專利名稱:管內(nèi)焊接裝置的焊接支承機構(gòu)的制作方法
本發(fā)明涉及一種沿周長焊接相鄰管段端部接口的裝置，尤其涉及一種新的、改進的焊接支承機構(gòu)，該機構(gòu)適宜借助管內(nèi)校準夾具沿徑向運動。
一般地，焊接支承環(huán)由銅制成，用來在焊接中支承相鄰管端之間的焊口部，以利于在焊縫根部獲得堅實的焊接。焊接支承材料構(gòu)成了一散熱片，熔化的熔池靠散熱片而冷凝下來。為充分發(fā)揮其效力，支承件應均勻地貼合焊口部并其貼合方式不能使雜質(zhì)進入焊接區(qū)域。
在將大直徑管段焊接成管道的過程中，用通常稱做管內(nèi)校準夾具的管內(nèi)校準機構(gòu)來校準管端以進行焊接。一般說來，管內(nèi)校準夾具包括由弧形件組成的兩塊以軸線為中心隔開一定距離的壓緊件，弧形件通過液壓或氣動裝置驅(qū)動沿徑向壓緊并校準管段和管道的內(nèi)圓周表面以保證焊接接口的正確位置。
坎寧漢姆等人的3937382號美國專利公開了一種帶焊接支承的管內(nèi)焊接校準夾具，該支承安裝到居于第一和第二套壓緊件之間車架式結(jié)構(gòu)上。焊接支承機構(gòu)包括多個沿圓周隔開的活塞，活塞連接到一氣動液壓驅(qū)動系統(tǒng)，通過其操作實現(xiàn)活塞帶動分段支承環(huán)徑向的擴張和收縮的雙向運動。分段支承環(huán)包括兩個相同的環(huán)體。每一環(huán)體包括兩個鉸接的環(huán)塊。每一環(huán)體的每一終端的軸向面，即，位于環(huán)體內(nèi)凹外凸圓周表面中間的面的終端是楔形的。每一環(huán)體的楔形端設計為當環(huán)體沿徑向擴張到焊接支承位置時以連接成連續(xù)的形式對接在一起。
在如坎寧漢姆專利中公開的裝置中，從液壓操縱系統(tǒng)中漏油會污染焊接接口區(qū)域，進而產(chǎn)生焊接缺陷。而且，不正確地內(nèi)貼合環(huán)塊會由于活塞或控制閥出故障而產(chǎn)生。另外，只要管子稍有不圓或有突起，具有固定曲率的九十度弧的環(huán)塊就不會使支承件接觸面和管子內(nèi)表面處良好貼合。流體驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障是一個特別令人頭痛的問題，這是由于該系統(tǒng)的操作者在焊接開始前不能很容易地了解到位于管子內(nèi)的支承是否處于正確位置。
在采用帶有終端徑向漸縮橫截面的環(huán)塊的支承系統(tǒng)中，支承環(huán)厚度的減小會造成使焊接熔池正確冷凝的散熱片不足。
本發(fā)明的第一個目的是設置一種能為正確冷凝焊接熔池提供足夠散熱片的焊接支承系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二個目的是消除或減少焊接接口區(qū)域的油污染。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種在焊接支承系統(tǒng)的環(huán)塊和管子內(nèi)表面之間的良好貼合。
本發(fā)明的第四個目的是減少焊接支承系統(tǒng)的可能發(fā)生的故障。
按照本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，包括一個支承環(huán)塊的焊接支承機構(gòu)彈性安裝到一支架上，該支架適宜于連接并運動一管內(nèi)校準夾具的兩套以軸為中心隔開的壓緊件之一。尤其是，多個支承機構(gòu)可連接到一套壓緊件上以使由多個環(huán)塊組成的整個支承環(huán)在壓板于管子貼合時能正確靠在焊接口上。
每一焊接支承機構(gòu)包括一弧形塊、一支承板及將環(huán)塊安裝到支承板上并轉(zhuǎn)動地偏置環(huán)塊的裝置，該裝置響應環(huán)塊繞環(huán)塊弧徑向軸轉(zhuǎn)動的位移。安裝和偏置裝置最好為一扭簧并最好包括一相對于弧形環(huán)塊徑向定位的桿及傾向于徑向的彈簧以適應待焊接的管子內(nèi)表面的變化。
每一環(huán)形塊貫穿全長為一弧形板，終端分別與相鄰環(huán)形塊的終端互補。環(huán)形塊的位置應使相鄰形塊終端通過繞徑向軸相互靠著滑動旋轉(zhuǎn)同時運動到徑向以構(gòu)成連續(xù)連接形式。相鄰的環(huán)形塊終端的位置應使當焊接支承處于擴張位置時其主弧軸線位于同一平面中當焊接支承徑向處于非擴張位置時其主弧軸線與共同平面斜交或偏移。
表征本發(fā)明的各個新的特征在附加的并構(gòu)成本說明書一部份的權(quán)利要求
書中詳細指出。為了更好地理解本發(fā)明，其操作優(yōu)越性及通過其使用而達到的其他目的應參見附圖和下述本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述。
在構(gòu)成本說明書一部份的附圖中，圖中參考號代表同樣的或貫穿整個說明書的相同的另件。
圖1是按照本發(fā)明的一優(yōu)選的實施例的一支承環(huán)塊和支承支架裝置的部份為截面的側(cè)視圖;
圖2是圖1中裝置的部分斷開部分截面的端視圖，其中環(huán)塊表示為透視圖;
圖3是按照本發(fā)明另一實施例的支承環(huán)塊和支承支架裝置部分截面的側(cè)視圖;
圖4是圖3中裝置部分斷開部分截面的端視圖，其中環(huán)塊表示為透視圖;
圖5是按照本發(fā)明支承環(huán)塊繞徑向軸線轉(zhuǎn)動定位的平面圖示;
圖6是圖5中沿6-6線方向看支承塊在壓制成弧狀前的正視圖;
圖7是按照本發(fā)明又一實施例的類似圖4中支承環(huán)塊和支承支架裝置的端視圖。
圖1和2表明了體現(xiàn)本發(fā)明的焊接支承機構(gòu)10。焊接支承機構(gòu)連接到公開在上述美國3937382號專利中的管內(nèi)校準夾具上，該結(jié)構(gòu)的細節(jié)此處還要引為參考。夾緊件在本申請附圖的圖1和圖3中用號50表示，在上述專利圖3中用號28表示。應該懂得，焊接支承機構(gòu)10并不限于使用上述專利公開的具有特殊結(jié)構(gòu)細節(jié)的壓板的管內(nèi)校準夾具。
支承機構(gòu)10包括弧形支承環(huán)塊12，該塊貫通一弧段，終止在支承環(huán)處于焊接支承位置時構(gòu)成與相鄰的環(huán)塊終端互補的終端。弧形環(huán)塊12有一普遍凸起的長的上表面13以對管子內(nèi)表面沿周邊延伸的部分定位，該件還有一普遍下凹的長的下表面15，下表面大致平行上表面13延伸，環(huán)塊還包括長的側(cè)面17和19及端部或端面21和23，它們與表面13和15斜交使得該兩面可沿圖5中61所示相對于清楚地在圖5中以62表示的環(huán)塊的主弧線軸成45°的方向伸展以提供楔形終端，因此，在圖2中以63表示的整個環(huán)塊厚度可設置或其每一終端及整個塊長均靠緊焊接接口處以為焊接熔池冷凝提供足夠的支承材料，因而，環(huán)塊可象如下描述的那樣擴張和收縮。當然，角61并不限于45°，而是可根據(jù)特殊支承機構(gòu)要求選取更大或更小的角度也可采用本發(fā)明所屬技術領域：
普遍專業(yè)人員共知的工程技術原理來確定角度。
為了便于理解，如圖6所示，環(huán)塊12為未壓成弧形時的情況，端面21和23最好向內(nèi)傾斜一小角度，大約1至3度(如81所示)，當該兩端面分別從上表面13延伸到下表面15時就可使上表面13靠緊管子內(nèi)壁形成連續(xù)接觸，這種接觸是通過保證一對環(huán)塊之間的接觸總是發(fā)生在上表面13處而實現(xiàn)的。
在操作中，多個焊接支承機構(gòu)10機構(gòu)連接到夾緊件50上或每個管內(nèi)校準夾具的夾緊件上，同時沿徑向運動。多個環(huán)塊12逐個按端對端接觸的連續(xù)方式安裝以繞用25表示的位于徑向擴張時位置之間的各自的徑向軸線旋轉(zhuǎn)，徑向擴張位置于圖5中以實線64表示，在圖5中相鄰的終端21和23實際上在其整個表面都處于一種鄰接關系，外凸表面13鄰接待焊接的接口兩邊管子的內(nèi)表面65和66并且環(huán)塊的主弧線軸62位于圖5中28表示的共同平面中，該面為管端焊接接口的徑向平面，圖5中以虛線67表示的收縮位置中，鄰接的環(huán)塊繞各自的軸25旋轉(zhuǎn)位移，使得相鄰的終端21和23在其各自的每個表面僅有一部分處于鄰接關系且環(huán)塊此時互相斜交或偏移使每一環(huán)塊的主弧線軸62沿著相對平面28構(gòu)成如29表示的一定角度約5或10度的方向。下面將對支承機構(gòu)的操作進行更詳細描述。
支承機構(gòu)10還包括一支承板20、一最好帶扭簧30的裝置和一長的立柱14用以將環(huán)塊12安裝到支承板20上使環(huán)塊可相對支承板運動并用以偏移環(huán)塊12使其繞環(huán)塊弧形的徑向軸25旋轉(zhuǎn)。
立柱14從環(huán)塊12的下凹表面15沿徑向向內(nèi)延伸。立柱14適于與支承板20內(nèi)的孔80滑動配合(下文中將描述)以使環(huán)塊12徑向運動正確地靠緊在管子內(nèi)表面上。在圖1到圖4所示的本發(fā)明的實施例中，校準立柱14包括一階梯形圓柱。該圓柱有一大直徑圓柱段16連接到小直徑圓柱段18上，柱18建立在柱16的中心以限定一肩部68，小直徑圓柱18在其下端通過支承板20的底端。相對于校準立柱14垂直延伸的支承板20用適當?shù)臋C械結(jié)構(gòu)連接到徑向運動的夾緊件50上如一管子內(nèi)夾具的活塞桿，該件通過任何適當?shù)臋C械裝置如螺紋接頭或螺釘與支承板連接，該連接是根據(jù)本發(fā)明所屬技術領域：
普遍專業(yè)人員共知的原理設計的。
支承板20包括一開口圓柱帽22，小直徑圓柱18伸過帽底壁69上的孔，環(huán)塊12彈性偏置，在螺旋彈簧24作用下沿徑向朝著和離開管壁運動。彈簧在壓縮狀態(tài)下繞在下圓柱部分18上并與其共軸安裝同時作用于大直徑圓柱肩68和帽22的下壁69之間。一止動件如擋圈26或螺母安裝到軸18上，處于帽22外面的自由端上。止動件26抵住帽22外表面并阻止立柱14由于螺旋彈簧24的力而向上運動。
扭簧30具有繞上部圓柱16并與其同軸的中間螺旋段還具有分別通過支承板20上的孔和環(huán)塊外套32安裝在支承板20上的第一端和安裝在環(huán)塊12上的第二端，如圖，1和2所示，或通過將該兩端分別靠在支承板20和環(huán)塊外套44上如圖3和4所示。
在圖1和圖2所示的實施例中。如圖1所示，從垂直于主弧線62的平面內(nèi)看，環(huán)塊12具有大致為梯形的截面形狀，在下凹表面15處為較大的底面。環(huán)快12和立柱14安裝在外套32上。環(huán)塊固定在立柱14頂端在外套32與環(huán)塊一個表面17處的互補表面和支承環(huán)夾緊楔板34與環(huán)塊另一個表面19處的互補表面之間為楔形配合關系。楔板由帶帽螺釘35固定到外套32上，螺釘穿過楔板擰入外套32底座上，當螺釘擰緊時，楔板34與環(huán)塊構(gòu)成楔形嚙合。
在圖3和圖4的可供選擇的實施例中，環(huán)塊42具有一從垂直于主弧線62的平面內(nèi)看大致為矩形的截面。環(huán)塊42與槽或U形外套44通過螺釘46和48連接，而螺釘橫向延伸與環(huán)塊42頂合。
扭簧30起到促使環(huán)塊12或42繞徑向軸25朝位置64轉(zhuǎn)動的作用，環(huán)塊在圓周上從位置67起到該位置處互相對齊，在67處，環(huán)塊相對其最后的圓周位置是斜交的。
支承板20安裝到管內(nèi)校準夾具的夾緊件50上，該夾具可在徑向朝著和背離待焊接的管子內(nèi)表面運動，因此，同時焊接支承機構(gòu)也可沿徑向運動以致可因此而減少焊接區(qū)域的油污染或減少導致環(huán)塊靠著管端的錯誤定位的焊接支承機構(gòu)的故障。多個支承環(huán)機構(gòu)安裝在選定的夾緊件上以致形成實際上布滿整個焊接接口圓周路線上連續(xù)的支承環(huán)。
在操作過程中，多個支承機構(gòu)連接在兩個軸線分開的隨內(nèi)校準夾具而徑向擴張和收縮的夾緊件之一上。焊接支承機構(gòu)最好裝到用來壓緊管子的最后一個夾緊件上。這樣，夾緊件50的運動就會帶動支承板20運動，因而帶動支承環(huán)塊12或42徑向向外到達靠緊管子焊接接口內(nèi)表面的邊緣處。
焊接管子的支承環(huán)包括一組環(huán)塊12或42，在遍布整個圓周路線上環(huán)塊按照端對端的關系逐個安裝，在徑向收縮位置，環(huán)塊12與管子表面脫離接觸，這時，全部環(huán)塊必須適合構(gòu)成一圓周，該圓周小于環(huán)塊處于擴張位置與管子內(nèi)表面貼合時的圓周。在機構(gòu)10中，當環(huán)塊沿徑向向外運動到達大圓周時，扭簧30動作使環(huán)塊12或42繞各自軸線25轉(zhuǎn)動并在圓周上相互準直，在該圓周上，相鄰終端21和23在其大致整個表面都處于鄰接關系。如同前述，端面21和23為楔形以允許環(huán)塊在圓周方向上，即，當環(huán)塊在收縮過程中繞軸線25旋轉(zhuǎn)時在平行于焊口方向上伸長一個很小距離。在收縮過程中，環(huán)塊變成小圓周的運動迫使端面21和23互相抵著滑動以反抗扭簧30的力以適應將圓周縮小。
壓簧24向環(huán)塊12或42提供相對于支架20的彈性徑向運動以適應不同的管直徑并使環(huán)塊可靠地與管子表面接觸。如果環(huán)塊不是彈性地靠緊管子表面，當環(huán)塊靠緊管壁時，環(huán)塊或支承機構(gòu)的其他部分就會破裂。
圖7表明了本發(fā)明裝置的可供選擇的實施例，該裝置對環(huán)塊79施加一彈性力使其沿徑向離開支承板。在此實施例中，設置一環(huán)塊外套70，一自環(huán)塊徑向延伸的立柱71，一扭簧72，一帶有孔74以接受立柱的支承板73，類似于圖1至圖4中的外套32、立柱14、扭簧30、支承板20和孔80。當孔74一端裝入立柱71，另一相對端裝上螺栓75，螺栓桿延伸到立柱并用螺紋與立柱71擰在一起。孔74可在其裝入螺栓的一端靠肩部76變窄使其直徑僅稍大于螺栓75桿部的直徑。螺栓75上可裝上墊圈77。在立柱71和肩部76之間繞著螺栓桿75裝有多個彈性件78，通常稱做盤形墊圈，這些墊圈一齊動作起到促使立柱71沿徑向離開支承板73的彈簧作用。該件78為非平面的環(huán)狀墊圈形件，其徑向外圓周部分與其他墊圈的相應部分相鄰并彈性地壓在其上，中心部分與其他墊圈的相應部分相鄰并彈性地壓在其上共同起到彈簧的作用。盤形墊圈的使用在提供彈簧力的大小上有一定靈活性，這只需通過加減盤形墊圈個數(shù)就能達到。而由螺栓75通過螺紋與立柱71的擰合可調(diào)整立柱71的馳張位置。
由于焊接支承機構(gòu)本身并不需要單獨的空氣或液壓驅(qū)動裝置，先有技術中產(chǎn)生的液壓油污染問題就可避免。而且，對隔離那些會產(chǎn)生故障的液壓系統(tǒng)閥門和/或油缸的附加要求也可避免。環(huán)塊在徑向整個其長度上具有充足的厚度以使熔池充分冷凝。使用多個短環(huán)塊可在支承和待焊接管子內(nèi)表面之間提供更好的配合。例如，為焊接具有三十六英寸直徑的管子，典型的支承環(huán)可包括二十個環(huán)塊，這些環(huán)塊在收縮位置以五至十度角與圓周方向傾斜并成一直線。
使用機械方式安裝到夾緊件上的焊接支承機構(gòu)還能可靠地固定環(huán)塊的位置，因此，消除了人員操作校準系統(tǒng)的懷疑以保證支承的正確定位。
本發(fā)明的一些特征可在不使用其他特征時獲得益處。而通過本發(fā)明獨特的實施例詳細地描述和展示了表明本發(fā)明原理的使用。當然，本發(fā)明可在不背離這些原理的條件下實施。
權(quán)利要求
1.一焊接支承機構(gòu)包括一弧形支承環(huán)塊、一支承板和將環(huán)塊安裝到支承板上的裝置及偏置環(huán)塊使其繞環(huán)塊弧段徑向軸旋轉(zhuǎn)的裝置。
2.按照權(quán)利要求
1的焊接支承機構(gòu)，其中，安裝和偏置裝置包括裝在支承板和環(huán)塊之間的扭簧裝置。
3.按照權(quán)利要求
2的焊接支承機構(gòu)，其中，還包括對環(huán)塊施加彈性力使其沿向離開支承板的裝置。
4.按照權(quán)利要求
3的焊接支承機構(gòu)，其中，還包括一環(huán)塊外套和一與該外套固定連接的立柱，上述施力裝置包括一開口的圓柱帽，該帽連接到支承板上以緊密和滑動的方式與立柱配合，施力裝置還包括一帽內(nèi)的彈性裝置驅(qū)動的立柱使外套沿離開支承板的方向運動。
5.按照權(quán)利要求
4的焊接支承機構(gòu)，其中，立柱延伸過整個帽到其另一端并包括一肩部，上述彈性裝置包括一以壓縮方式裝入帽內(nèi)肩部和帽的相對端之間的彈簧裝置和阻止立柱沿徑向穿出帽相對端的運動的保持裝置。
6.按照權(quán)利要求
4的焊接支承機構(gòu)，其中，彈性裝置包括多個以壓縮方式位于帽內(nèi)處于立柱和帽端之間的盤形彈簧和從帽端延伸至立柱并與立柱用螺紋擰合以阻止立柱從帽端沿徑向運動的螺栓裝置。
7.按照權(quán)利要求
6的焊接支承機構(gòu)，其中，環(huán)塊外套包括分開夾緊環(huán)塊的裝置。
8.按照權(quán)利要求
7的焊接支承機構(gòu)，其中，夾緊裝置包括一模塊和當將環(huán)塊模面配合裝入模塊和外套之間時將模塊剛性裝到外套上的裝置。
9.按照權(quán)利要求
1的焊接支承機構(gòu)還包括對環(huán)塊施加彈性力使其沿徑向離開支承板的裝置。
10.按照權(quán)利要求
9的焊接支承機構(gòu)還包括一環(huán)塊外套和一固定連接到外套上的立柱，上述施力裝置包括一連接到支承板上的開口圓柱帽，它以緊密和滑動方式將立柱和彈性裝置納入帽內(nèi)以促使立柱在離開支承板方向上驅(qū)動外套。
11.按照權(quán)利要求
10的焊接支承機構(gòu)，其中，彈性裝置包括多個以壓縮方式位于帽內(nèi)在立柱和帽端之間的彈性裝置和從帽端延伸到立柱并用螺紋擰在立柱上阻止立柱從帽端沿徑向運動的螺栓裝置。
12.一沿圓周焊接圓柱管的管內(nèi)焊接支承和校準夾裝置，其裝置包括一帶有多個分布在管內(nèi)的夾緊件的夾具，沿徑向朝著和背離管子內(nèi)表面運動夾緊件的裝置和多個焊接支承環(huán)塊，每一環(huán)塊貫穿整個弧線長度并終止于相鄰環(huán)塊成互補形狀的終端，所作的改進包括將至少一個焊接支承環(huán)塊連接到其中一個夾緊件上以沿徑向在收縮和擴張位置之間運動的支承裝置，收縮位置是環(huán)塊與管子內(nèi)表面脫離接合，擴張位置是環(huán)塊與管子內(nèi)表面接合，環(huán)塊安裝到支承件上并定位于使相鄰環(huán)塊終端連續(xù)滑動接觸并適于當環(huán)塊同時沿徑向軸運動時使其繞每一環(huán)塊弧板的徑向軸線轉(zhuǎn)動，環(huán)塊的主弧線軸當于擴張位置時其主弧線軸與共同平面構(gòu)成一角度，該裝置還包括當環(huán)塊處在擴張位置時使環(huán)塊繞各自的軸旋轉(zhuǎn)從而使環(huán)塊主弧線軸位于共同平面內(nèi)的裝置。
13.按照權(quán)利要求
12的裝置，其中，促使環(huán)塊旋轉(zhuǎn)的裝置包括插入環(huán)塊和支承裝置之間的彈簧裝置。
14.按照權(quán)利要求
13的裝置，其中，上述彈簧裝置包括一扭簧。
15.按照權(quán)利要求
14的裝置，其中，支承裝置包括一固定連接到夾緊裝置上的板、一沿徑向伸出位于該板和一個環(huán)塊之間的立柱和用彈簧力使環(huán)塊沿徑向離開該板的裝置。
16.按照權(quán)利要求
15的裝置，其中，彈性裝置包括多個以壓縮狀態(tài)處于該板和立柱之間的盤形墊圈，螺栓裝置通過螺紋和立柱擰合以阻止立柱從板子處沿徑向運動。
17.按照權(quán)利要求
15的裝置，其中，彈性裝置包括一以壓縮狀態(tài)插入板子和立柱之間的彈簧以在促使環(huán)塊背離板子的方向上偏置立柱。
18.按照權(quán)利要求
17的裝置，其中，立柱包括一肩部而彈簧包括螺旋彈簧，螺旋彈簧處于壓縮狀態(tài)并繞立柱共軸設置同時與肩部接合。
19.按照權(quán)利要求
12的裝置，其中，支承裝置包括一固定連接到夾緊裝置上的支承板，一沿徑向伸出的位于支承板和一環(huán)塊之間的立柱和靠彈力促使環(huán)塊沿徑向離開支承板的裝置。
20.按照權(quán)利要求
19的裝置，其中，彈性裝置包括多個以壓縮方式位于支承板和立柱之間的盤形墊圈和通過螺紋和立柱擰合以阻止立柱從支承板沿徑向運動的螺栓裝置。
專利摘要
一焊接支承機構(gòu)包括一弧形支承環(huán)塊，通過彈簧安裝到支承板上以進行轉(zhuǎn)動位移。多個支承機構(gòu)安裝到管內(nèi)校準夾具的夾緊件上以進行徑向擴張和收縮。
文檔編號B23K37/04GK85105922SQ85105922
公開日1987年2月25日 申請日期1985年8月5日
發(fā)明者理查德·B·格溫, 菲利普·H·馬寧格 申請人:麥克德莫特國際公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan