管道和管段的导轨焊接制造技术

本发明专利技术是一种用于管道或管段导轨焊接到一起以形成管线的设备和方法、即导轨焊接。将扫描仪焊接单元、控制单元和焊接单元组合，以沿着并在每两根管道/管段的两个接口基础/柱面之间形成的接缝上移动，扫描管道/管段的相对定位、对准和调平以及它们的表面几何形状和形貌，和从接缝底部处的根部层开始直到其边缘铺设焊接材料并用盖面层进行密封。焊接单元将焊嘴降低到接缝中，其在焊接期间在其轴线上可以相对于表面以不同的角度旋转。扫描仪单元可在焊接之前或之后警告管道/管段的相对位置的失配，并且在一些情况下为了更气密密封的焊接，使得能够重新定位。使得能够重新定位。

【技术实现步骤摘要】
管道和管段的导轨焊接


[0001]本专利技术涉及导轨焊接。尤其地，本专利技术涉及将管道或管段焊接到一起的设备和方法，其基于接缝形貌的扫描和分析，相对于彼此定位和调平它们的接口表面，预先扫描和映射这些表面和基于扫描和映射结果用焊接材料填充在它们之间产生的任何间隙。

技术介绍

[0002]焊接是用于连接金属零件的成熟过程。尤其地，焊接对于铺设沿着相当长的距离延伸和/或流动流体、液体或气体的管线是必不可少的。这样的管线由相互连接并形成气密密封的内部体积的多根管段制成。确保管线不出现任何泄露需要用焊接材料密封并完整填充在每两个分段之间的连接区域。为了确保这一点，管段应尽可能一个相对于另一个调平，并且焊接材料应适合管段的接口表面的形貌和它们相互的相对定位。
[0003]目前，通过将管段焊接到一起形成管线主要依赖于人类专家的技能、经验和知识。在管道的施工现场利用监理专家的肉眼观察作出如何进行焊接的决定。专家监督分段相互的定位和调平，随着焊接进行持续地识别管段的表面的形貌，并在表面之间的接缝内手动地引导焊接装置。缺点主要是由于对人类专业知识和劳动力的严重依赖。这样的方法包括昂贵的手工劳动工作，对人类专业知识和个人知识的强烈依赖以及如何相对于彼此定位管道和到什么程度和在哪里将它们焊接到一起的现场直觉决策。未气密焊接的管道的严重程度影响其整个操作，并且可导致通过其的流动流体完全停止。此外，在不理想或甚至不可能的状况下将需要修复，并且修复甚至可能变得不可能。
[0004]在焊接管道或任何两个金属表面的领域中，焊接装置和设备是已知的。转让给本申请的申请人的WO 2013/076541描述并要求保护一种模块化焊接设备，其带有支承在移动单元上的焊接装置，用于在诸如管道的弯曲表面的弯曲表面上移动并焊接每两个管段之间的接口表面。在WO 2013/076541中所描述并描绘的焊接装置在本文并入作为参考。然而，其集成到本专利技术的用于导轨焊接的设备中，其需要如以下所详述的不同预先扫描方法和设备。
[0005]因此，本专利技术的目的是提供一种用于导轨焊接的设备，其替代当前的人工或手动管道焊接方法和当前的机械设备和方法。
[0006]本专利技术的又一目的是提供一种用于导轨焊接的设备，其包括用于在焊接之前和焊接期间预先扫描和映射管段的接口表面的形貌的扫描装置和技术。
[0007]本专利技术的又一目的是提供一种用于导轨焊接的设备和方法，其中，在可重复的闭合路径中进行焊接，其中，这样的路径尤其包括振荡路径、导轨路径、之字形路径和横八(lazy eight)路径。
[0008]本专利技术的又一目的是提供一种同步设备和方法，其在扫描和映射管道接口表面与焊接和使焊接设备沿着相邻管段之间的界面接缝推进之间同步。
[0009]随着描述的进行，本专利技术的这个及其它的目的和方面将变得显而易见。

技术实现思路

[0010]在一个方面中，本专利技术利用预先扫描技术提供用于导轨焊接的新颖平台。导轨焊接通常用于连接金属管道，其中，焊接过程包括以下阶段：
[0011]准备，其包括：
[0012]将每两根管道或管段的端表面以它们彼此接触的方式放置；在两根管道或管段之间进行定位、调平和配合，并且为焊接接头准备它们；识别沿着两根管道之间的连接线可能是U形或V形的焊接接头轮廓。
[0013]应指出的是，在每两根管道或管段的表面之间的界面处的接缝的轮廓形状可以根据管壁的厚度和材料而具有不同的角度。此外，接缝弯曲不完全准确，并且可能因管道而异。另外，在管道尺寸之间也存在差异，这可导致沿着接头周边出现错位区域。例如，在某一区域中的一根管道可能高于平行区域的另一管道。
[0014]焊接，其包括：
[0015]焊接过程，其可选自GMAW(气体金属电弧焊接)、MAG(金属活性气体)、MIG(金属惰性气体)、脉冲MIG、RMD(调节金属沉积)和FCAW(药芯焊丝电弧焊)；将焊嘴自动放置在两根管道的接口表面之间的接头中心，并在距它们底部预定的高度处；从根部层开始，然后热焊、填充焊(根据需要)并且最终盖面焊，分层施加焊接；焊接层的数量取决于壁厚。
[0016]随着接缝变宽，焊接可能涉及振荡，其典型地可以是∞(“横八”)或之字形移动。包括振荡模式的焊接的导轨模式使得焊接装置能够从接缝的底部到顶部以分层的方法填充管道/管段之间的接缝。尤其地，随着焊接过程从在底部处的根部焊接层推进至在接缝的顶部处的盖面，这样的振荡模式允许焊接材料的空间均匀分布和分层。随着焊接单元在振荡模式下操作，扫描仪单元适应于这样的模式，以向数据处理器提供要焊接的接缝部分的正确的瞬时图像。相应地，控制器向焊接单元发出正确的命令，以沿正确的路径轨道运行，直到在离接缝的底部的任何距离处完成任何特定层的焊接为止。应指出的是，任何类型的闭环路径都被包含在振荡模式中。
[0017]此外，控制器构造成监测、监督和控制焊接，并向焊接单元发出命令，以实时在管道/管段的接口表面上和它们之间的任何局部部分、区域、部位或点优化焊接。在焊接过程中，扫描仪焊接单元在任何给定的阶段扫描任何这样的特定部分、区域、部位或点，并将相关图像传送至处理器单元。处理器单元例如用图像分析软件分析图像，并产生局部焊接的当前状态。还可结合基于焊接档案的比较分析，以确定该局部焊接是否已达到最佳结果或者是否需要进一步的焊接操作。然后，控制器引导焊接单元和扫描仪焊接单元，以进一步通过焊接区域，以例如通过向接缝中留下的材料不足的孔隙或空壳(enclosure)中添加焊接材料或或刮掉多余的焊接材料来完成局部焊接。
[0018]检验，其包括：
[0019]在一些情况下，将移动X射线成像装置用于检验焊接质量；
[0020]在其他方面，可利用视觉检查或移动超声波装置进行检验。
[0021]测试焊接接缝的密封的其他方法可以是静压测量，其检查当在管道内施加压力时来自连接管线的泄露。在一些情况下，泄露检查利用静压压力测量进行。
[0022]在一个特定的实施方式中，焊接装置的轨道移动可在轨条(rail)上进行。在另一特定的实施方式中，焊接过程通常利用一起工作的两个或更多个焊接装置/移动单元进行。
在又一实施例方式中，在每个焊接过程之后测量焊接质量。
[0023]在一个方面中，本专利技术提供一种导轨焊接装置，其用于焊接在平行表面之间的界面处形成的接缝。尤其地，这样的装置包括：焊接扫描仪单元、控制单元和焊接单元。在一些实施方式中，控制单元还控制移动焊接单元和焊嘴的伺服机器人系统。
[0024]在一个特定的实施方式中，控制单元获得扫描信息并基于扫描仪信息控制焊嘴的位置和取向。控制单元还可控制焊接参数。这样的参数可以是或涉及焊嘴移动速度、焊嘴在接缝中的位置、焊嘴的移动/振荡、振荡频率和焊接材料流的量。
[0025]在一个实施方式中，导轨焊接扫描仪单元构造成进行以下操作：扫描仪扫描接缝轮廓，并测量纹理(如锈蚀和表面粗糙度)和几何参数。扫描仪可在导轨焊接过程之前、期间和之后使用。扫描仪可检测焊接接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将管道或管段导轨焊接到一起的设备，包括：焊接扫描仪单元；控制单元；和至少一个焊接单元，其中，所述焊接扫描仪单元构造成扫描所述管道/管段的接口表面之间的接缝的轮廓和形貌，测量所述接口表面的纹理和几何特性，扫描并检测所述接缝中的异常，在焊前扫描中优化管道位置和/或取向和在焊后扫描和检测中警告异常，其中，所述控制单元构造成基于来自所述焊接扫描仪单元的扫描数据分析接缝形貌并命令所述焊接单元以优化所述接缝的焊接。2.根据权利要求1所述的设备，还包括移动单元，其用于支承和移动所述焊接单元、控制单元和焊接扫描仪单元。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述控制单元控制和操作所述移动单元。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述纹理和几何参数包括：锈蚀、表面粗糙度、表面形貌、接缝宽度和深度和所述管道/管段相对于彼此的对准、定位和调平失配。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述对准、定位和调平失配包括所述管道/管段相对于彼此的垂直错位和水平移位。6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述焊接单元包括：线性臂，其与所述管道/管段的轴线平行；移动滑块，其附接至所述线性臂；马达，其沿所述线性臂移动所述移动滑块；可调机构，其构造成用于焊接装置与所述扫描仪之间的距离的精细调整；焊接装置，其包括焊嘴，其中，所述焊嘴构造成沿着所述接缝的开口移动，并插入所述接缝内用于从底部到顶部的气密密封；和高度调整和控制装置，其用于将所述焊接装置配合至所述接缝。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述焊接单元还包括屏蔽装置，其用于保护所述焊嘴和来自气体的屏蔽。8.根据权利要求2所述的设备，其中，所述移动单元还包括机器人，其用于支承所述焊接扫描仪单元、控制单元和焊接单元并沿着所述管道/管段的表面移动。9.根据权利要求2所述的设备，其中，所述焊接单元还包括移动单元和轨道或轨条，用于支承所述焊接扫描仪单元、控制单元和焊接单元，并沿着所述管道/管段的表面移动。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述焊接单元构造成用于在选自GMAW、MAG、MIG、MIG脉冲、RMD和FCAW的方法中焊接。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元包括控制器和数据处理单元，其中，所述数据处理单元构造成接收有关所述接缝、所述管道/管段的接口表面和所述管道/管段的相对定位、调平和对准的数据，并产生焊接计划，其中，所述控制器控制所述焊接扫描仪单元和焊接单元扫描所述接缝和表面并执行所述焊接计划。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元包括控制器和数据处理单元，其中，所述数据处理单元构造成接收扫描数据，分析所述数据，确定局部焊接是否已达到最佳结果，识别焊接材料不足或多余的局部区域、部位或点，和实时导航所述焊接单元和焊接扫
描仪单元以进一步通过所述区域、部位或点，以通过添加或刮掉所述焊接材料来完成焊接。13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，所述焊接扫描仪单元构造成预先扫描所述接缝，并将从预先扫描获得的数据传送至所述数据处理单元，其中，所述数据处理单元在焊接启动之前产生所述接缝的表面的映射和焊接计划。14.根据权利要求11或13所述的设备，其中，所述焊接计划包括从所述接缝的底部直到上边缘的、所述管道/管段的分层焊接，铺设根部层、在所述根部层上的第二层、在所述第二层上的多个层和在所述管道/管段的所述上边缘上的盖面层。15.根据权利要求1所述的设备，包括两个焊接单元，所述焊接单元由所述控制单元控制，所述控制单元构造成同时操作所述焊接单元以焊接所述接缝，彼此通信，并彼此交换有关所述接缝的焊接的数据。16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述数据包括在所述焊接完成之前、期间和之后在由每个所述焊接单元焊接的每个部分中所述焊接的参数，以及在每个部分中所述接缝的表面和主体的扫描和映射细节。17.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述导轨焊接是闭环焊接。18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述闭环焊接包括导轨焊接、之字形焊接和横八焊接。19.一种用于将管道或管段导轨焊接到一起的方法，包括：提供焊接设...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：凯莫阿哈龙有限公司，
类型：发明
国别省市：