激光控制的管道内焊机制造技术

本发明专利技术涉及一种将管段焊接在一起的系统。该系统包括用于在外部支撑和操纵管段的取向以对准相对管段的外部对准机构。系统还包括用于对两个抵接管段的内部端面连接处进行焊接的内部焊接机构。内部焊接机构包括用于进行焊接的焊炬、用于追踪焊缝轮廓且引导焊炬的铰接头的激光装置、以及用于在焊接之后目视检查焊缝的摄像机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】激光控制的管道内焊机相关申请的交叉引用依照美国法典第35法案第§ 119 (a)-(d)条的规定，本申请要求2013年5月23日提交的美国临时申请N0.61/826628的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及一种将两个管段对准和通过焊接将两个管段连接在一起的系统。
技术介绍
常规内焊机通常包括从管道内部径向向外扩展以接触管道内部的内部对准机构。如美国专利 N0.3，461，264 ；N0.3，009，048 ；N0.3，551，636 ；N0.3，612，808 和 GB1261814(它们的全部内容均以引用的方式并入本文)所示，当中央部件的延伸部件与管道的相对靠近连接处任一侧上的管段连接面的内部接触时，从内部完成两个管段的对准。为了焊接连接处，扩展器的结构必须留有足够的空间来容纳旋转焊炬。因此，有利的是，提供为旋转焊炬或铰接焊炬留有足够空间的内部对准，或从外部对准管段，以便省去可能显著令内部杂乱和产生杂波的内部扩展器。另外，内部焊接的常规方法通常涉及内部或外部对准和内部焊机的插入，以便焊炬对准端面连接处。在该方法中，有时难以评估内部焊机特别是焊炬的定位精度。甚至更难以于焊接期间在焊炬沿其轨道路径横穿管道内部时评估焊炬的位置精度。因此，有利的是，提供在管道接口处追踪管道边缘的结构或定位的系统，以通过利用所追踪到的接口条件来控制焊炬。具体而言，将有利的是，在向电子控制器发送信号之前，首先用激光追踪接口的轮廓，以相对于所追踪到的管道接口轮廓引导焊炬的位置和取向。此外，采用外部对准机构的常规管道焊接系统通常将两个管段支撑在辊上并操纵管段的位置和取向，直至对准符合要求。对准是否符合要求通常取决于例如工业上可接受的高低量规，高低量规相当精确却是手动操作的，并且定位在离散位置，而不布满整个管道接口。在任何情况下，从管道内部观察到的接口轮廓或结构通常不是对准质量的考虑因素。因此，有利的是，提供一种这样的对准系统:在外部对准过程中，使用由激光读取的关于接口轮廓的信息作为输入参数。具体而言，有利的是，从控制焊炬的激光装置向控制器提供信息，控制器将利用该信息来控制外部对准机构。此外，用于焊接管段的常规管道系统通常缺乏目视检查焊炬所施加的焊缝的能力。因此，有利的是，提供跟随焊炬施加焊接的摄像机和用于显示焊缝图像的显示器，以便操作者能够目视检查焊缝的质量。通过审阅本公开内容，将清楚本专利技术的其它优点。可取得专利权的优点不限于本文重点说明的部份。
技术实现思路
本专利技术公开一种用于将两个管段的端面对准和焊接在一起的系统，包括外部对准机构和焊接机构。外部对准机构可以像附图所示的对准组件般复杂或像美国专利N0.1，693，064所示的提普顿(tipton)夹具般简单。所使用的机构还可能适合于海上或陆上管道施工。美国专利N0.1，693，064的全部内容以引用的方式并入本文。无论采用什么机构，外部对准机构均支撑各管段并且能够调节各管段的位置，使得管段基本上共线或沿它们的纵轴线轴向对准。外部对准机构可以支撑管段，并且可以包括允许调节管道的位置和取向的动力促动特征/装置。具体而言，外部对准机构可以包括允许管道纵向移动的辊。管道还可以被允许管道上下移动和围绕纵轴线滚动的辊支撑。位置和取向调节可以通过在操作员站控制的电机动力或液压动力般自动进行，或送入中央控制器，基于预定对准参数或来自读取接口或连接处轮廓的内部激光装置的反馈自动控制和对准管段。焊接机构优选地为能够从管段内部对管段的端面或边缘连接处进行焊接(例如，熔化极气体保护电弧焊“GMAW”)并且进入由两个管段的倒角边缘形成的V形(也可以使用除V形以外的其它横截面形状)开口中的内部焊机。焊接机构包括:托架，其能够接合管道的内壁，以将其自身固定或锁定在管道内的固定位置；以及焊接部，其在管道内可旋转地被支撑在托架上。具体而言，内部焊机位于对准的管道内，然后纵向定位，使得焊接头或焊炬沿纵向靠近边缘连接处。焊接机构还包括用于相对于托架旋转焊接部的旋转机构。焊接头或焊炬在管道纵轴线周围可旋转地被支撑在焊接部上，使得焊炬可以沿轨道旋转紧靠整个内部连接接口。具体而言，在焊接期间，铰接头的焊炬沿着管道的整个内周周围的边缘连接处施加焊接材料。除了相对于托架的圆形旋转之外，各种控制元件可以沿管道轴线相对于托架移动焊接头、径向地朝向和远离连接处移动焊接头、围绕点或轴线(例如，与管道纵轴线A-Α平行或垂直的轴线)枢转地移动焊接头。控制器可以引导焊炬枢转。这些铰接自由度允许焊接头非常有效且高效率地填充接口轮廓和其它需要填充的地方。焊接机构还包括激光追踪机构，激光追踪机构与焊接部的焊炬组合工作，以感测接口连接处轮廓和/或焊接材料轮廓，以在合适的位置将合适量的焊接材料施加到边缘连接处。激光机构调查焊缝并向铰接焊接头的控制器发送信号，以控制焊接头围绕整个边缘连接处的运动。具体而言，当焊接头控制系统连续接收来自边缘连接处的焊缝轮廓信息时，焊炬跟随激光装置。该信息随后被用于连续调节焊炬，以实现所需的焊接结构。除了激光追踪机构之外，系统还可以包括用于目视检查焊缝的2D摄像机。2D摄像机被安装在焊接部上并且跟随焊炬，使得操作者可以在焊炬产生焊缝之后马上检查焊缝。视觉信号被传送到外部操作员显示器。例如，2D摄像机可以是彩色摄像机，并且颜色的变化可以向操作者指示焊缝缺陷。感知到的轮廓变化也可以指示缺陷。【附图说明】图1示出本专利技术的管道焊接系统的立体视图，示出了被支撑在对准机构上的两个外部对准管段。图2示出将要利用图1的系统进行焊接的两个管段的管道接口的放大外观图。图3示出图1的系统，示出了插入到根据图1的管段中的焊接机构。图4示出图3的一部分的放大图，示出了定位在根据图1的管段中进行焊接的焊接机构的焊接部。图5示出沿图4的B-B截取的剖视图，示出了各种焊接部元件的布置。图6和图7示出图1的焊接机构的侧视图。图8示出处于如下构造的图1的系统的立体视图，示出将管段放置在外部对准机构上的第一使用步骤。图9示出处于如下构造的图1的系统的立体视图，示出将焊接机构插入到管段中的图8之后的步骤。图10示出图1的系统的焊接部的侧视图。图11示出图1的系统的焊接部的一部分的放大立体视图。图12示出图1的系统的焊接部的一部分的另一放大立体视图。图13示出图1的系统的旋转机构的放大立体视图。在整个公开内容中，相同的附图标记已被用于标识相同的元件。【具体实施方式】参考图1至图3，将在下面对用于将管段焊接在一起的系统进行描述。图1示出能够支撑、定位和重新定位多种长度的管道的外部对准机构10A、10B。各个机构10A、10B可以包括支撑件(例如，辊)，在支撑件上可以支撑一段管道。纵向辊12可移动地支撑管段105，使得可以沿管段105的用箭头A限定的纵向对管段105重新定位。另外，旋转辊14能够在管段105的任一侧上围绕与支撑管段105的轴线A-A平行的轴线旋转，从而使旋转辊14能够旋转或调节管段105围绕轴线A-A的角度取向。外部对准机构10能够经由电动机、液压装置等将多个管段自动操纵到各种位置和取向。例如，管段可以被升高、降低、旋转、倾斜、枢转等。如图1所示，外部对准机构10A、10B支撑多个管段105、11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将两个管段对准且焊接在一起的系统：焊接机构用于对所述两个管段的端面连接处进行焊接，所述焊接机构包括铰接的焊炬、用于读取所述端面连接处的轮廓的激光传感器、用于接收来自所述激光传感器的信息信号以控制所述焊炬的位置和/或取向的电子控制器；对准机构用于操纵至少一个管段的纵轴线相对于另一管段的纵轴线的取向；其中，所述焊接机构还包括：托架，其用于固定所述焊接机构在所述管段中的位置；以及焊接部，其能够在所述管段内相对于支撑部旋转；并且所述焊炬和所述激光传感器可旋转地由所述焊接部支撑，使得在焊接期间，所述焊炬沿着所述端面连接处跟随所述激光传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚卡尔·拉贾戈帕兰，悉达多·马利克，乔斯·C·布歇，
申请(专利权)人：CRC埃文斯管道国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US