱启动电机A8，电机A8驱动第一驱动齿轮10，并通过第一驱动齿轮10和齿轮A9的啮合传动，使齿轮A9及其上的丝杆套11转动，通过丝杆套11的转动，使得滑座13在丝杆套11上向左侧滑动，进而使得支撑臂组14打开，直至支撑于第一根管道内侧壁上；然后设定保护头1的基础零点，即保护头1开始转动的起始位置，然后根据第一根管道的管径，调整保护头1上的保护圈3，通过向上弯折或者向下弯折保护圈3用于改变保护圈3的口径，使其适应于管道焊接；

（3）将第二根管道移至第一根管道的焊接端并调整至焊接要求，然后通过控制箱启动电机B16，电机B16驱动第二驱动齿轮17，并通过第二驱动齿轮17与齿轮B18的啮合传动，使得齿轮B18转动，齿轮B18上的保护头1伴随齿轮B18同步转动，在启动齿轮B18的同时，开启惰性气体气源，惰性气体被送入到焊接区域，保护头1罩设在焊缝周围，使得焊缝周围近似形成一个密闭空间，实现局部保护；

（4）焊接完成后，将支撑臂组14收起，然后通过拉动气管，将本实用新型从管体内拉出。

另外，需要说明的是，两根管道在焊接前，需要将两根管道的端口靠近至合适的焊接位置，当本实用新型安装于管道内后，首先是通过支撑臂机构支撑在管道的内壁上，然后将保护头对准两管道间的焊道，若本实用新型支撑好之后，发现保护头与焊道与偏差，这就需要重新将支撑臂机构收起重心调整支撑位置，调整较为费时费力；因此，本实用新型支撑在管道内壁上之后需要能够在管道内壁上移动，从而来调整保护头与焊道的相对位置，可以采用以下的技术方案来实现，即：

构成每组支撑臂组的两根支撑臂的上端部均设置有行走轮，行走轮的材质可以采用橡胶，并且其中一根支撑臂的上端部的行走轮上安装有行走轮驱动电机；当本实用新型采用三组支撑臂组时，三组支撑臂组内的支撑臂上端部的行走轮均可以安装行走轮驱动电机，也可以只在其中一组支撑臂组内的支撑臂上端部的行走轮上安装行走轮驱动电机。