管道环形自动焊接装置及环形焊接方法与流程

专利2025-07-08  3


本发明涉及管道焊接,具体为管道环形自动焊接装置及环形焊接方法。


背景技术:

1、大口径管道在各行各业应用较为广泛,但是由于管道的口径较大的实际因素影响,若一体成型进行吊装运输和组装,现有施工设备很难对其进行吊装运输和组装。例如,现有技术中,高铁站房站台空腔内大型管道的组装场地位于地下室,因此,对于这种大口径管道通常采用拼装的方式进行预固定,且通过首尾管口正对焊接的方式连接在一起,作为污水管、雨水管以及给水管满足实际使用需求。

2、对于大口径的管道焊接,采用的焊接方式就是,将待焊接相邻两个管道管口正对且无缝隙,采用自动焊接小车配备焊接电源、焊枪、控制系统等部件,自动焊接小车沿着预设轨道行走,对大口径管道焊接操作。如公告号为cn 207806944 u,名称为自动焊接小车驱动轨道的中国实用新型,通过凸起部和凹槽的组合设置,使得第一轨道本体、第二轨道本体之间通过交叉连接,稳定且具有可微调的间隙。由于管道的焊接位置不确定,比如焊缝在管身水平段,焊缝也可能在管身弯曲段,对应现有自动焊接小车来说,沿着管身水平段进行环形导向焊接没有较大误差,但是对于弯曲段来说,内外弯曲度不一致,导向的轨道设置在弯曲段,其宽度相对较宽且不可调节,无法弯曲设置,导致自动焊接小车环形走位导向定位不准,易出现走位偏离焊缝的现象,焊缝不能完全被焊接住,导致焊缝焊接质量无法得到保障。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供管道环形自动焊接装置及环形焊接方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案,

3、一种管道环形自动焊接装置,包括:

4、焊接轨道,在工作时,设置在管道上靠近焊缝的一侧;焊接轨道的两自由端沿着管道外壁延伸并以环绕接在管道外壁上;

5、机动组件,安装在焊接轨道上,用于提供行进动力;

6、安装座,安装在机动组件上,用于安装固定焊接单元;

7、其中,机动组件包括:

8、安装盒,内部设置有电动机;

9、控制盒,固定在安装盒外壁,所述控制盒内置有控制电动机和焊接单元的控制模块;在焊接时,通过控制盒控制电动机和焊接单元的工作状态;

10、动力辊,用于提供沿管道外壁移动的动力;

11、所述焊接轨道为条形结构,所述焊接轨道其中一个自由端变窄形成穿插端,所述焊接轨道的另一自由端设有用于容纳穿插端的缺口,所述焊接轨道的另一自由端固定连接有两个位于缺口两侧的连接块,两个连接块之间插接有工字结构的横杆,所述横杆径向侧壁固定有向缺口内侧延伸的限位片,所述穿插端面向限位片的一侧侧壁上开设有用于限位片端部卡接的卡槽。

12、根据本技术的一个方面,

13、所述焊接轨道上开设有贯穿孔;所述焊接轨道面向管道的侧壁上转动内嵌有多个滚轮,多个滚轮以及动力辊组成为焊接设备沿着管道外壁环形自动行进的动力支撑框架;在工作时,机动组件带动焊接轨道整体沿管道移动;

14、或者,焊接轨道外侧壁两边侧设置滑轨,两个滑轨相对侧壁开设有弧形缺口,在安装盒两边侧上设置与滑轨的弧形缺口滑动卡接的滑块;安装盒的滑块与两滑轨的弧形缺口滑动卡接;在工作时,机动组件带动控制盒和焊接单元沿焊接轨道移动。

15、根据本技术的一个方面,还提供一种管道环形自动焊接装置,包括能够沿着管道位于焊缝边侧位置设置的焊接轨道、安装在焊接轨道上为焊接轨道提供行进动力的机动组件以及安装在机动组件上用于焊接设备安装的安装座,所述机动组件包括内嵌有电动机的安装盒以及固定在安装盒外壁的控制盒,所述控制盒内置有控制电动机的控制模块,所述焊接轨道两自由端沿着管道外壁延伸并拢以环形结构绕接在管道外壁上,所述机动组件包括为焊接轨道沿着管道外壁滚动提供动力的动力辊。

16、在进一步的实施例中,所述焊接轨道上开设有贯穿孔,所述动力辊径向外壁伸出贯穿孔与管道外壁滚动压合;

17、在进一步的实施例中,所述焊接轨道面向管道的侧壁上转动内嵌有多个滚轮,所述滚轮以及动力辊径向外壁凸出焊接轨道表壁的高度一致,多个滚轮以及动力辊组成为焊接设备沿着管道外壁环形自动行进的动力支撑框架。

18、在进一步的实施例中,所述安装盒固定在焊接轨道位于贯穿孔的侧壁上,所述电动机的输出端连接有齿盘,所述安装盒与贯穿孔相对的侧壁上开设有匹配孔,所述动力辊转动设置在匹配孔内,所述动力辊轴向一端开设有与齿盘啮合的齿槽。

19、在进一步的实施例中,所述安装座与控制盒之间可调节连接,所述安装座背面侧壁固定有凸块,所述控制盒侧壁转动设有螺纹调节杆,所述凸块开设有与螺纹调节杆螺纹连接的螺纹孔,所述安装座背面侧壁开设有导向槽,所述控制盒侧壁固定有与导向槽滑动卡接的导块。

20、在进一步的实施例中,所述横杆设有两根,两根横杆之间设有用于穿插端穿过的穿插空间,所述限位片设有两个,两个限位片的端部向相互靠近的一侧延伸设置,所述穿插端另一侧侧壁上也设有与另一个限位片端部卡块的卡槽。

21、在进一步的实施例中,其中一个连接块内设有中空腔,两个横杆同一端转动延伸至中空腔内,位于上侧的横杆固定有位于中空腔内且呈c型结构的弹性拨杆,位于下侧的横杆固定有位于中空腔内的延伸杆,所述延伸杆靠近横杆的一端上侧固定有立杆,所述立杆端部与拨杆的端部铰接;

22、所述中空腔内底壁固定有限位座,所述限位座向上延伸有限挡部,所述限挡部两侧侧壁为圆弧形结构,且圆弧形结构上设有弹性钢圈,所述延伸杆端部两侧均固定有分别与两个弹性钢圈外壁固定连接的压块。

23、在进一步的实施例中,所述焊接轨道内包埋有沿着焊接轨道缠绕在管道外壁的方向延伸的弹性钢片。

24、在进一步的实施例中,多个滚轮等分为多组,每组滚轮设有两个,且每组两个滚轮以弹性钢片为中心对称分布。

25、在进一步的实施例中,每组两个滚轮之间连接有包埋在焊接轨道内的加强片,所述加强片为弯曲结构,所述加强片侧壁开设有与弹性钢片卡接的卡接口。

26、根据本技术的另一个方面,还提供一种管道环形自动焊接装置的环形焊接方法,采用上述技术方案中的任一所述的管道环形自动焊接装置实现,焊接机构上设置有图像采集单元,包括如下步骤:

27、步骤s1、读取预配置在控制模块内的焊接参数配置数据库,以及通过图像采集单元获取的实时焊接图像和管道图像;并对采集到的图像进行去噪、增强和归一化处理;焊接参数配置数据库配置有管道曲率、焊接轨迹与最佳焊接参数之间的映射关系;

28、步骤s2、采用基于局部自适应阈值的边缘检测方法识别并拟合管道曲率,通过图像分割方法获取管道表面的焊接轨迹,获得当前管道曲率和焊接轨迹数据;

29、步骤s3、基于当前管道曲率和焊接轨迹数据在焊接参数配置数据库中查找当前最优焊接参数;

30、步骤s4、将当前最优焊接参数和当前实时焊接参数进行比较,并调整焊接单元的运动轨迹参数和焊接参数。

31、根据本技术的一个方面,拟合管道曲率和焊接轨迹的过程进一步为:

32、步骤s21、将预处理后的图像划分为大小为n×n的重叠局部窗口,每个窗口的中心像素坐标为(i,j);n为大于0的自然数,i、j为坐标值;

33、步骤s22、对于每个局部窗口,计算窗口内像素灰度值的均值μ(i,j)和标准差σ(i,j);根据均值和标准差,自适应地计算局部阈值t(i,j)=μ(i,j) +k×σ(i,j),其中k为预定义的常数;对于窗口中心像素(i,j),如果其灰度值大于局部阈值t(i,j),则将其标记为边缘点,否则标记为非边缘点;

34、步骤s23、滑动窗口,重复步骤s22,直到处理完整个图像的所有像素;对标记的边缘点进行进一步的细化和连接,得到最终的管道边缘;

35、步骤s24、将检测到的管道边缘点集表示为(xi, yi)i=1n,其中n为边缘点的数量;对于每个边缘点(xi,yi),定义一个局部邻域ni,包含其周围的k个最近邻点;在局部邻域ni内,对边缘点进行加权多项式回归,拟合一个p次多项式曲线fi(x) =a0+a1x+ ...+apxp;

36、步骤s25、加权回归中,每个邻域点(xj,yj)的权重wj由高斯核函数确定:wj = exp(-||xj-xi||2/(2h2)),其中h为带宽参数;通过最小化加权均方误差,求解多项式系数{a0,a1,...,ap},得到局部拟合曲线fi(x);

37、步骤s26、对所有边缘点重复步骤s23和s24,得到一组局部拟合曲线 fi(x)i=1n;将局部拟合曲线通过加权平均组合成全局曲线f(x),对全局曲线f(x)进行平滑处理,并计算其曲率,得到管道的最终曲率估计。

38、在一些实施例中,其他安装过程如下:首先将待焊接的两根管道管口对齐,然后将焊接轨道两自由端沿着管道外壁延伸并拢以环形结构绕接在其中一根管道外壁上,以使得焊接设备的焊枪能够对准焊缝的位置,随后利用多个滚轮以及动力辊组成为焊接设备沿着管道外壁环形自动行进的动力支撑框架,利用动力辊带动多个滚轮为焊接轨道提供围绕大口径管道外壁作环形行进的动力,进而将安装在安装座上的焊接设备以圆形轨迹移动焊接,焊接设备行进一圈,即可对焊缝进行全面焊接。

39、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

40、本发明采用的焊接轨道横向占宽幅度小,其作用是用于将焊接设备相对设置在管道外壁上,使得焊接设备运动轨迹不偏离以管道轴线为转动中心的圆型结构,因此只需要将焊接轨道以环形结构绕接在管道水平段外壁上或者弯曲段外壁上,通过动力辊带动多个滚轮为焊接轨道提供围绕大口径管道外壁作环形行进的动力,就能将安装在安装座上的焊接设备以圆形轨迹移动焊接,解决了现有技术中的环形导轨宽度较宽且不可调节,无法适用于管道弯曲段环形导向的问题。


技术特征:

1.管道环形自动焊接装置,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:

3.根据权利要求2所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:所述安装盒(3)固定在焊接轨道(1)位于贯穿孔的侧壁上,所述电动机(34)的输出端连接有齿盘(35),所述安装盒(3)与贯穿孔相对的侧壁上开设有匹配孔,所述动力辊(36)转动设置在匹配孔内,所述动力辊(36)轴向一端开设有与齿盘(35)啮合的齿槽。

4.根据权利要求3所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:所述安装座(4)与控制盒(31)之间可调节连接,所述安装座(4)背面侧壁固定有凸块(33),所述控制盒(31)侧壁转动设有螺纹调节杆(32),所述凸块(33)开设有与螺纹调节杆(32)螺纹连接的螺纹孔,所述安装座(4)背面侧壁开设有导向槽,所述控制盒(31)侧壁固定有与导向槽滑动卡接的导块。

5.根据权利要求1所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:所述横杆(12)设有两根,两根横杆(12)之间设有用于穿插端穿过的穿插空间,所述限位片(13)设有两个,两个限位片(13)的端部向相互靠近的一侧延伸设置,所述穿插端另一侧侧壁上也设有与另一个限位片(13)端部卡块的卡槽。

6.根据权利要求5所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:其中一个连接块(11)内设有中空腔,两个横杆(12)同一端转动延伸至中空腔内,位于上侧的横杆(12)固定有位于中空腔内且呈c型结构的弹性拨杆(14),位于下侧的横杆(12)固定有位于中空腔内的延伸杆(15),所述延伸杆(15)靠近横杆(12)的一端上侧固定有立杆(16),所述立杆(16)端部与拨杆的端部铰接;

7.根据权利要求6所述的管道环形自动焊接装置,其特征在于:

8.管道环形自动焊接装置的环形焊接方法,采用权利要求1至7任一所述的管道环形自动焊接装置实现,焊接机构上设置有图像采集单元,其特征在于,包括如下步骤:

9.根据权利要求8所述的环形焊接方法,其特征在于,拟合管道曲率的过程进一步为:


技术总结
本发明公开了管道环形自动焊接装置及环形焊接方法,涉及管道焊接技术领域,包括焊接轨道以及为焊接轨道提供行进动力的机动组件,焊接轨道两自由端沿着管道外壁延伸并拢以环形结构绕接在管道外壁上,机动组件包括为焊接轨道沿着管道外壁滚动提供动力的动力辊,焊接轨道面向管道的侧壁上转动内嵌有多个滚轮。采用的焊接轨道横向占宽幅度小,用于将焊接设备相对设置在管道外壁上,焊接轨道以环形结构绕接在管道水平段或弯曲段外壁上,通过动力辊带动多个滚轮为焊接轨道提供围绕大口径管道外壁作环形行进的动力,将安装在安装座上的焊接设备以圆形轨迹移动焊接,解决了现有环形导轨宽度较宽且不可调节,无法适用于管道弯曲段环形导向的问题。

技术研发人员:武刚博,夏秋石,袁智,吴刚
受保护的技术使用者:中铁建工集团第四建设有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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