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水 下管道干式自动焊接方法和焊接装置

阅读：520发布：2023-01-23

专利汇可以提供水下管道干式自动焊接方法和焊接装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种水下管道干式自动焊接方法和焊接装置，包括有开合的齿圈及卡爪、可开合的抱紧工作舱、密闭工作舱室，在密闭工作舱室内充有高压气体并安装有一个或多于一个可沿管道轴向和径向移动的滑台，在滑台上安装有焊枪及其它功能组件，在工作时，抱紧工作舱和密闭工作舱室均充有高压气体，形成干式工作环境，可在干式工作环境下，实现在线测量、焊接过程监控、焊前坡口铣削、焊前焊后超声探伤、焊后焊缝防腐处理等各项工作，大大提升了水下焊接施工和水下修复的可行性、可靠性和焊接质量，大大提高了施工效率。，下面是水下管道干式自动焊接方法和焊接装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下管道干式自动焊接方法，包括吊架、脐带缆、焊枪，其特征在于：吊架两端的吊架端板(3)均固装有不少于两瓣的、可开合的齿圈(9c、9b、9a)，齿圈(9b、9a)由抱紧驱动缸(11)负责驱动开合，齿圈内固装有卡爪(10c、10b、10a)，卡爪在抱紧管道时可将吊架和管道紧固在一起，两端齿圈内侧端面有圆弧轨道(17)，在两端齿圈间有不少于两瓣的、圆弧形的、可开合的抱紧工作舱(8c、8b、8a)，在其中一瓣抱紧工作舱上固装有主动齿轮(6)、驱动系统固定架板(7)和圆周转动驱动系统(5)，在抱紧工作舱上固装有滚轮轴杆(10c、10b、
10a)，滚轮轴杆(10c、10b、10a)两端均有滚轮(16)，滚轮(16)可以在齿圈闭合时在两端齿圈内侧端面的圆弧轨道(17)内滚动，在抱紧工作舱轴向两端端部固装有密封条(13c、13b、
13a)，在不少于两瓣的抱紧工作舱的其中一瓣或多于一瓣上固装有密闭工作舱室(14)，密闭工作舱室与脐带缆(2)密封连接，在密闭工作舱室内充有大于水深压力的高压气体，密闭工作舱室区(E)始终处于干式工作环境，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有舱室舱门(18)，由舱门驱动缸(19)驱动舱门开闭，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有电动控制阀(28)控制通闭，在密闭工作舱室内安装有一个或多于一个可沿管道轴向和径向移动的滑台(20、22、24、
26)，在滑台上安装有焊枪及送丝机构功能组件(33)和其它功能组件，在抱紧状态下，密闭工作舱室电动控制阀(28)开通，密闭工作舱室内高压气体进入抱紧工作舱，将其内的水沿抱紧工作舱轴向两端部密封条处挤出、排尽，使抱紧工作舱区(F)形成干式工作环境，然后打开密闭工作舱室舱门，通过各个驱动系统(21、23、25、27)驱动，使焊枪及送丝机构功能组件(33)和其它功能组件移动至在舱室舱门合适位置处，进行焊接或相应工作，可实现轴向移动工作，通过圆周转动驱动系统(5)驱动主动齿轮(6)、主动齿轮在齿圈上滚动和各个滚轮(16)沿圆弧轨道(17)的转动，可实现整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室(14)整个圆周360°的旋转运动，也就是实现舱门处焊枪及送丝机构功能组件(33)和其它功能组件整个圆周360°的旋转运动，实现沿整个圆周360°的转动工作。
2.根据权利要求1所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的驱动主动齿轮(6)在齿圈上滚动、从而带动整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室(14)沿整个圆周360°旋转运动的圆周转动驱动系统(5)为密闭伺服减速电机或液压马达。
3.根据权利要求1所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的抱紧驱动缸(11)和舱门驱动缸(19)为气缸或液压油缸。
4.根据权利要求1所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的在滑台上安装的其它功能组件为摄像监控测量功能组件(32)、铣削加工功能组件(30)、超声探伤功能组件(29)、焊后防腐处理功能组件(31)。
5.根据权利要求1所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的在密闭工作舱室内驱动各滑台(20、22、24、26)轴向、径向移动的各驱动系统为伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。
6.一种水下管道干式自动焊接装置，包括吊架、脐带缆、焊枪，其特征在于：吊架两端的吊架端板(3)均固装有不少于两瓣的、可开合的齿圈(9c、9b、9a)，齿圈(9b、9a)由抱紧驱动缸(11)负责驱动开合，齿圈内固装有卡爪(10c、10b、10a)，卡爪在抱紧管道时可将吊架和管道紧固在一起，两端齿圈内侧端面有圆弧轨道(17)，在两端齿圈间有不少于两瓣的、圆弧形的、可开合的抱紧工作舱(8c、8b、8a)，在其中一瓣抱紧工作舱上固装有主动齿轮(6)、驱动系统固定架板(7)和圆周转动驱动系统(5)，在抱紧工作舱上固装有滚轮轴杆(10c、10b、
10a)，滚轮轴杆(10c、10b、10a)两端均有滚轮(16)，滚轮(16)可以在齿圈闭合时在两端齿圈内侧端面的圆弧轨道(17)内滚动，在抱紧工作舱轴向两端端部固装有密封条(13c、13b、
13a)，在不少于两瓣的抱紧工作舱的其中一瓣或多于一瓣上固装有密闭工作舱室(14)，密闭工作舱室与脐带缆(2)密封连接，在密闭工作舱室内充有大于水深压力的高压气体，密闭工作舱室区(E)始终处于干式工作环境，在密闭工作舱室内安装有一个或多于一个可沿管道轴向和径向移动的滑台(20、22、24、26)，在滑台上安装有焊枪及送丝机构功能组件(33)和其它功能组件，焊枪及送丝机构功能组件(33)或其它功能组件在舱门打开状态下，在被移动到舱门口处，进行焊接或相应工作，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有舱室舱门(18)，由舱门驱动缸(19)驱动舱门开闭，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有电动控制阀(28)控制通闭，在抱紧状态下，齿圈闭合，通过圆周转动驱动系统(5)驱动主动齿轮(6)，主动齿轮在齿圈上滚动并带动各个滚轮(16)沿圆弧轨道(17)的转动，可实现整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)整个圆周360°的旋转运动，同时，在抱紧工作状态下，密闭工作舱室通过电动控制阀(28)开通，向抱紧工作舱充高压气体，使抱紧工作舱区(F)形成干式工作环境。
7.根据权利要求6所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的驱动主动齿轮(6)在齿圈上滚动、从而带动整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室沿整个圆周360°旋转运动的圆周转动驱动系统(5)为密闭伺服减速电机或液压马达。
8.根据权利要求6所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的抱紧驱动缸(11)和舱门驱动缸(19)为气缸或液压油缸。
9.根据权利要求6所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的在滑台上安装的其它功能组件为摄像监控测量功能组件(32)、铣削加工功能组件(30)、超声探伤功能组件(29)、焊后防腐处理功能组件(31)。
10.根据权利要求6所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的在密闭工作舱室内驱动各滑台(20、22、24、26)轴向、径向移动的各驱动系统为伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。

说明书全文

水 下管道干式自动焊接方法和焊接装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水下管道干式自动焊接方法和焊接装置，属于水下焊接和水下修复装备领域。

背景技术

[0002] 随着海洋油气资源的开发和海底管道输送的采用，水下焊接施工和水下设备、设施焊接修复技术得到广泛关注，现有技术方法，有将焊接件置于密封罩内，将罩内水排尽进行焊接，有CN102179599B和CN101254563B介绍的采用局部罩，通过高压气排尽焊接处局部罩内水，产生局部干式环境进行焊接，这些水下焊接装置和焊接方法，要么工程量大，要么仅适用于手工作业，要么自动化程度低、劳动强度高，要么焊接质量不稳定，这种局部罩式干式焊接方法，无法实现始终在干式环境下完成整条焊缝的焊接，也无法实现始终在干式环境下沿整个圆周的自动焊接，无法实现始终在干式环境下对焊缝进行检测和防腐处理，因此，开发一种始终在干式环境下、可沿管道轴向和整个圆周进行连续焊接、可实现焊前焊口处理和焊后焊缝检测、可实现焊后防腐处理的水下管道干式自动焊接装置具有十分重大现实意义。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种水下管道干式自动焊接方法和焊接装置，该水下焊接方法和焊接装置可以实现加工区域从开始加工到焊接完成始终处于干式工作环境，可以在干式环境下实现沿管道轴向和沿整个圆周周线连续自动焊接，可在干式环境下实现加工监控测量、焊口加工处理、焊后焊缝探伤和焊后焊缝防腐处理。

[0004] 本发明的上述目的是这样实现的：一种水下管道干式自动焊接方法，包括吊架、脐带缆、焊枪，其特征在于：吊架两端的吊架端板3均固装有不少于两瓣的、可开合的齿圈(9c、9b、9a)，齿圈(9b、9a)由抱紧驱动缸11负责驱动开合，齿圈内固装有卡爪(10c、10b、10a)，卡爪在抱紧管道时可将吊架和管道紧固在一起，两端齿圈内侧端面有圆弧轨道17，在两端齿圈间有不少于两瓣的、圆弧形的、可开合的抱紧工作舱(8c、8b、8a)，在其中一瓣抱紧工作舱上固装有主动齿轮6、驱动系统固定架板7和圆周转动驱动系统5，在抱紧工作舱上固装有滚轮轴杆(10c、10b、10a)，滚轮轴杆(10c、10b、10a)两端均有滚轮16，滚轮16可以在齿圈闭合时在两端齿圈内侧端面的圆弧轨道17内滚动，在抱紧工作舱轴向两端端部固装有密封条(13c、13b、13a)，在不少于两瓣的抱紧工作舱的其中一瓣或多于一瓣上固装有密闭工作舱室14，密闭工作舱室与脐带缆2密封连接，在密闭工作舱室内充有大于水深压力的高压气体，密闭工作舱室区E始终处于干式工作环境，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有舱室舱门
18，由舱门驱动缸19驱动舱门开闭，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有电动控制阀28控制通闭，在密闭工作舱室内安装有一个或多于一个可沿管道轴向和径向移动的滑台(20、22、24、
26)，在滑台上安装有焊枪及送丝机构功能组件33和其它功能组件，在抱紧状态下，密闭工作舱室电动控制阀28开通，密闭工作舱室内高压气体进入抱紧工作舱，将其内的水沿抱紧工作舱轴向两端部密封条处挤出、排尽，使抱紧工作舱区F形成干式工作环境，然后打开密闭工作舱室舱门，通过各个驱动系统(21、23、25、27)驱动，使焊枪及送丝机构功能组件33和其它功能组件移动至在舱室舱门合适位置处，进行焊接或相应工作，可实现轴向移动工作，通过圆周转动驱动系统5驱动主动齿轮6、主动齿轮在齿圈上滚动和各个滚轮16沿圆弧轨道
17的转动，可实现整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室14整个圆周360°的旋转运动，也就是实现舱门处焊枪及送丝机构功能组件33和其它功能组件整个圆周360°的旋转运动，实现沿整个圆周360°的转动工作。

[0005] 所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的驱动主动齿轮6在齿圈上滚动、从而带动整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室14沿整个圆周360°旋转运动的圆周转动驱动系统5为密闭伺服减速电机或液压马达。

[0006] 所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的抱紧驱动缸11和舱门驱动缸19为气缸或液压油缸。

[0007] 根据权利要求1所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的在滑台上安装的其它功能组件为摄像监控测量功能组件32、铣削加工功能组件30、超声探伤功能组件29、焊后防腐处理功能组件31。

[0008] 所述的一种水下管道干式自动焊接方法，其特征在于：所述的在密闭工作舱室内驱动各滑台(20、22、24、26)轴向、径向移动的各驱动系统为伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。

[0009] 一种水下管道干式自动焊接装置，包括吊架、脐带缆、焊枪，其特征在于：吊架两端的吊架端板3均固装有不少于两瓣的、可开合的齿圈(9c、9b、9a)，齿圈(9b、9a)由抱紧驱动缸11负责驱动开合，齿圈内固装有卡爪(10c、10b、10a)，卡爪在抱紧管道时可将吊架和管道紧固在一起，两端齿圈内侧端面有圆弧轨道17，在两端齿圈间有不少于两瓣的、圆弧形的、可开合的抱紧工作舱(8c、8b、8a)，在其中一瓣抱紧工作舱上固装有主动齿轮6、驱动系统固定架板7和圆周转动驱动系统5，在抱紧工作舱上固装有滚轮轴杆(10c、10b、10a)，滚轮轴杆(10c、10b、10a)两端均有滚轮16，滚轮16可以在齿圈闭合时在两端齿圈内侧端面的圆弧轨道17内滚动，在抱紧工作舱轴向两端端部固装有密封条(13c、13b、13a)，在不少于两瓣的抱紧工作舱的其中一瓣或多于一瓣上固装有密闭工作舱室14，密闭工作舱室与脐带缆2密封连接，在密闭工作舱室内充有大于水深压力的高压气体，密闭工作舱室区E始终处于干式工作环境，在密闭工作舱室内安装有一个或多于一个可沿管道轴向和径向移动的滑台(20、22、24、26)，在滑台上安装有焊枪及送丝机构功能组件33和其它功能组件，焊枪及送丝机构功能组件33或其它功能组件在舱门打开状态下，在被移动到舱门口处，进行焊接或相应工作，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有舱室舱门18，由舱门驱动缸19驱动舱门开闭，密闭工作舱室与抱紧工作舱间有电动控制阀28控制通闭，在抱紧状态下，齿圈闭合，通过圆周转动驱动系统5驱动主动齿轮6，主动齿轮在齿圈上滚动并带动各个滚轮16沿圆弧轨道17的转动，可实现整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)整个圆周360°的旋转运动，同时，在抱紧工作状态下，密闭工作舱室通过电动控制阀28开通，向抱紧工作舱充高压气体，使抱紧工作舱区F形成干式工作环境。

[0010] 所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的驱动主动齿轮6在齿圈上滚动、从而带动整个抱紧工作舱(8c、8b、8a)及密闭工作舱室沿整个圆周360°旋转运动的圆周转动驱动系统5为密闭伺服减速电机或液压马达。

[0011] 所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的抱紧驱动缸11和舱门驱动缸19为气缸或液压油缸。

[0012] 所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的在滑台上安装的其它功能组件为摄像监控测量功能组件32、铣削加工功能组件30、超声探伤功能组件29、焊后防腐处理功能组件31。

[0013] 所述的一种水下管道干式自动焊接装置，其特征在于：所述的在密闭工作舱室内驱动各滑台(20、22、24、26)轴向、径向移动的各驱动系统为伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。

[0014] 本发明的一种水下管道干式自动焊接方法和焊接装置，具有如下有益的效果：

[0015] 首先，该水下管道干式自动焊接方法和焊接装置的焊枪、送丝机构等主要装备均始终处在全干式工作环境，在抱紧工作时，整条焊缝从开始焊接到焊接完成始终处在由高压气体排尽水的全干式的抱紧工作舱内，可以确保焊接设备的可靠性，可以确保焊缝的焊接质量；第二，在整条焊缝从开始焊接到焊接完成始终处在全干式的工作环境情况下，可以实现沿管道轴向和沿整个圆周方向上连续自动焊接；第三，在整条焊缝从开始焊接到焊接完成始终处在全干式的工作环境情况下，通过在密闭工作舱室内功能组件安装滑台上安装各种功能组件，在全干式工作环境下，可实现在线测量、焊接过程监控、焊前坡口铣削、焊前焊后超声探伤、焊后焊缝防腐处理等各项工作，大大提升了水下焊接施工和水下修复的可行性、可靠性和焊接质量，大大提高了施工效率。

[0016] 下面结合附图对本发明的水下管道干式自动焊接方法和焊接装置作进一步说明。

附图说明

[0017] 图1为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于打开状态下的正视示意图；图2为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于打开状态下的侧视示意图；
图3为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于打开状态、管道及密闭工作舱室中部剖开时的剖面示意图；
图4为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于打开状态时的轴侧示意图；
图5为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于抱紧状态、密闭工作舱室局部剖开状态下的轴侧示意图；
图6为水下干式自动焊接方法和焊接装置处于抱紧状态、管道及密闭工作舱室中部剖开时的剖面示意图；
图7为密闭工作舱室内局部放大示意图；

[0018] 其中：1-管道；              2-脐带缆；             3-吊架端板；
4-两端吊架连接杆；    5-圆周转动驱动系统；   6-主动齿轮；
7-驱动系统固定架板；  8a-抱紧工作舱下左弧板；8b-抱紧工作舱下右弧板；
8c-抱紧工作舱上弧板； 9a-左摆动抱紧齿圈；    9b-右摆动抱紧齿圈；
9c-上部齿圈；         10a-左侧抱紧卡爪；     10b-右侧抱紧卡爪；
10c-上部齿圈卡爪；    11-抱紧驱动缸；      12a-抱紧工作舱下左弧板滚轮轴杆；
12b-抱紧工作舱下右弧板滚轮轴杆；     12c-抱紧工作舱上弧板滚轮轴杆；
13a-抱紧工作舱下左弧板两端部密封条； 13b-抱紧工作舱下右弧板两端部密封条；
13c-抱紧工作舱上弧板两端部密封条；    14-密闭工作舱室；
15-舱室封盖；       16-滚轮；       17-圆弧轨道；
18-舱室舱门；                       19-舱门驱动缸；
20-焊枪及送丝机构径向移动滑台；      21-焊枪及送丝机构径向移动驱动系统；
22-焊枪及送丝机构轴向移动滑台；         23-功能组件径向移动驱动系统；
24-功能组件轴向移动滑台；              25-焊枪及送丝机构轴向移动驱动系统；
26-功能组件径向移动滑台；               27-功能组件轴向移动驱动系统；
28-电动控制气阀；                       29-超声探伤功能组件；
30-铣削加工功能组件；                   31-焊后防腐处理功能组件；
32-摄像监控测量功能组件；               33-焊枪及送丝机构功能组件；
E-密闭工作舱室区；                      F-抱紧工作舱区

具体实施方式

[0019] 该水下干式自动焊接方法和焊接装置可以采用两瓣卡管和三瓣卡管方式，两种方式类同，本实施例仅以三瓣卡管方式进行说明。

[0020] 图1～4是本实施例处于打开状态时的各种表达方式示意图，图5～6是本实施例处于抱紧状态时的各种表达方式示意图，图7是本实施例密闭工作舱室内各个功能组件安装、布置、轴向径向移动示意图。该水下自动焊接方法和焊接装置所需的电源、焊机、空压机、液压系统、总操控台等水上设备均安装在水面施工船上，脐带缆中有水下自动焊接装置所需的动力电缆、控制电缆、高压气管、液压油管等等各种电缆和管路，通过脐带缆2将水面设备与水下自动焊接装置密封紧密地连接在一起，施工时将施工船行驶到施工现场，抛锚固定，用船上吊机将连接有脐带缆2的、处于打开状态的水下自动焊接装置放入水中，并放置于需焊接管道处的上方，并缓慢放下，使与吊架固定在一起的上部齿圈卡爪10c接触管壁，这时，抱紧驱动缸11工作，由左侧抱紧卡爪10a、右侧抱紧卡爪10b和上部齿圈卡爪10c将管道紧紧抱紧，吊架与管道固定，同时也使左摆动抱紧齿圈9a、右摆动抱紧齿圈9b和上部齿圈9c合成一个圆齿圈，圆弧轨道17合成一个完整圆环轨道，抱紧工作舱下左弧板8a、抱紧工作舱下右弧板8b及抱紧工作舱上弧板8c合成完整圆环，抱紧工作舱下左弧板两端部密封条13a、抱紧工作舱下右弧板两端部密封条13b及抱紧工作舱上弧板两端部密封条13c在轴向两端合成完整圆环密封条，形成密封的抱紧工作舱区F，随后打开电动控制气阀28，使密闭工作舱室14与抱紧工作舱区F连通，高压气进入抱紧工作舱，并将抱紧工作舱内水从两端密封条处挤出、排尽，形成干式工作环境区，然后，舱门驱动缸19动作，密闭工作舱室舱门18打开，通过焊枪及送丝机构轴向移动驱动系统25和径向移动驱动系统21驱动其轴向移动滑台22和径向移动滑台20，将焊枪功能组件33移动到舱门18处合适位置进行焊接，轴向焊接长度可以在舱门长度范围内(管道轴向)实施，舱门长度决定了轴向可焊接长度，圆周方向是通过圆周转动驱动系统5驱动主动齿轮6、主动齿轮在齿圈上滚动从而带动整个抱紧工作舱(8c、
8b、8a)和密闭工作舱室沿整个圆周方向360°旋转运动，也即实现了密闭工作舱室舱门处的焊枪功能组件33和其它功能组件沿整个圆周方向360°旋转运动，当焊接完成后，需其他功能组件工作时，就类似上述操作，将其移动到舱门合适位置，通过轴向、径向移动和圆周方向360°转动，实现其相应的如在线测量、监控、探伤、铣削加工、焊后焊缝喷涂防腐处理等等各种处理。

[0021] 以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和核心思想的前提下，还可以作出若干变形和改进，也视为属于本发明的保护范围。

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