管道衬垫内对口器系统的制作方法

本发明涉及管道施工技术领域，具体涉及一种管道衬垫内对口器系统。

背景技术：

随着长输管道焊接自动焊接，智能化产品和设计理念在长输石油、天然气管道焊接行业的逐步运用，对管道衬垫内对口器，外焊坡口打底、填充、盖面工艺的需求也越来越需要高效化和精确化控制方案。

传统管道衬垫内对口器实际就是传统内对口器加上跟随涨爪移动的衬垫结构来实现的，在实际工作中，传统管道衬垫内对口器在对口过程中常因为管道的结构，导致机身系统与锥头系统不同轴，严重影响对口器的使用寿命；且传统管道衬垫内对口器辅助对口时间长，严重降低了工作效率；传统管道衬垫内对口器在涨缸完成涨紧后，衬垫中心线与管口端面不垂直，衬垫不能均匀的贴死待焊管口的坡口内侧面，在外焊进行第一层打底焊接时，焊接融化的铁水会渗漏到衬垫与管口内壁的缝隙处，造成焊接缺陷。如果缺陷比较大，必须割开该焊缝，重新加工管子端面坡口，重新焊接，其工作量非常巨大，而且需要大量工程设备，吊管机，焊机，挖机，发电站等的配合；传统管道衬垫内对口器衬垫多为铜衬垫，在实际工作中，焊接时铜衬垫的铜会渗透到焊缝里，导致渗铜现象，影响成型焊缝的力学性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是传统管道衬垫内对口器使用寿命低，辅助对口时间长，对口精度低，焊接时存在的渗铜问题，目的在于提供一种管道衬垫内对口器系统。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明公开了一种管道衬垫内对口器系统，包括机身系统、锥头系统，还包括柔性连接系统；所述柔性连接系统包括用于连接机身系统与锥头系统的万向节以及用于支撑机身系统的第一弹性连接件。

在本方案中，通过设置柔性连接系统，改变传统管道衬垫内对口器的刚性连接方式，通过柔性连接系统连接机身系统、锥头系统，实现机身系统与锥头系统的柔性连接，通过柔性连接系统的设置，允许锥头系统相对于机身系统的位置和角度偏移，大大提高了对口精度和对口后的锥头系统与钢管的同轴度，避免了因为锥头系统与机身系统刚性连接导致的使用寿命的问题，且柔性连接系统还包括用于支撑机身系统的第一弹性连接件，通过第一弹性连接件的设置，进一步保证了柔性连接系统的连接强度，且由于第一弹性连接件的弹性，保证了锥头系统与机身系统因为管道形状而产生的位置和角度偏移能够在第一弹性连接件的弹性作用下快速恢复，保证了锥头系统与机身系统的同轴，进一步对口器系统的前进速度。

优选的，所述第一弹性连接件为弹簧。

作为本发明的进一步技术方案，所述柔性连接系统还包括连接板以及至少2个前轮柔性系统，所述任意一个前轮柔性系统设置上下柔性调节机构、行走轮以及万向十字轴；所述上下柔性调节机构包括上下柔性调节机构本体、第一关节轴承、第二关节轴承；所述第一关节轴承一端连接连接板，另一端连接上下柔性调节机构本体；所述第二关节轴承一端连接上下柔性调节机构本体，另一端连接行走轮；所述第一关节轴承、第二关节轴承与上下柔性调节机构本体的连接端均可通过长度调节实现前轮柔性系统的伸出高度的调节；所述万向十字轴用于连接行走轮与锥头系统。

在本方案中，管道衬垫内对口器系统包括机身系统、锥头系统以及柔性连接系统，所述柔性连接系统包括连接板以及至少2个前轮柔性系统，所述前轮柔性系统结构相同，均包括上下柔性调节机构、行走轮以及万向十字轴；且其中上下柔性调节机构包括上下柔性调节机构本体、第一关节轴承、第二关节轴承；第一关节轴承连接连接板与上下柔性调节机构本体；所述第二关节轴承连接上下柔性调节机构本体与行走轮；其中第一关节轴承、第二关节轴承的长度均可调节，通过调节第一关节轴承的长度、第二关节轴承的长度实现前轮柔性系统的伸出高度的调节；且通过上下柔性调节机构本体能够降低对口器系统在行进过程中产生的颠簸和晃动对对口器系统的影响；这样，通过所述通过前轮柔性系统的设置，实现对口器系统的柔性支撑以及向前行走时导向，以防止对口器系统在管道内向前开时发生旋转。

优选的，所述柔性连接系统还可以设置刚性拉杆，所述刚性拉杆连接连接板以及机身系统，通过刚性拉杆的设置防止在极端情况下，锥头系统向下倾斜。

作为上下柔性调节机构本体的具体实施方式，所述上下柔性调节机构本体包括多个第二弹性连接件，通过第二弹性连接件的设置，对口器系统在行进过程中产生的颠簸和晃动都可以通过该上下柔性调节机构本体的第二弹性连接件来弥补。

作为本发明的进一步技术方案，所述前轮柔性系统还包括角度调节机构；所述角度调节机构可通过改变角度调节机构的长度实现前轮柔性系统的相对角度调节。

作为角度调节机构的具体实施方式，所述角度调节机构可以通过调节自身长度，实现角度调节机构的变长或变短，从而改变前轮柔性系统的相对角度，前轮柔性系统相互间形成外八字夹角，管道内壁对行走轮的反作用力会在两组行走轮上都往内侧产生一个分力，该分力在设备行走不偏转时，大小相等，方向相反，刚好抵消；行走时当向一方发生偏转时，另一侧的分力会变大，而对面一组轮子分力会变小，分力的差值和设备的偏转方向相反，偏转越多，分力差值越大，该分力强行引导偏转的设备偏转回正常位置，从而起到管道衬垫内对口器系统在管子内壁行走时，导向的作用，防止设备在管子里旋转。

优选的，所述角度调节机构可为螺旋丝杆或者滑轨。

作为本发明的进一步技术方案，所述锥头系统包括第一涨缸以及第二涨缸；所述第一涨缸以及第二涨缸可在涨力的作用下贴紧管道内表面；所述第一涨缸相较于第二涨缸靠近机身系统。通过设置第一涨缸与第二涨缸，保证管道焊接时两个管道的相对位置，在进行管道焊接式，第一涨缸顶伸接接触其中一根待焊管道的内表面，第二涨缸顶伸接接触另外一根待焊管道的内表面，实现焊接管道间的连接。

作为本发明的进一步技术方案，所述锥头系统还包括设置于第一涨缸与第二涨缸之间的衬垫；所述衬垫包括多个衬垫单元；所述衬垫单元包括衬垫本体、顶紧轴、旋转轴；所述衬垫本体间的连接面为斜面；所述顶紧轴顶紧衬垫本体为衬垫本体沿旋转轴的旋转提供动力。

本方案中，顶紧轴中设置弹性组件，该弹性组件为压缩状态，顶紧轴顶住衬垫本体，为衬垫本体的旋转提供动力。当衬垫的外径大小需要发生变化时，衬垫单元间的相对距离发生变化，顶紧轴顶住衬垫本体发生旋转，通过旋转改变衬垫单元间斜边的接触位置，从而改变衬垫的外径大小，直到衬垫本体斜面和另一组衬垫本体斜面接触受相同大小的反向力旋转停止，衬垫的外径大小固定。

作为本发明的进一步技术方案，所述衬垫在自然状态下高度高于所述第二涨缸在自然状态下的高度；所述衬垫单元还包括第三弹性连接件，通过所述第三弹性连接件可在涨力的作用下压缩衬垫的高度。衬垫连接第二涨缸，衬垫可在第二涨缸贴近管道内表面时同时贴近管道内表面，且衬垫在自然状态下高度高于所述第二涨缸在自然状态下的高度，并设置第三弹性连接件，通过第三弹性连接件以及衬垫的高度设置，保证了衬垫与管道内管壁贴合的紧密度且保证了顶升的一致性，能够同时实现涨缸的顶升和衬垫的定位。

作为本发明的进一步技术方案，所述衬垫本体靠近管道内表面的面为凹槽结构，所述凹槽结构凹槽内部设置陶瓷层，所述陶瓷层的高度低于凹槽高度。通过陶瓷层的设置，解决传统铜衬垫内对口器，在焊接时容易发生铜渗透到焊缝中而影响焊缝力学性能，且陶瓷层未与焊缝两侧钢管直接接触，保证了陶瓷层的使用寿命。

作为本发明的进一步技术方案，所述锥头系统还包括对口器，所述对口器包括固定座、移动座以及连接所述固定座与所述移动座的连杆；所述连杆可围绕连杆与固定座的连接位置进行旋转；所述固定座包括用于限制连杆的旋转位置限位件；所述连杆围绕连杆与固定座的连接点向左旋转与限位件接触时，所述移动座的左端面在衬垫上的投影位置位于所述衬垫宽度的中心线，通过对口器的设置提升对口器系统的对口效率，且通过限位件，保证了对口器端面的位置，保证衬垫宽度中心线与焊缝重合，保证衬垫中心在完成涨紧后与钢管中心完全垂直。

本方案中，对口器通过连杆的旋转带动移动座旋转，当限位件限定连杆无法继续旋转时，移动座的端面固定，本发明管道衬垫对口器系统向管道内开进，移动座的端面与钢管坡口端面接触，该面完全处在衬垫工作面的最中心，而且误差是0.3mm，实现设备上的衬垫与管口端面相对位置的快速精确定位。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明涉及的管道衬垫内对口器系统，通过设置柔性连接系统，柔性连接机身系统与锥头系统，在提高了对口器的使用寿命，保证了锥头系统的对口精度；

2、本发明涉及的管道衬垫内对口器系统，通过第一弹性连接件的设置，保证了锥头系统与机身系统因为管道形状而产生的位置和角度偏移能够在第一弹性连接件的弹性作用下快速恢复，保证了锥头系统与机身系统的同轴，进一步对口器系统的前进速度；

3、本发明涉及的管道衬垫内对口器系统，通过前轮柔性系统的设置，满足了锥头系统在管子壁厚变化过大而不同心，以及涨缸涨紧时，钢管内壁对锥头系统产生的反作用力导致锥头系统的位移变化需求；

4、本发明涉及的管道衬垫内对口器系统，通过对口器的设置，大大降低了对口时间，提升了对口效率；

5、本发明涉及的管道衬垫内对口器系统，通过衬垫陶瓷层的设置，避免了在焊接中发生铜渗透到焊缝中而影响焊缝的力学性能，保证焊接强度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明万向节、连接板以及第一弹性连接件的连接示意图；

图3为本发明前轮柔性系统结构示意图；

图4为本发明上下柔性调节机构结构示意图；

图5为本发明连接板与前轮柔性系统连接示意图；

图6为本发明衬垫结构示意图；

图7为本发明进行管道焊接式第一涨缸、第二涨缸、衬垫的位置示意图；

图8为本发明衬垫单元结构示意图；

图9为图8本发明衬垫单元a-a剖面图；

图10为本发明衬垫本体结构示意图；

图11为本发明对口器结构示意图；

图12为本发明对口器与锥头系统的连接示意图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-机身系统、2-锥头系统、21-第一涨缸、22-第二涨缸、23-衬垫、231-衬垫本体、232-顶紧轴、233-旋转轴、234-第三弹性连接件、24-对口器、241-固定座、242-移动座、243-连杆、244限位件、3-柔性连接系统、31-万向节、32-第一弹性连接件、33-连接板、34-前轮柔性系统、341-上下柔性调节机构、3411-上下柔性调节机构本体、3412-第一关节轴承、3413-第二关节轴承、342-行走轮、343-万向十字轴、344-角度调节机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图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保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本发明公开了本发明公开了一种管道衬垫内对口器系统，包括机身系统1、锥头系统2，还包括柔性连接系统3；所述柔性连接系统3包括用于连接机身系统(1)与锥头系统2的万向节31。

在本方案中，通过设置柔性连接系统3，改变传统管道衬垫内对口器的刚性连接方式，通过柔性连接系统3连接机身系统1、锥头系统2，实现机身系统1与锥头系统2的柔性连接，通过柔性连接系统3的设置，允许锥头系统2相对于机身系统1的位置和角度偏移，大大提高了对口精度和对口后的锥头系统与钢管的同轴度，避免了因为锥头系统2与机身系统1刚性连接导致的使用寿命的问题。

实施例2

如图2-5所示，在实施例1的基础上，对本发明做了进一步限定。

柔性连接系统3还包括第一弹性连接件32、连接板33、至少2个前轮柔性系统34；所述万向节31通过连接板33连接锥头系统2；所述第一弹性连接件32的一端连接连接板33，另一端连接机身系统1，通过连接板33、第一弹性连接件32的设置，进一步保证机身系统1与锥头系统2的柔性连接强度；且通过第一弹性连接件32的设置，由于第一弹性连接件32的弹性，保证了锥头系统2与机身系统1因为管道形状而产生的位置和角度偏移能够在第一弹性连接件32的弹性作用下快速恢复，保证了锥头系统2与机身系统1的同轴，进一步对口器系统的前进速度。

优选的，所述柔性连接系统3还可以设置刚性拉杆，所述刚性拉杆连接连接板33以及机身系统1，通过刚性拉杆的设置防止在极端情况下，锥头系统2向下倾斜。

所述任意一个前轮柔性系统设置上下柔性调节机构341、行走轮342以及万向十字轴343；所述上下柔性调节机构341包括上下柔性调节机构本体3411、第一关节轴承3412、第二关节轴承3413；所述第一关节轴承3412一端连接连接板33，另一端连接上下柔性调节机构本体3411；所述第二关节轴承3413一端连接上下柔性调节机构本体3411，另一端连接行走轮342；所述第一关节轴承3412、第二关节轴承3413与上下柔性调节机构本体3411的连接端均可通过长度调节实现前轮柔性系统34的伸出高度的调节；所述万向十字轴343用于连接行走轮342与锥头系统2。

在本方案中，管道衬垫内对口器系统包括机身系统1、锥头系统2以及柔性连接系统3，所述柔性连接系统包括至少2个前轮柔性系统34，所述前轮柔性系统34结构相同，均包括上下柔性调节机构341、行走轮342以及万向十字轴343；且其中上下柔性调节机构341包括上下柔性调节机构本体3411、第一关节轴承3412、第二关节轴承3413；所述第一关节轴承3412一端连接连接板33，另一端连接上下柔性调节机构本体3411；所述第二关节轴承3413一端连接上下柔性调节机构本体3411，另一端连接行走轮342；其中第一关节轴承3412、第二关节轴承3413的长度均可调节，通过调节第一关节轴承3412的长度、第二关节轴承3413的长度实现前轮柔性系统34的伸出高度的调节；且通过上下柔性调节机构本体3411能够降低对口器系统在行进过程中产生的颠簸和晃动对对口器系统的影响；这样，通过所述通过前轮柔性系统34的设置，实现对口器系统的柔性支撑以及向前行走时导向，以防止对口器系统在管道内向前开时发生旋转。

如图4所示，作为上下柔性调节机构本体3413的具体实施方式，所述上下柔性调节机构本体3413包括多个第二弹性连接件，通过第二弹性连接件的设置，对口器系统在行进过程中产生的颠簸和晃动都可以通过该上下柔性调节机构本体的第二弹性连接件来弥补。

优选的，所述前轮柔性系统34还包括角度调节机构344；所述角度调节机构344可通过改变角度调节机构的长度实现前轮柔性系统的相对角度调节。

作为角度调节机构344的具体实施方式，所述角度调节机构344可以通过调节自身长度，实现角度调节机构344的变长或变短，从而改变前轮柔性系统34的相对角度，前轮柔性系统3434相互间形成外八字夹角，管道内壁对行走轮34的反作用力会在两组行走轮34上都往内侧产生一个分力，该分力在设备行走不偏转时，大小相等，方向相反，刚好抵消；行走时当向一方发生偏转时，另一侧的分力会变大，而对面一组轮子分力会变小，分力的差值和设备的偏转方向相反，偏转越多，分力差值越大，该分力强行引导偏转的设备偏转回正常位置，从而起到管道衬垫内对口器系统在管子内壁行走时，导向的作用，防止设备在管子里旋转。

优选的，所述角度调节机构344可为螺旋丝杆或者滑轨。

实施例3,

如图6-10所示，在实施例1的基础上，对本发明做了进一步限定。

锥头系统2包括第一涨缸21、第二涨缸22、衬垫23；所述第一涨缸21以及第二涨缸22可在涨力的作用下贴紧管道内表面；所述第一涨缸21相较于第二涨缸22靠近机身系统。通过设置第一涨缸21与第二涨缸22，保证管道焊接时两个管道的相对位置，在进行管道焊接式，第一涨缸21顶伸接接触其中一根待焊管道的内表面，第二涨缸顶22伸接接触另外一根待焊管道的内表面，实现焊接管道间的连接；所述衬垫23设置于第一涨缸21与第二涨缸22之间；所述衬垫23可在涨力的作用下贴紧管道内表面；当所述衬垫23可在涨力的作用下升高时，衬垫23贴紧焊缝，以控制打底焊时背面焊缝的成型质量，提高打底焊的焊接效率和焊接质量。

如图6-8所示，衬垫23包括多个衬垫单元；所述衬垫单元包括衬垫本体231、顶紧轴232、旋转轴233；所述衬垫本体231间的连接面为斜面；所述顶紧轴232顶紧衬垫本体231为衬垫本体231沿旋转轴233的旋转提供动力。顶紧轴232中设置弹性组件，该弹性组件为压缩状态，顶紧轴顶住衬垫本体231，为衬垫本体231的旋转提供动力。当衬垫23的外径大小需要发生变化时，衬垫单元间的相对距离发生变化，顶紧轴232顶住衬垫本体231发生旋转，通过旋转改变衬垫单元间斜边的接触位置，从而改变衬垫23的外径大小，直到衬垫本体231斜面和另一组衬垫本体231斜面接触受相同大小的反向力旋转停止，衬垫23的外径大小固定。

优选的，所述衬垫23在自然状态下高度高于所述第二涨缸22在自然状态下的高度；所述衬垫单元还包括第三弹性连接件234，通过所述第三弹性连接件234可在涨力的作用下压缩衬垫23的高度。衬垫23连接第二涨缸22，衬垫23可在第二涨缸22贴近管道内表面时同时贴近管道内表面，且衬垫23在自然状态下高度高于所述第二涨缸22在自然状态下的高度，并设置第三弹性连接件234，通过第三弹性连接件234以及衬垫23的高度设置，保证了衬垫23与管道内管壁贴合的紧密度且保证了顶升的一致性，能够同时实现涨缸的顶升和衬垫的定位。

优选的，所述衬垫本体231靠近管道内表面的面为凹槽结构，所述凹槽结构凹槽内部设置陶瓷层，所述陶瓷层的高度低于凹槽高度。通过陶瓷层的设置，解决传统铜衬垫内对口器，在焊接时容易发生铜渗透到焊缝中而影响焊缝力学性能，且陶瓷层未与焊缝两侧钢管直接接触，保证了陶瓷层的使用寿命。

实施例4

如图11-12所示，在实施例3的基础上，对本发明做了进一步限定。

所述锥头系统2包括对口器24，所述对口器24包括固定座241、移动座242以及连接所述固定座241与所述移动座的连杆243；所述连杆243可围绕连杆243与固定座241的连接位置进行旋转；所述固定座241包括用于限制连杆243的旋转位置限位件244；所述连杆243围绕连杆243与固定座241的连接点向左旋转与限位件244接触时，所述移动座242的左端面在衬垫上的投影位置位于所述衬垫23宽度的中心线，通过对口器24的设置提升对口器系统的对口效率，且通过限位件244，保证了对口器端面的位置，保证衬垫23宽度中心线与焊缝重合，保证衬垫23中心在完成涨紧后与钢管中心完全垂直。

本方案中，对口器24通过连杆243的旋转带动移动座242旋转，当限位件244限定连杆243无法继续旋转时，移动座242的端面固定，本发明管道衬垫对口器系统向管道内开进，移动座242的端面与钢管坡口端面接触，该面完全处在衬垫23工作面的最中心，而且误差是0.3mm，实现设备上的衬垫24与管口端面相对位置的快速精确定位。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。