一种立管管内缺陷焊接维修装置的制作方法

1.本发明属于海洋油田立管技术领域，具体地，涉及一种立管管内缺陷焊接维修装置。


背景技术：

2.海洋立管是连接平台与海底生产系统的咽喉要道，随着海上油田的不断开发，海底油井管道已经成为重要的开发设施，立管长期服役于恶劣的海洋环境中，承受复杂载荷与腐蚀介质的综合作用，受风浪流和悬空作用的影响显著，易于发生破坏，导致立管时刻面临着疲劳，磨损，断裂等风险，严重情况下会直接威胁设备和人身安全、造成巨大经济损失。为了维护海洋立管的早期疲劳损伤，工程中往往需要对其定期进行维修。
3.目前对海洋立管常规的维修手段主要有两种：一种是通过整体更换立管完成缺陷修复，这种维修方法投入人员多，设备多，耗时长，甚至会动用浮吊船舶资源，项目成本高，经济性差。
4.另一种是利用机械连接器进行维修，机械连接器一端通过紧固机械连接器本身螺栓，压紧连接器内部密封橡胶使其与管道连接，且连接器带有试压孔连接密封腔，可通过试压泵检测连接器密封与管道的连接是否良好。机械连接器另一端为法兰面，可根据与之相连的任意法兰标准，机加工成相适应的法兰进行配套连接。然而，现有的机械连接器对早期海洋立管的维修存在明显不足。例如，机械连接器只能用于无焊接管线的更换和安装，机械连接器下端与平台现有立管的连接和上部法兰端口与预制立管段的法兰的对接都需要潜水员水下作业，这对潜水员要求较高，且增加了潜水员的安全风险。


技术实现要素：

5.针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种立管管内缺陷焊接维修装置，该立管管内缺陷焊接维修装置集焊前清理、焊接与焊后检验功能于一体，其位置精度高、响应速度快，并能够远程实时监控整个作业流程。此外，立管管内缺陷焊接维修装置在作业过程中能够避免振动，维修过程稳定高效。
6.为此，根据本发明提供了一种立管管内缺陷焊接维修装置，包括：焊接打磨模块，所述焊接打磨模块包括焊接单元和打磨单元，所述焊接单元和所述打磨单元均能够沿竖直方向和水平方向调节；设置在所述焊接打磨模块的上端的涨紧模块；设置在所述焊接打磨模块的下端的支撑模块；以及用于控制立管管内缺陷焊接维修装置工作的控制系统；其中，所述立管管内缺陷焊接维修装置能够下入待维修立管内，直至下入至待维修区域，并通过所述控制系统控制所述涨紧模块和所述支撑装置，使得所述涨紧模块和所述支撑模块与所述待维修立管的内壁抵靠接触，以对所述立管管内缺陷焊接维修装置形成定位，进而通过所述控制系统控制所述焊接单元和所述打磨单元依次对所述待维修立管进行维修作业。
7.在一个实施例中，所述焊接打磨模块的上端通过若干在周向上均布的第一连接轴与所述涨紧模块形成连接，所述焊接打磨模块的下端通过若干在周向上均布的第二连接轴
与所述支撑模块形成连接。
8.在一个实施例中，所述焊接打磨模块还包括导柱滑板和至少两根用于安装所述导柱滑板的支撑轴，所述焊接单元和所述打磨单元分别安装在所述导柱滑板的上端面和下端面上，所述导柱滑板构造成能够沿所述支撑轴运动，从而调整所述焊接单元和所述打磨单元的竖向位置。
9.在一个实施例中，所述焊接单元包括：固定在所述导柱滑板的上端面的焊枪调整滑座；安装在所述焊枪调整滑座上的焊枪头；以及固定在所述导柱滑板的上端面的焊丝输送机构，所述焊丝输送机构用于向所述焊枪头输送焊丝；其中，所述焊枪头通过第一连接机构与所述焊枪调整滑座连接，所述焊枪调整滑座构造成能够沿径向调节所述焊枪头的位置，以对待维修立管的内壁进行焊接处理。
10.在一个实施例中，所述打磨单元包括固定在所述导柱滑板的下端面的打磨调整滑座，以及安装在所述打磨调整滑座上的打磨头，所述打磨头通过第二连接机构与所述打磨调整滑座连接，所述打磨调整滑座构造成能够沿径向调节所述打磨头的位置，以对待维修立管的内壁进行打磨处理。
11.在一个实施例中，在所述焊接打磨模块与所述涨紧模块之间设有伺服回转机构，所述伺服换回转机构的上端与所述涨紧模块转动连接，而下端与所述导柱滑板固定连接，通过所述伺服回转机构能够驱动所述焊接打磨模块转动，以调节所述焊枪头和所述打磨头的角度。
12.在一个实施例中，还包括视频监控系统，所述视频监控系统包括环境监控单元、焊接监控单元和打磨监控单元，操作人员通过所述视频监控系统能够远程实时监控焊接和打磨作业，
13.在所述焊接单元的上方设有支撑架，所述支撑架与所述支撑轴适配连接，所述环境监控单元和所述焊接监控单元固定连接在所述支撑架的下端，所述打磨监控单元与所述第二连接机构固定连接。
14.在一个实施例中，所述涨紧模块包括：气动卡盘，在所述气动卡盘的上端设有若干卡爪，若干所述卡爪在周向上均布且沿径向向外伸出；连接在所述气动卡盘的下端的过渡盘，所述过渡盘与所述气动卡盘转动连接，所述伺服回转机构的上端与所述过渡盘固定连接；以及若干沿周向均布设置在所述气动卡盘的上端的第一导向组件，若干所述第一导向组件分别交替设置在所述卡爪的周向之间；其中，所述第一导向组件能够在下放过程中对所述立管管内缺陷焊接维修装置形成导向，所述气动卡盘能够驱动所述卡爪沿径向运动以与待维修立管的内壁抵靠接触，从而所述立管管内缺陷焊接维修装置形成轴向定位。
15.在一个实施例中，所述支撑模块包括：旋转接头；连接在所述旋转接头的上端的转动板组件，所述转动板组件与所述焊接打磨模块形成转动连接；固定连接在所述旋转接头的下端的底板，在所述底板上设有若干气爪，若干所述气爪在周向上均布且沿径向向外伸出；以及若干沿周向均布设置在所述底板上的第二导向组件，若干所述第二导向组件分别交替设置在所述气爪的周向之间；其中，所述第二导向组件能够在下放过程中对所述立管管内缺陷焊接维修装置形成导向，所述气爪能够沿径向运动以与待维修立管的内壁抵靠接触，从而所述立管管内缺陷焊接维修装置形成轴向定位。
16.在一个实施例中，所述转动板组件包括与所述支撑轴固定连接的固定连接板和与
所述旋转接头固定连接的转动板，所述转动板与所述固定连接板转动连接。
17.与现有技术相比，本技术的优点之处在于：
18.根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置集焊前清理、焊接与焊后检验功能于一体，其位置精度高、响应速度快。并且能够通过视频监控系统远程实时监控整个作业流程，操作方便，作业效率高，这能够避免作业人员潜入海中作业，能够有效保障作业人员的安全。立管管内缺陷焊接维修装置通过第一导向组件和第二导向组件共同作用，以对立管管内缺陷焊接维修装置形成导向。这非常有利于下放立管管内缺陷焊接维修装置，大大提高了下放效率。同时，通过涨紧模块和支撑模块中的卡爪和气爪共同对立管管内缺陷焊接维修装置形成轴向定位，能够大大提高了立管管内缺陷焊接维修装置的定位效果，非常有利于提高管管内缺陷焊接维修装置作业的稳定性。立管管内缺陷焊接维修装置在作业过程中能够避免振动，维修过程稳定高效。
附图说明
19.下面将参照附图对本发明进行说明。
20.图1显示了根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置的结构。
21.图2显示了图1所示立管管内缺陷焊接维修装置中的涨紧模块的结构。
22.图3显示了图1所示立管管内缺陷焊接维修装置中的焊接打磨模块的结构。
23.图4显示了图1所示立管管内缺陷焊接维修装置中的支撑模块的结构。
24.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
25.下面通过附图来对本发明进行介绍。
26.在本发明中，需要说明的是，将根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置下放入立管中时靠近管口的一端定义为上端，而将远离管口的一端定义为下端。
27.图1显示了根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置100的结构。如图1所示，立管管内缺陷焊接维修装置100包括涨紧模块1、设置在涨紧模块1的下端的焊接打磨模块2、设置在焊接打磨模块2的下端的支撑模块3，以及用于控制涨紧模块1、焊接打磨模块2和支撑模块3工作的控制系统(未示出)。焊接打磨模块2包括焊接单元21和打磨单元22，焊接单元21和打磨单元22构造成能够沿竖直方向和水平方向调节。立管管内缺陷焊接维修装置100能够下入待维修立管内，直至下入至待维修区域后，通过控制系统控制涨紧模块1和支撑装置2，使得涨紧模块1和支撑模块2与待维修立管的内壁抵靠接触，以对立管管内缺陷焊接维修装置100形成轴向定位，进而通过控制系统控制焊接单元21和打磨单元22分别对待维修立管进行焊接处理和打磨处理，从而进行维修作业。立管管内缺陷焊接维修装置100位置精度高、响应速度快，能够满足焊接的需要，并且维修过程稳定高效。
28.在一个实施例中，立管管内缺陷焊接维修装置100可以通过绞车钢丝绳的牵引实现管内的移动，从而下入立管中。
29.根据本发明，焊接打磨模块2的上端通过若干在周向上均布的第一连接轴4与涨紧模块1形成连接，焊接打磨模块2的下端通过若干在周向上均布的第二连接轴5与支撑模块3
形成连接。
30.如图2所示，涨紧模块1包括气动卡盘11、连接在气动卡盘11的下端的过渡盘13，以及若干沿周向均布设置在气动卡盘11的上端的第一导向组件14。在气动卡盘11的上端还设有若干卡爪12，若干卡爪12在周向上均布且沿径向向外伸出。若干第一导向组件14分别交替设置在相邻的卡爪12的周向之间。气动卡盘11能够通过气动驱动方式驱动卡爪12沿径向运动。卡爪12采用外涨的方式完成立管管内缺陷焊接维修装置100与立管之间的定位，通过调整卡爪12的伸出行程，以达到适应不同管径立管定位的需求。在下放过程中，卡爪12处于缩回状态。在到达待维修立管的待维修区域时，卡爪12径向向外伸出直至与待维修立管的内壁面抵靠接触，从而对立管管内缺陷焊接维修装置100形成轴向定位。
31.过渡盘13与气动卡盘11转动连接。例如过渡盘13与气动卡盘11可以通过轴承形成转动连接。
32.在一个实施例中，卡爪12例如构造成包括固定块以及与固定块适配的活动块，固定块与气动卡盘11的上端面固定连接。活动块能够沿固定块在径向方向上伸出或缩回。优选地，采用气动驱动方式驱动活动块沿固定块运动。采用气动卡盘11实现立管管内缺陷焊接维修装置100在管道内壁的涨紧，对于涨紧而言，气动不仅简单有效，而且因为气体的可压缩性可以避免电机涨紧可能导致的电流过载等问题。
33.在一个实施例中，第一导向组件14例如可以构造成包括固定板和安装在固定板的径向外侧的导向轮。导向轮相对于气动卡盘11径向向外伸出。在将立管管内缺陷焊接维修装置100下入待维修立管中的过程中，卡爪12处于缩回状态，其外径小于第一导向组件14的外径，导向轮能够与待维修立管的内壁接触，从而对立管管内缺陷焊接维修装置100形成导向。这有利于下放立管管内缺陷焊接维修装置100。
34.如图3所示，焊接打磨模块2还包括导柱滑板23和至少两根用于安装导柱滑板23的支撑轴24，焊接单元21和打磨单元22分别安装在导柱滑板23的上端面和下端面上。导柱滑板23优选构造成圆形板状结构。在图3所示实施例中，焊接打磨模块2设有两根支撑轴24，两根支撑轴24沿导向滑板23的径向对称分布。导柱滑板23构造成能够沿支撑轴24运动，从而调整焊接单元21和打磨单元22的竖向位置。
35.根据本发明，如图3所示，焊接单元21包括焊枪调整滑座211、安装在焊枪调整滑座211上的焊枪头212，以及焊丝输送机构213。焊枪调整滑座211和焊丝输送机构213分别固定连接在导柱滑板23的上端面上。焊枪头212水平安装在焊枪调整滑座211上。例如，焊枪调整滑座211和焊丝输送机构213可以通过螺栓螺母组件与导柱滑板23固定连接。焊丝输送机构213用于向焊枪头211输送焊丝，以进行焊接作业。
36.在本实施例中，焊枪头212固定在焊枪调整滑座211上。焊枪调整滑座211构造成能够调节焊枪头212的径向位置，以使焊枪头212能够对待维修立管的内壁的不同位置进行焊接处理。
37.在一个实施例中，导柱滑板23可以通过精密减速机和高精度齿轮机构传动以完成稳定的轴向回转运动。具体为，控制安装在伺服导柱滑板23上的焊接打磨模块2沿立管轴线上下精确运动，从而实现焊枪头212轴向寻位及更换焊道等功能。并且，通过焊枪调整滑座211的精确调整运动，可完成焊接时的进枪、退枪，起弧和收弧的精确控制以及焊枪的径向跟踪。
38.根据本发明，如图3所示，打磨单元22打磨调整滑座221和安装在打磨调整滑座221上的打磨头222，打磨调整滑座221固定在导柱滑板23的下端面上。打磨头22固定在打磨调整滑座211上。打磨调整滑座221构造成能够调节打磨头222的径向位置，以使打磨头222能够对待维修立管的内壁的不同位置进行打磨处理。
39.在一个实施例中，打磨头222的高速旋转也采用气动驱动方式，与电机驱动相比，气体的可压缩性可以大幅度减小电机高速旋转打磨立管内壁时产生的振动。这能够有效提高立管管内缺陷焊接维修装置100在作业过程中的稳定性。
40.根据本发明，在焊接打磨模块2与涨紧模块1之间设有伺服回转机构6。伺服换回转机构6的上端与涨紧模块1形成转动连接，而伺服换回转机构6的下端与焊接打磨模块2中的导柱滑板23固定连接。其中，伺服换回转机构6的上端与涨紧模块1中的过渡盘13固定连接。在一个实施例中，过渡盘13设有内孔螺纹，伺服换回转机构6的上端与内螺纹孔适配而与过渡盘13固定连接。由于过渡盘13与气动卡盘11转动连接，从而使伺服换回转机构6与涨紧模块1形成转动连接。立管管内缺陷焊接维修装置100通过伺服回转机构6能够驱动焊接打磨模块2转动，以调节焊枪头212和打磨头222的角度，从而水平调整焊枪头212和打磨头222的位置。
41.根据本发明，立管管内缺陷焊接维修装置100还包括视频监控系统，视频监控系统包括环境监控单元71和焊接监控单元72，以及打磨监控单元73。环境监控单元71用于监控立管内的环境情况，以寻找确认立管内需要维修的区域。焊接监控单元72用于监控焊接单元21的实时状态以及焊接作业施工进程。打磨监控单元73用于监控打磨单元22的实时状态以及打磨作业施工进程。在作业过程中，操作人员通过视频监控系统能够远程实时监控各个作业单元的实时状态，并实时监控焊接作业和打磨作业施工。
42.在本实施例中，在焊接单元21的上方设有支撑架，支撑架与支撑轴24适配连接。环境监控单元71和焊接监控单元72固定连接在支撑架的下端。打磨监控单元73与第二连接机构固定连接，从而连接在打磨调整滑座211上。
43.在一个实施例中，环境监控单元71和焊接监控单元72，以及打磨监控单元73可以采用工业高清摄影相机。
44.根据本发明，如图4所示，支撑模块3包括旋转接头31、连接在旋转接头31的上端的转动板组件32、固定连接在旋转接头31的下端的底板33，以及若干沿周向均布设置在底板33上的第二导向组件35。在底板33上还设有若干气爪34，若干气爪34在周向上均布且沿径向向外伸出。若干第二导向组件35分别交替设置在相邻的气爪34的周向之间。在下放过程中，气爪34处于缩回状态。在到达待维修立管的待维修区域时，气爪34径向向外伸出直至与待维修立管的内壁面抵靠接触，从而对立管管内缺陷焊接维修装置100形成轴向定位。
45.转动板组件32构造成与焊接打磨模块2形成转动连接。在一个实施例中，转动板组件32包括与支撑轴24固定连接的固定连接板321和与旋转接头31固定连接的转动板322，转动板322与固定连接板321转动连接。转动板322与固定连接板321例如可以采用轴承形成转动连接。
46.在一个实施例中，气爪34可以构造成与卡爪12相同。例如，气爪34构造成包括固定块以及与固定块适配的活动块，固定块与底板33的上端面固定连接。活动块能够沿固定块在径向方向上伸出或缩回。优选地，采用气动驱动方式驱动活动块沿固定块运动。
47.在一个实施例中，第二导向组件35可以构造成与第一导向组件14相同。例如，第二导向组件35包括固定板和安装在固定板的径向外侧的导向轮。导向轮相对于底板33径向向外伸出。在将立管管内缺陷焊接维修装置100下入待维修立管中的过程中，气爪34处于缩回状态，其外径小于第二导向组件35的外径，导向轮能够与待维修立管的内壁接触，从而对立管管内缺陷焊接维修装置100形成导向。这有利于下放立管管内缺陷焊接维修装置100。
48.下面简述根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置100的工作过程。在作业过程中，首先，通过绞车钢丝绳的牵引下放立管管内缺陷焊接维修装置100时，在下放过程中，卡爪12和气爪34均处于缩回状态，涨紧模块1中的第一导向组件14和支撑模块3中的第二导向组件35均能够与待维修立管的内壁接触，从而通过第一导向组件14和第二导向组件35共同作用，以对立管管内缺陷焊接维修装置100形成导向。这非常有利于下放立管管内缺陷焊接维修装置100，大大提高下放效率。
49.在下放过程中，通过环境监控系统71观察确认待维修立管的待维修区域。
50.在将立管管内缺陷焊接维修装置100下放到达待维修立管的待维修区域时，通过控制系统控制气动管线系统驱动卡爪12和气爪34同时径向向外伸出直至与待维修立管的内壁面抵靠接触，从而通过涨紧模块1和支撑模块3共同对立管管内缺陷焊接维修装置100形成轴向定位。这能够大大提高了立管管内缺陷焊接维修装置100的定位效果，非常有利于提高管管内缺陷焊接维修装置100作业的稳定性。
51.将立管管内缺陷焊接维修装置100定位好后，通过控制系统控制焊接打磨模块2中的焊接单元21和打磨单元22分别对待维修区域进行焊接处理和打磨处理，直至完成维修。
52.之后，通过控制系统控制涨紧模块和支撑模块3中的卡爪12和气爪34缩回，接触对立管管内缺陷焊接维修装置100的轴向定位，继续下行，以对下一处待维修区域进行维修。直至整个待维修立管完成维修作业，通过绞车钢丝绳的牵引提出立管管内缺陷焊接维修装置100。
53.根据本发明的立管管内缺陷焊接维修装置100集焊前清理、焊接与焊后检验功能于一体，其位置精度高、响应速度快。并且能够通过视频监控系统远程实时监控整个作业流程，操作方便，作业效率高，这能够避免作业人员潜入海中作业，能够有效保障作业人员的安全。立管管内缺陷焊接维修装置100通过第一导向组件14和第二导向组件35共同作用，以对立管管内缺陷焊接维修装置100形成导向。这非常有利于下放立管管内缺陷焊接维修装置100，大大提高了下放效率。同时，通过涨紧模块1和支撑模块3中的卡爪12和气爪34共同对立管管内缺陷焊接维修装置100形成轴向定位，能够大大提高了立管管内缺陷焊接维修装置100的定位效果，非常有利于提高管管内缺陷焊接维修装置100作业的稳定性。立管管内缺陷焊接维修装置100在作业过程中能够避免振动，维修过程稳定高效。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、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的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。