用于管道架设的轨道焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于移动使用的轨道焊接装置，其用于通过至少一个焊缝（４）沿周向接头（３）接合第一管端（１）和第二管端（２），具体是用于生产待放置在地上的管道（５）。本发明专利技术的装置包括：引导环（６），其可朝向第一管端（１）和周向接头（３）定位；以及轨道托架（７），其可通过推进装置（８）沿引导环（６）机动移位。在轨道托架（７）上，以这样的方式安装有用于将激光束（１０）射向激光焊接区（１３）内的激光焊接头（１２），即，使其能够朝向周向接头（３）定位，从而能够通过移动轨道托架（７）沿周向接头（３）生成焊缝（４）。由具体是位于移动输送车辆（３５）上并远离轨道托架（７）的高能纤维激光束源（９）产生的激光束（１０）被经过管束（５０）的光导件（１１）引导到轨道托架（７）上，接着供应给焊接头（１２）。本发明专利技术的显著有利之处在于，在本领域中通过自动操作仅借助单次焊接过程在较短时间内就可使两个管端接合。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种轨道焊接装置，其用于通过周向焊缝接合管道，具体用于在移动使用期间管道的轨道焊接。
技术介绍
用于沿管周向焊接管的装置已经公知了很长时间，这种装置被称为轨道焊接装置。在从50mm到超过1500mm的直径范围内以及在从2.5mm到超过25mm的壁厚范围内，移动轨道焊接方法已经基本取代了以前使用的套筒接合和螺纹接合技术。尽管大多数工业焊接单元都是在与外界影响隔绝的工业车间中静止状态下操作，或者至少是在静止产品上进行焊接作业，然而，在线路架设场所(例如，用于管道架设)的情况下，生产装置沿待完成的产品移动，从而暴露在环境变换和各种天气的全部影响下。通常，仅可用到非常有限的基础设施，因此完全有必要免除固定的电力、水和/或气体供应，而这些供应在静态工业焊接单元的情况下是不成问题的，从而必须依靠移动发电机、移动换热器以及可输送的流体和气体罐，这些装置例如在至少一辆输送车辆上沿管道输送。必须在管轴线必须水平的情况下在待制备的管沟旁或在管沟本身中有规律地进行管焊接作业。由不同天气状况造成的架设场所状况、不利的人机工程先决条件、以及对适应不同环境的要求，都对焊接结果的质量具有显著影响。由于这些情况，出现了各种焊接技术和焊接方法，它们可主要分成手动、半机械化或完全机械化方法或者它们的组合。如材料、尺寸、预期用途以及成本效益这样的标准对于焊接方法的选择是决定性的。纯手动方法例如为使用杆式电极的向下立焊式金属电弧焊；采用向上立焊技术以大间隙桥接能力和较薄的各个焊接层为特征的电弧焊；以及采用向下立焊技术的电弧焊。后者允许相对高的焊接速度，然而对于以静止方式进行的焊接作业来说，需要利用合适的对中装置使管端准确定位，需要均匀气隙、边缘错位很小以及避免各个层过高的冷却速度。训练充分的向下立焊工、合适的对中设备、良好的焊条、以及产生线性直流的合适焊接电源对于向下垂直焊接技术的经济使用是必不可少的。在工资几乎不是重要因素的低工资国家，通常仍然采用技术过时的焊接机通过向下立焊方法手动焊接管道，从而焊缝的质量尤其取决于焊工的技能和日常状态，尽管如此，大量自动化或半自动化焊接方法与此同时也有了进展。在管道架设中被广泛使用且相对经济的方法是MAG轨道焊接技术。缩略词MAG代表金属活性气体焊接，这从现有技术中可知，其中电弧在基本持续输送的熔融焊丝电极和保护气体层内的工件之间燃烧，所述保护气体层包括例如CO2或包含CO2、惰性气体(例如氩气)并且可能还有O2的混合气体。根据管道的铺设速度、管直径、管壁厚、地形特征、环境温度、可用的基础设施以及熟练工的技能，在现有技术中已建立大致四种不同变型，描述如下。第一种变型是最经济但也是最慢的变型，因此其尤其适用于短管道架设的场合，在第一种变型中，管不用预处理而通过气动内对中以1.5mm至3mm的气隙对中并固定。首先，利用纤维素或碱性焊条或利用用1.0mm金属粉焊丝的MAG焊接装置从上到下手动焊接根部。在完成根部后，将保持带在接头附近绕管锁紧，所有中间层和覆盖层通过两个均带有MAG焊炬的MAG轨道焊接头用管状焊丝从下至上焊接在所述接头处。在所述焊接过程中使用包括CO2和氩气的保护气体。第一焊工从6点钟位置开始，通过停留时间交替地在左侧和右侧焊接所有填充层及覆盖层直到12点钟位置。在一段时间后，第二焊工同样从6点钟位置开始一直焊接到1点钟位置，以获得焊缝重叠。这种变型可用于隧道架设中的暖气管及隧道架设中的水管的区域铺设，还可用于尺寸相对较大的气体贮存器，例如直径为2500mm，但壁厚尤其在15mm到30mm之间的气体贮存器。熔敷效率为每小时3.1kg。与熔敷效率为每小时1.7kg的使用纤维素焊条的向下立焊相比，这种变型比其快两倍。已建立的第二种变型大致比第一种变型快，但是需要更多的投资成本。为了能够根据这种变型进行焊接，需要具有液压单元的刨床对管端进行加工。所有管都必须在架设场所通过起重机分别抬起，从而可将它们引入到刨床中，以配备适合特殊焊缝坡口加工(preparation)的管端。接头形状与具有小开度角的根部大约2mm的郁金香相似，由于接缝的容积小，因而所需的填充材料少。为了从外部在质量上控制根部焊接，有必要使用具有铜滑块的气动内对中装置。铜滑块的功能是支撑液态焊接金属以实现百分之百的根部，其中两个管的内边缘被彼此焊接并且确保在根部处的滴穿(drop-through)不超过1mm。在加工完管端后，通过具有铜滑块的气动内对中装置对管进行对中。预先将保持带安装在其中一个管端上，在该保持带上引导两个MAG轨道焊接头，这些MAG轨道焊接头从12点钟位置到6点钟位置对根部进行焊接。管端对中而不留气隙，从而使得从12点钟位置开始，第一MAG轨道焊接头以大功率熔融根部，并且通过铜滑块支撑液态焊接金属。当第一MAG轨道焊接头到达2点钟位置时，第二MAG轨道焊接头同样从12点钟位置开始。为避免在根部中产生缺陷，用于换相器或整流器的电源恒定，从而使得在接通第二MAG轨道焊接头期间焊接参数不发生变化。这具体是通过水轮发电机驱动来确保的，它设在沿管道移动的输送车辆上并且在几毫米内起反应以维持电弧稳定。如果适当，可针对各种焊接位置(水平、垂直向下以及过顶)对焊接电源进行编程，从而使得根据MAG轨道焊接头的位置，在任何情况下都能实现功率调整和焊丝供给速度调整。所述调整可完全自动、半自动或手动实现。两个MAG轨道焊接头根据相同标准从上到下焊接接缝。在完成第二层后，MAG轨道焊接头从保持带移开并输送到下一接头。随后一对MAG轨道焊接头同样从上至下以无振荡方式焊接多层填充层。根据管的壁厚，可使用最多5个这种沿管道间隔开的焊接站，总共需要使用(在某些情况下是同时地)10个MAG轨道焊接头。通过实心焊丝实现焊接，并根据焊接层使用不同的气体组分。可取的是在移动输送车辆上安装自动气体混合单元，或者使用来自其中混合物以随时可用形式释放的缸的气体。这种采用固体焊丝的变型的熔敷效率通常达到每小时5.1kg，这代表着焊接速度和日常性能的显著提高。焊缝质量从良好到优良。据称最大返修率为3％到5％。对于第三变型，需要内MAG轨道焊接头以从内部焊接根部。四个MAG焊炬从12点钟位置开始到6点钟位置对管的一半的根部重叠焊接，四个MAG焊炬从上至下焊接管的另一半。在1200mm的管上的根部焊接大约需要3分钟。为实现该高焊接速度，投资成本相应较高。如在使用实心焊丝的第二变型中那样从上至下进行填料和覆盖层的焊接。根据操作者的技能程度，进行手动、半自动控制，或者在电源可编程的情况下进行自动控制。这种方法中的熔敷能力通常为每小时5.9kg，从而与前述方法相比这种轨道焊接方法是最快的然而也是花费最高的。第四变型设想在各种情况下为一个MAG轨道焊接头配备两个绕管的周向略微偏置的MAG焊炬并配备两条或四条焊丝。若用两个MAG焊炬进行焊接，则焊接速度提高约100％，或者若用两个MAG焊炬和四条焊丝进行焊接，则焊接速度提高约400％。该技术尤其适用于直径大于1,000mm壁厚至少为20mm的管。相应地调整焊缝坡口加工。总之，为了能够操作如以上所述在保持带上被引导并在各种情况下都具有四条焊丝的两个MAG轨道焊接头，需要八个焊接电源，它们例如布置在运输车辆上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于移动使用的轨道焊接装置，其用于通过至少一个焊缝（４）沿周向接头（３）接合第一管端（１）和第二管端（２），具体是用于制造待铺设在地上的管道（５），该轨道焊接装置至少包括：引导环（６），其可相对于所述第一管端（１）和所述周向接头 （３）定位；轨道托架（７），其至少沿所述引导环（６）的一部分被可移动地引导；供给装置（８），所述轨道托架（７）可通过该供给装置在电机动力下沿所述引导环（６）运动；焊接头，其设置在所述轨道托架（７）上，并可与所述周向接 头（３）对准，从而，通过移动该轨道托架（７）可使得沿所述周向接头（３）的至少一部分生成焊缝（４）；连接管线；以及焊接装置，具体是移动焊接装置，其远离所述轨道托架（７），并通过所述连接管线与所述焊接头相连，并且间接或直接地提供 生成焊缝（４）所需的电力；其特征在于：所述焊接装置为高能纤维激光束源（９）的形式，通过该高能纤维激光束源可产生激光束（１０）；所述连接管线为波导管（１１）的形式，用于将激光束（１０）引导到所述轨道托架（７）；并且 所述焊接头为激光焊接头（１２）的形式，用于使激光束（１０）射向激光焊接区（１３），并用于随后生成焊缝（４）。...

【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：埃吉哈德沃纳菲茨，弗兰克福勒特森，哈拉尔德科恩，克劳斯汤米，
申请(专利权)人：菲茨有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]