CN115229427A - System and method for welding pipe sections of pipeline - Google Patents
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Abstract
一种用于焊接两个管的系统包括第一管夹、第二管夹、焊炬、检查检测器、马达、一个或多个处理器以及研磨机。所述焊炬被配置成在所述管之间的界面区域处在所述管之间形成焊接接头。所述检查检测器被配置成发射检查辐射束。所述马达与所述检查检测器可操作地相关联,以沿着所述管之间的所述焊接接头引导所述检查辐射束。所述一个或多个处理器与所述检查检测器可操作地相关联以确定所述管之间的所述焊接接头的轮廓。所述研磨机被配置成基于所述管之间的所述焊接接头的所述轮廓来研磨所述管之间的所述焊接接头的至少一部分。
A system for welding two pipes includes a first pipe clamp, a second pipe clamp, a welding torch, an inspection detector, a motor, one or more processors, and a grinder. The welding torch is configured to form a welded joint between the tubes at an interface region between the tubes. The inspection detector is configured to emit a beam of inspection radiation. The motor is operably associated with the inspection detector to direct the inspection radiation beam along the welded joint between the tubes. The one or more processors are operably associated with the inspection detector to determine a profile of the welded joint between the tubes. The grinder is configured to grind at least a portion of the welded joint between the tubes based on the profile of the welded joint between the tubes.
Description
本申请为专利申请案(国际申请日2017年7月18日,申请号201780003163.7,发明名称为“用于焊接管道的管段的系统和方法”)的分案申请。This application is a divisional application of a patent application (international filing date July 18, 2017, application number 201780003163.7, invention title "system and method for welding pipe sections of pipes").
技术领域technical field
本专利申请涉及用于焊接管或管道的管段的系统和方法。The present patent application relates to systems and methods for welding pipe or pipe sections.
背景技术Background technique
管道系统可以包括很长一段管部分或管段(例如,数英里管段),所述管部分或管段包括钢、不锈钢或其他类型的金属,所述管系统用于在两个位置之间输送诸如水、油和天然气等的流体(例如,从可能是基于陆地或水的来源到合适的存储位置)。管道系统的构造通常涉及经由焊接接头将合适直径和长度尺寸的管段连接在一起,例如能够为连接的管段提供液密密封。Piping systems may include long lengths of pipe sections or lengths (eg, miles of pipe) comprising steel, stainless steel, or other types of metals used to transport, for example, water between two locations , oil and natural gas, etc. (eg, from a source that may be land or water based to a suitable storage location). The construction of piping systems typically involves joining together pipe sections of suitable diameter and length dimensions via welded joints, eg, capable of providing a liquid-tight seal to the joined pipe sections.
在形成两个管或管段(例如,具有相同或类似的横截面尺寸的两个管段)之间的焊接接头期间,一个管部分或管段的端部与另一个管部分或管段的端部紧邻或接触。管段相对于彼此保持,并且形成焊接接头以使用合适的焊接工艺连接管段的两个端部。在焊接完成并清洁后,可以检查焊接。During the formation of a welded joint between two pipes or pipe sections (eg, two pipe sections having the same or similar cross-sectional dimensions), the end of one pipe section or pipe section is in close proximity to the end of the other pipe section or pipe section or touch. The pipe sections are held relative to each other and welded joints are formed to connect the two ends of the pipe sections using a suitable welding process. After the soldering is complete and cleaned, the soldering can be inspected.
本专利申请提供了对现有技术系统和方法的改进。The present patent application provides improvements over prior art systems and methods.
发明内容SUMMARY OF THE INVENTION
本专利申请的一个方面提供了一种用于焊接两个管的系统。所述系统包括第一管夹、第二管夹、焊炬、检查检测器、马达、一个或多个处理器以及研磨机。第一管夹被配置成啮合第一管的外表面以使得第一管夹能够相对于第一管固定。第二管夹被配置成啮合第二管的外表面以使得第二管夹能够相对于第二管固定。焊炬被配置成在管之间的界面区域处在管之间形成焊接接头。检查检测器被配置成发射检查辐射束。马达与检查检测器可操作地相关联,以沿着管之间的焊接接头引导检查辐射束。所述一个或多个处理器与检查检测器可操作地相关联以确定管之间的焊接接头的轮廓。研磨机被配置成基于管之间的焊接接头的轮廓来研磨管之间的焊接接头的至少一部分。One aspect of the present patent application provides a system for welding two pipes. The system includes a first pipe clamp, a second pipe clamp, a welding torch, an inspection detector, a motor, one or more processors, and a grinder. The first tube clip is configured to engage the outer surface of the first tube to enable the first tube clip to be secured relative to the first tube. The second tube clip is configured to engage the outer surface of the second tube to enable the second tube clip to be secured relative to the second tube. The welding torch is configured to form a welded joint between the tubes at the interface region between the tubes. The inspection detector is configured to emit a beam of inspection radiation. A motor is operably associated with the inspection detector to direct a beam of inspection radiation along the welded joint between the tubes. The one or more processors are operably associated with an inspection detector to determine a profile of the welded joint between the tubes. The grinder is configured to grind at least a portion of the welded joint between the tubes based on the profile of the welded joint between the tubes.
本专利申请的另一个方面提供了一种用于焊接两个管的系统。所述系统包括管夹组件、焊炬和包封体。管夹组件包括第一管夹和第二管夹。第一管夹被配置成啮合第一管的外表面以使得第一管夹能够相对于第一管固定。第二管夹被配置成啮合第二管的外表面以使得第二管夹能够相对于第二管固定。焊炬可操作地连接到管夹组件,并且被配置成在管之间的界面区域处在管之间形成焊接接头。包封体可操作地连接到管夹组件,并且被配置成包封焊炬和管之间的界面区域。Another aspect of the present patent application provides a system for welding two pipes. The system includes a pipe clamp assembly, a welding torch, and an enclosure. The pipe clamp assembly includes a first pipe clamp and a second pipe clamp. The first tube clip is configured to engage the outer surface of the first tube to enable the first tube clip to be secured relative to the first tube. The second tube clip is configured to engage the outer surface of the second tube to enable the second tube clip to be secured relative to the second tube. A welding torch is operably connected to the pipe clamp assembly and is configured to form a welded joint between the pipes at an interface region between the pipes. An envelope is operably connected to the tube clamp assembly and is configured to envelope an interface region between the torch and the tube.
本专利申请的另一个方面提供了一种用于焊接两个管的系统。所述系统包括:第一管夹,其被配置成啮合第一管的外表面以使得第一管夹能够相对于第一管固定;第二管夹,其被配置成啮合第二管的外表面以使得第二管夹能够相对于第二管固定;焊炬,其被配置成在管之间的界面区域处在管之间形成焊接接头;以及检查检测器,其被配置成发射检查辐射束。Another aspect of the present patent application provides a system for welding two pipes. The system includes: a first pipe clamp configured to engage an outer surface of the first pipe to enable the first pipe clamp to be secured relative to the first pipe; a second pipe clamp configured to engage an outer surface of the second pipe a surface to enable the second pipe clamp to be secured relative to the second pipe; a welding torch configured to form a welded joint between the pipes at an interface region between the pipes; and an inspection detector configured to emit inspection radiation bundle.
本专利申请的这些和其他方面以及结构的相关元件的操作方法和功能以及零件的组合和制造经济性将在参考附图考虑以下描述和所附权利要求时变得更加显而易见,所有这些形成本说明书的一部分,其中相似的参考标记在各个附图中表示对应的零件。在本专利申请的一个实施方案中,本文示出的结构部件是按比例绘制的。然而,应当明确理解,附图仅用于说明和描述的目的,而不意图作为对本专利申请的限制的定义。还应当理解,本文公开的一个实施方案的特征可以用在本文公开的其他实施方案中。如在说明书中和权利要求书中所使用,除非上下文另有明确指出,否则单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数指代物。另外,如说明书和权利要求书中所使用,除非上下文另有明确规定,否则术语“或”意指“和/或”。还应当理解,本文讨论的一些部件和特征可以仅结合一个(单数个)这样的部件来讨论,并且出于减少冗余,可以在本文公开的另外的相似部件可能不被详细讨论。仅举例来说,在描述单个焊炬的情况下,相同的构型可以用于本文描述的相同系统中(例如,外部焊接系统中)提供的另外的焊炬。These and other aspects of the present patent application, as well as the method of operation and function of the related elements of structure and the combination of parts and economics of manufacture, will become more apparent upon consideration of the following description and appended claims with reference to the accompanying drawings, all of which form this specification part of , wherein like reference numerals refer to corresponding parts throughout the various figures. In one embodiment of the present patent application, structural components shown herein are drawn to scale. It should be expressly understood, however, that the drawings are for purposes of illustration and description only and are not intended to serve as a definition of limitations to this patent application. It should also be understood that features of one embodiment disclosed herein may be utilized in other embodiments disclosed herein. As used in the specification and the claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In addition, as used in the specification and the claims, the term "or" means "and/or" unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that some components and features discussed herein may be discussed in conjunction with only one (singular) of such components and that additional similar components that may be disclosed herein may not be discussed in detail in order to reduce redundancy. By way of example only, where a single torch is described, the same configuration may be used for additional torches provided in the same system described herein (eg, in an external welding system).
附图说明Description of drawings
图1示出了根据本专利申请的实施方案的用于焊接两个管的系统的透视图;Figure 1 shows a perspective view of a system for welding two pipes according to an embodiment of the present patent application;
图2示出了图1的系统的另一个透视图,其中为了清楚起见未示出焊炬和焊炬安装系统;Figure 2 shows another perspective view of the system of Figure 1 with the torch and torch mounting system not shown for clarity;
图3示出了根据本专利申请的实施方案的系统的两个管夹中的一个的透视图,其中所述管夹处于其关闭位置;Figure 3 shows a perspective view of one of the two pipe clamps of the system according to an embodiment of the present patent application, wherein the pipe clamp is in its closed position;
图4示出了图3的管夹处于其打开位置时的透视图;Figure 4 shows a perspective view of the pipe clamp of Figure 3 in its open position;
图5和图6示出了图3的管夹的部分横截面视图,其中致动器和夹具滑块在图5中处于其缩回位置,并且致动器和夹具滑块在图6中处于其延伸位置;5 and 6 show partial cross-sectional views of the pipe clamp of FIG. 3 with the actuator and clamp slider in their retracted positions in FIG. 5 and the actuator and clamp slider in FIG. 6 its extended position;
图7和图8示出了根据本专利申请的实施方案的被配置成锁定管夹的可枢转/可移动部分的锁定机构的横截面视图,其中锁定机构在图7中处于释放位置并且在图8中处于锁定位置;7 and 8 illustrate cross-sectional views of a locking mechanism configured to lock a pivotable/movable portion of a pipe clamp according to an embodiment of the present patent application, wherein the locking mechanism is in a released position in FIG. 7 and in in the locked position in Figure 8;
图9、图10和图11示出了根据本专利申请的另一个实施方案的锁定机构的横截面视图,所述锁定机构被配置成锁定管夹的可枢转/可移动部分和致动器的可枢转/可移动部分,其中锁定机构在图9中处于释放位置,并且在图10和图11中处于锁定位置;Figures 9, 10 and 11 show cross-sectional views of a locking mechanism configured to lock the pivotable/movable portion of the pipe clamp and the actuator according to another embodiment of the present patent application The pivotable/movable part of the , wherein the locking mechanism is in the released position in Figure 9 and in the locked position in Figures 10 and 11;
图12示出了根据本专利申请的另一个实施方案的系统的两个管夹中的一个的透视图,其中所述管夹处于其关闭位置;Figure 12 shows a perspective view of one of the two pipe clamps of a system according to another embodiment of the present patent application, wherein the pipe clamp is in its closed position;
图13示出了图12的管夹处于其打开位置时的透视图;Figure 13 shows a perspective view of the pipe clamp of Figure 12 in its open position;
图14和图15示出了图12的管夹的部分横截面视图,其中致动器和夹具滑块在图14中处于其缩回位置,并且致动器和夹具滑块在图15中处于其延伸位置;14 and 15 show partial cross-sectional views of the pipe clamp of FIG. 12 with the actuator and clamp slider in their retracted positions in FIG. 14 and the actuator and clamp slider in FIG. 15 its extended position;
图16和图17示出了图12的管夹的部分横截面视图,其中示出了根据本专利申请的一个实施方案的在夹具滑块之间的互锁机构;16 and 17 show partial cross-sectional views of the pipe clamp of FIG. 12 showing an interlock mechanism between clamp sliders according to an embodiment of the present patent application;
图18和图19示出了焊炬安装系统,其中所述焊炬安装系统在图18中处于其关闭位置,并且焊炬安装系统在图19中处于其打开位置;Figures 18 and 19 show the torch mounting system with the torch mounting system in its closed position in Figure 18 and the torch mounting system in its open position in Figure 19;
图20示出了图18的焊炬安装系统的部分透视图;Figure 20 shows a partial perspective view of the torch mounting system of Figure 18;
图21示出了根据本专利申请的实施方案的处于焊接位置的焊炬;Figure 21 shows a welding torch in a welding position according to an embodiment of the present patent application;
图22示出了根据本专利申请的实施方案的定位成径向远离管的焊炬;Figure 22 shows a welding torch positioned radially away from a tube according to an embodiment of the present patent application;
图23示出了根据本专利申请的实施方案的处于最左侧轴向位置的焊炬;Figure 23 shows the torch in the leftmost axial position according to an embodiment of the present patent application;
图24示出了根据本专利申请的实施方案的处于焊接位置的焊炬;Figure 24 shows a welding torch in a welding position according to an embodiment of the present patent application;
图25示出了根据本专利申请的实施方案的处于最右侧轴向位置的焊炬;Figure 25 shows the torch in the rightmost axial position according to an embodiment of the present patent application;
图26示出了根据本专利申请的实施方案的处于左倾位置的焊炬;Figure 26 shows the torch in a left tilted position according to an embodiment of the present patent application;
图27示出了根据本专利申请的实施方案的处于焊接位置的焊炬;Figure 27 shows a welding torch in a welding position according to an embodiment of the present patent application;
图28示出了根据本专利申请的实施方案的处于右倾位置的焊炬;Figure 28 shows the torch in a tilted right position according to an embodiment of the present patent application;
图29示出了根据本专利申请的实施方案的系统的部分横截面视图,其示出了焊炬模块,其中为清楚起见未示出系统的一些部件;29 shows a partial cross-sectional view of a system according to an embodiment of the present patent application, showing a torch module, with some components of the system not shown for clarity;
图30示出了系统的透视图,其中研磨机定位在焊接起点位置并且焊炬部分通过焊道,并且其中为了清楚起见未示出系统的一些部件;Figure 30 shows a perspective view of the system with the grinder positioned at the start of the weld and the torch partially passing through the weld bead, and with some components of the system not shown for clarity;
图31示出了根据本专利申请的实施方案的系统的透视图,其示出了研磨机的径向和轴向定位系统;Figure 31 shows a perspective view of a system according to an embodiment of the present patent application showing a radial and axial positioning system for a grinder;
图32示出了根据本专利申请的实施方案的系统的透视图,其示出了研磨机的径向定位系统。32 shows a perspective view of a system according to an embodiment of the present patent application showing a radial positioning system for a grinder.
图33示出了根据本专利申请的实施方案的系统的透视图,其示出了研磨机的轴向定位系统;Figure 33 shows a perspective view of a system according to an embodiment of the present patent application showing an axial positioning system for a grinder;
图34、图35和图36示出了根据本专利申请的实施方案的可以用于研磨机中的不同的研磨介质;Figures 34, 35 and 36 illustrate different grinding media that may be used in a grinder according to embodiments of the present patent application;
图37示出了根据本专利申请的实施方案的包封体的透视图,所述包封体被配置成包封焊炬、管夹和管之间的界面区域;37 shows a perspective view of an enclosure configured to encapsulate an interface region between a torch, a pipe clamp, and a pipe, according to an embodiment of the present patent application;
图38示出了根据本专利申请的实施方案的包封体的透视图,所述包封体的壁至少处于部分打开的位置;Figure 38 shows a perspective view of an enclosure with its walls in an at least partially open position, according to an embodiment of the present patent application;
图39示出了包封体的透视图,所述包封体的壁至少处于部分打开的位置,其中一些部件被移除以更清楚地示出包封体的框架;Figure 39 shows a perspective view of an enclosure with its walls in an at least partially open position with some components removed to more clearly show the enclosure's frame;
图39A示出了包封体的部分透视图,其中一些部件被移除以更清楚地示出包封体的其他部分;Figure 39A shows a partial perspective view of the enclosure with some components removed to more clearly show other portions of the enclosure;
图40和图41示出了根据本专利申请的实施方案的焊接包封体的透视图和部分横截面视图,所述焊接包封体被配置成包封焊炬和焊炬模块;40 and 41 illustrate perspective and partial cross-sectional views of a welding enclosure configured to enclose a welding torch and a torch module in accordance with embodiments of the present patent application;
图42-45示出了根据本专利申请的实施方案的用于部署系统的各种部署系统;42-45 illustrate various deployment systems for deploying systems in accordance with embodiments of the present patent application;
图46示出了用于对准管端的现有技术系统;Figure 46 shows a prior art system for aligning pipe ends;
图47示出了根据本专利申请的实施方案的用于对准管角的系统;47 illustrates a system for aligning tube corners according to embodiments of the present patent application;
图48和图49示出了根据本专利申请的实施方案,在使用用于对准管角的系统之前和之后,管端(在焊接接头处)之间的角度错位;Figures 48 and 49 illustrate the angular misalignment between pipe ends (at welded joints) before and after using the system for aligning pipe corners, according to embodiments of the present patent application;
图50示出了根据本专利申请的实施方案的安装在导轨通道上的开关触发器;Figure 50 shows a switch trigger mounted on a rail channel according to an embodiment of the present patent application;
图51和图52示出了根据本专利申请的实施方案的安装在导轨通道上的开关触发器以及安装在滑架上的对应的限位开关,其中图52示出了与开关触发器啮合的限位开关,并且图51示出了不与开关触发器啮合的限位开关;Figures 51 and 52 illustrate a switch trigger mounted on a rail channel and a corresponding limit switch mounted on a carriage in accordance with embodiments of the present patent application, wherein Figure 52 illustrates the switch trigger engaged limit switch, and Figure 51 shows the limit switch not engaged with the switch trigger;
图53和图54示出了本专利申请的系统,其中检查摄像机与检查检测器共同安装,使得检查摄像机瞄准管的外表面上的与检查检测器相同的点,图53和图54还示出了由检查检测器测量的接头位置与由焊炬焊接的接头位置之间的弧角是恒定的;以及Figures 53 and 54 show the system of the present patent application wherein the inspection camera is co-mounted with the inspection detector such that the inspection camera is aimed at the same point on the outer surface of the tube as the inspection detector, also shown in Figures 53 and 54 so that the arc angle between the joint position measured by the inspection detector and the joint position welded by the torch is constant; and
图55-59示出了根据本专利申请的实施方案的包封体的引导件,当包封体被降低或升起时,所述引导件使系统保持在管上方中心处。55-59 illustrate guides for an enclosure that keep the system centered over the tube when the enclosure is lowered or raised, according to embodiments of the present patent application.
具体实施方式Detailed ways
图1和图2示出了用于焊接两个管12和14的系统10。系统10包括第一管夹16、第二管夹18和焊炬20(如图21-27所示)。在一个实施方案中,如图30-33所示,系统10还包括检查检测器22、马达24、一个或多个处理器26和研磨机30。1 and 2 show a
在一个实施方案中,第一管夹16被配置成啮合第一管12的外表面32以使得第一夹具16能够相对于第一管12固定。在一个实施方案中,第二管夹18被配置成啮合第二管14的外表面34以使得第二管夹18能够相对于第二管14固定。In one embodiment, the
在一个实施方案中,焊炬20被配置成在管12和14之间的界面区域38(图21和图24)处在管之间形成焊接接头36(图21和图24)。在一个实施方案中,检查检测器22被配置成发射检查辐射束。在一个实施方案中,马达24与检查检测器22可操作地相关联,以沿着管12和14之间的焊接接头36引导检查辐射束。一个或多个处理器26与检查检测器22可操作地相关联以确定管12和14之间的焊接接头36的轮廓。研磨机30被配置成基于管12和14之间的焊接接头36的轮廓研磨管12和14之间的焊接接头36的至少一部分。In one embodiment, the
如本文使用的术语“轮廓”是用来指代管之间的焊接接头的物理属性的通用术语。术语“轮廓数据”指代对应于轮廓的数据,其可以从焊接接头获得。例如,可以通过用检查检测器(诸如激光器)扫描焊接接头来获得这样的数据。轮廓数据可以包含关于轮廓的许多类型的信息,这样的不同类型的信息在本文被称为“特性”。在一个实施方案中,管之间的焊接接头的物理属性可以包括例如以下各个中的一个或多个:焊接形状、焊接高度、焊接对称性、焊接宽度、焊接颜色和/或焊接平滑度。The term "profile" as used herein is a generic term used to refer to the physical properties of welded joints between pipes. The term "profile data" refers to data corresponding to a profile, which may be obtained from a welded joint. Such data can be obtained, for example, by scanning the welded joint with an inspection detector, such as a laser. Profile data may contain many types of information about profiles, such different types of information are referred to herein as "properties". In one embodiment, the physical properties of the welded joint between the tubes may include, for example, one or more of the following: weld shape, weld height, weld symmetry, weld width, weld color, and/or weld smoothness.
在一个实施方案中,管12、14在本文中可以可互换地被称为管段或管部分。In one embodiment, the
在一个实施方案中,第一管12和第二管14由金属材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14由碳钢材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14由合金钢材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14由低合金钢材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14是由耐腐蚀合金(CRA)材料制成(例如,完全或部分)。在一个实施方案中,CRA材料可以包括铁基合金,诸如各种等级的不锈钢或镍基合金(即,通常以商品名Inconel所公知)。在一个实施方案中,第一管12和第二管14可以由美国石油学会规范(API)5L等级X52(即,52000PSI最小屈服强度和66000PSI最小拉伸强度)材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14可以由API 5L等级X60(即,60000PSI最小屈服强度和75000PSI最小拉伸强度)材料制成。In one embodiment, the
在一个实施方案中,第一管12和第二管14可以由相同的材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14可以由不同的材料制成。在一个实施方案中,第一管12和第二管14可以由双金属材料制成。在一个实施方案中,管的内部部分由碳钢材料制成,而外部部分由CRA材料制成。在另一个实施方案中,管的内部部分是CRA材料,并且管的外部部分可以是碳钢材料或与内部部分不同的CRA材料。In one embodiment, the
在一个实施方案中,第一管12和第二管14各自具有至少10英尺的长度。在一个实施方案中,第一管12和第二管14各自具有在约10至约100,000,000英尺范围内的长度。在一个实施方案中,第一管12和第二管14具有60英寸或更小的外径。在一个实施方案中,管段的外径也可以被称为管段的外部直径。在一个实施方案中,第一管12和第二管14各自具有在约8至约10英寸范围内的外径。In one embodiment, the
在一个实施方案中,系统10是外部焊接系统,其通常被配置成从管12、14的外部焊接管12和14。在一个实施方案中,外部焊接系统可以被配置成在待焊接的管12、14的外部(例如,在接头处)提供保护气体。In one embodiment, the
在一个实施方案中,外部焊接系统可以包括焊接材料消耗装置。在一个实施方案中,焊炬20被构造和布置成将可消耗电极丝馈送或引导到焊接区域/区中。例如,图30中示出了送丝机和卷轴187。可消耗电极丝由源(例如,焊丝盘或焊丝卷轴)通过送丝系统提供。在一个实施方案中,焊炬20被构造和布置成连接到电源(例如,恒压电源)。在一个实施方案中,在可消耗电极丝与管12、14之间形成电弧,其加热焊丝和管12、14,使其熔化并接合。在一个实施方案中,与可消耗电极丝一起,通过焊炬20馈送保护气体,所述保护气体保护焊接程序使其不受空气中的污染物影响。在一个实施方案中,保护气体通过可以包括气杯的焊炬喷嘴被馈送到焊接区域/区。在一个实施方案中,电极可以延伸超出气杯的端部。在一个实施方案中,存储在系统10中的保护气体通过软管/保护气体管线被引导到送丝组件以分配到焊炬20。In one embodiment, the external welding system may include a welding material consuming device. In one embodiment, the
如本文所使用,术语“界面区域”指代待焊接在所述区域中的管12、14的表面,并且可选地在将沉积焊接材料的区域附近。如果设置了这样的坡口,则界面区域包括待焊接的两个管的坡口的至少一部分或者可选地整个坡口。在一个实施方案中,如果设置了坡口,则界面区域包括整个坡口表面并且还延伸超出坡口表面。在一个实施方案中,界面区域38是环形界面区域。在一个实施方案中,界面区域38在管12、14的与将进行焊接的地方相邻的区域处管12、14的外部上。As used herein, the term "interface region" refers to the surface of the
在一个实施方案中,管12和14的端部接合在一起以在其间形成焊接凹槽。在一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,焊接凹槽可以具有V形横截面配置、U形横截面配置或其他形状的横截面配置。在一个实施方案中,管12和14的端部可以包括坡口表面。在一个实施方案中,焊接材料被配置成连接第一管12和第二管14。In one embodiment, the ends of
在一个实施方案中,焊接接头36是沿周向端与端连接管12和14的完整的周向焊接。在一个实施方案中,管12和14在它们的坡口端部处被焊接在一起。In one embodiment, the weld joint 36 is a complete circumferential weld of the circumferential end-to-
在一个实施方案中,焊接接头36可以包括沿径向向外的方向设置在彼此顶部的多层焊接材料。在一个实施方案中,多层焊接材料可以被称为焊道层。在一个实施方案中,不同的焊道或焊层可以通过外部焊接系统10从管12和14的外部/外侧依序形成。焊道层在本文中可以可互换地被称为通道层。在一个实施方案中,焊道(例如,根部焊道、热焊道、填充焊道、盖面焊道)可以是焊接工具或焊接系统10沿着焊接接头36的单个前进。在一个实施方案中,由于每个焊道而形成焊珠或焊层。In one embodiment, the weld joint 36 may comprise multiple layers of weld material disposed on top of each other in a radially outward direction. In one embodiment, the multilayered weld material may be referred to as a weld bead layer. In one embodiment, different weld beads or layers may be formed sequentially from the outside/outside of
如本文使用的术语“管夹”可以指代用于固定地固定到管的表面(例如,管12、14的各自外表面32、34)的夹具结构。例如,所述夹具可以包括一个或多个夹具滑块52或其他支撑结构,所述夹具滑块或其他支撑结构被配置成与管的表面(例如,管12、14的各自外表面32、34)固定地啮合,以防止其移动。The term "pipe clamp" as used herein may refer to a clamp structure for fixedly securing to a surface of a pipe (eg, the respective
在一个实施方案中,管夹可以是肘节式夹具,这种类型的夹具的结构和操作示出在图3-11中并关于图3-11进行了描述。在另一个实施方案中,管夹可以是锥形夹具,此夹具的结构和操作示出在图12-17中并关于图12-17进行了描述。In one embodiment, the pipe clamp may be a toggle clamp, the structure and operation of this type of clamp is shown in and described with respect to FIGS. 3-11 . In another embodiment, the pipe clamp may be a conical clamp, the structure and operation of which is shown in and described with respect to FIGS. 12-17 .
图3和图4示出了第一管夹16。第二夹具18是第一管夹16的镜像。在一个实施方案中,第二管夹18的结构和操作与第一管夹16的结构和操作相同,因此此处将不再详细描述第二管夹18的结构和操作。3 and 4 show the
在一个实施方案中,外部焊接系统10的夹具16和18可以单独或一起被称为外部焊接系统10的制动系统,其将外部焊接系统10固定在管12、14上的期望位置。在一个实施方案中,夹具16、18是径向延伸的夹具,其分别啮合管12和14的外表面以固定外部焊接系统10使其不移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,第一和第二管夹16和18中的每一个包括非枢转(或固定)部分44、44a或44b以及两个枢转或可移动部分46、46a或46b和48、48a或48b。在一个实施方案中,非枢转部分44定位在夹具的顶部部分上,并且两个枢转或可移动部分46和48定位在非枢转部分44的每一侧上。In one embodiment, each of the first and second pipe clamps 16 and 18 includes a non-pivoting (or fixed)
在一个实施方案中,如图1和图2所示,第一夹具16和第二夹具18的顶部固定/非枢转部分44可以各自包括提升点287。在一个实施方案中,第一夹具16和第二夹具18可以各自通过提升点287从一个位置提升到另一个位置,以提供可容易移除的夹具。在一个实施方案中,可以使用高架起重机或类似的提升机构并通过将缆绳附接到提升点287提升第一夹具16和第二夹具18并将其从一个位置移动到另一个位置。在一个实施方案中,第一夹具16和第二夹具18可以各自被吊起以放置在管上或从管上移除。In one embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2 , the top stationary/
在一个实施方案中,夹具的两个枢转或可移动部分被配置成允许将夹具放置在相应的管上。也就是说,两个枢转或可移动部分46和48被配置成是铰接的(例如,围绕枢转销68),使得枢转或可移动部分46和48摆动打开以允许夹具放置在相应的管上并且从相应的管上移除。在一个实施方案中,使用线性致动器50、50a、50b、50c或50d来控制夹具的每个枢转或可移动部分46和48的位置。例如,如图3和图4所示,致动器50a用于控制夹具的枢转或可移动部分46的位置,并且致动器50c用于控制夹具的枢转或可移动部分48的位置。在一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,致动器50可以是液压缸/致动器、气动缸/致动器、电致动器或任何其他致动器。In one embodiment, the two pivoting or movable parts of the clamp are configured to allow the clamp to be placed on the corresponding tube. That is, the two pivoting or
在一个实施方案中,第一夹具16和第二夹具18可以使用引导构件或导杆40彼此连接。在一个实施方案中,如图1和图2所示,第一夹具16和第二夹具18使用四个导杆40a-d彼此连接。In one embodiment, the
四个导杆40中的两个导杆40a和40b被配置成将第一夹具16和第二夹具18的不可枢转部分44a和44b彼此连接。在一个实施方案中,这两个不可枢转的导杆44、44a或44b还被配置成支撑导轨构件88(如图18和图19中所示并关于图18和图19所述),所述导轨构件被配置成支撑焊炬模块126(包括焊炬20)、研磨机模块(包括研磨机30)和其上的检查模块(包括检查检测器22和/或检查摄像机182)。Two of the four
(四个中)剩余的两个导杆40c和40d被配置成将第一夹具16的两个可枢转部分46a和48a中的每一个与第二夹具18的对应可枢转部分46b和48b连接。在一个实施方案中,导杆40c被配置成将第一夹具16的可枢转部分46a与第二夹具18的对应可枢转部分46b连接。在一个实施方案中,导杆40d被配置成将第一夹具16的可枢转部分48a与第二夹具18的对应可枢转部分48b连接。The remaining two
图3示出了夹具的两个底部可枢转部分46和48处于关闭(和锁定)位置,而图4示出了夹具的两个底部可枢转部分46和48处于摆动打开位置。也就是说,夹具的两个底部可枢转部分46和48可以适于径向向外枢转,使得夹具可以摆动打开以允许管定位在不可枢转部分44下方。当管就位时,夹具的两个底部可枢转部分46和48可以摆动到锁定位置。Figure 3 shows the two bottom
在一个实施方案中,管的焊接(即,将两个管焊接在一起)的第一程序是管的保持程序。在一个实施方案中,在管的保持程序期间,两个管12、14保持在正确的位置以进行焊接。在一个实施方案中,管的保持程序可以包括管的成型程序和管的对准程序。在一个实施方案中,管的成型程序和管的对准程序由第一和第二管夹16和18执行。In one embodiment, the first procedure of pipe welding (ie, welding two pipes together) is a pipe holding procedure. In one embodiment, the two
在一个实施方案中,管的成型程序和管的对准程序不是单独的,并且这些程序总是同时发生。在一个实施方案中,管的成型程序在不进行管的对准程序的情况下无法完成,反之亦然。In one embodiment, the tube forming procedure and the tube alignment procedure are not separate, and these procedures always occur simultaneously. In one embodiment, the tube forming procedure cannot be completed without the tube alignment procedure, and vice versa.
在一个实施方案中,每个管夹16、18被配置成执行管的成型程序和管的对准程序两者。在一个实施方案中,管的成型程序是可选的,并且每个管夹16、18被配置成仅执行管的对准程序。In one embodiment, each
在管的成型程序期间,使待焊接在一起的两个管12、14具有相同的形状。这可以通过将管夹16、18用于相应的管12、14来实现。在一个实施方案中,如下文将关于图3-17详细解释,每个管夹16、18包括一系列机械连接的夹持器/夹具滑块52,所述夹持器/夹具滑块被构造和布置成朝向对应的管12、14径向向内移动。连接相邻的夹持器/夹具滑块52的机械连接件被构造和布置成确保所有的夹持器/夹具滑块52始终半径相同。During the tube forming procedure, the two
在管的对准程序中,将待焊接在一起的两个管12、14对准,使得两个管的中心线同轴。在一个实施方案中,也将两个管对准,使得两个管之间的空间被设定为预定的距离。在一个实施方案中,预定的距离可以从0英寸(即,两个相互接触的管12、14)变化到小间隙。在一个实施方案中,小间隙不超过0.065英寸。在一个实施方案中,两个管12、14可以被拉到一起以在两个管面之间产生压缩力,以使焊接接头36在焊接期间的移动最小化。In the tube alignment procedure, the two
在一个实施方案中,管的对准程序还可以包括管的中心对准程序和管面对准程序。在一个实施方案中,在管的中心对准程序期间,两个夹具16和18经由多个导杆40a-d连接,使得两组夹持器/夹具滑块52的几何中心是同轴的。In one embodiment, the tube alignment procedure may further include a tube center alignment procedure and a tube face alignment procedure. In one embodiment, during the tube centering procedure, the two
在管面对准程序期间,在一个实施方案中,第一管夹16和第二管夹18被配置成可相对于第一管夹16和第二管夹18中的另一个移动,以控制管12和14之间的轴向间隙。也就是说,夹具16和18中的一个被配置成可沿着多个导杆40、40a-d滑动,以改变两组夹持器/夹具滑块52之间的轴向距离。如果在夹具保持相应的管12和14的同时执行此对准,则管12和14之间的距离也改变。在一个实施方案中,夹具16和18之间的距离由两个致动器42(如图1和图2所示)控制。管12和14的每一侧上定位有一个致动器42。在一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,致动器42可以是液压缸/致动器、气动缸/致动器、电致动器或任何其他致动器。During the pipe face alignment procedure, in one embodiment, the
在一个实施方案中,第一管夹16和第二管夹18中的一个被配置成可相对于第一管夹16和第二管夹18中的另一个移动,以在管12、14之间产生轴向压缩力。In one embodiment, one of the
在一个实施方案中,通过使用外部起重机190提升焊接接头,管12、14的管角可以在焊接接头处相对于彼此对准。例如,在一个实施方案中,通过外部起重机190将第一管夹16和第二管夹18从一个焊接接头提升到下一个焊接接头。由于外部起重机190被配置成始终与第一管夹16和第二管夹18保持连接,所以可以使用外部起重机190向管12和14施加净负荷以改变其在焊接接头处的相对角度。In one embodiment, by using an
用于对准管端的现有技术方法通常需要新的管186在根部焊道焊接加上第二(热)焊道焊接的开始的整个持续时间内由侧臂吊管机188或其他提升设备保持。当每个管被焊接时,管支撑件184被放置在自由端附近。管的重量使它们在管支撑件184之间松垂。这种松垂迫使管的自由端向上倾斜。例如,图46示出了使用这种现有技术方法管之间的管偏转。为了具有一致的焊接接头轮廓,管端必须在垂直方向、水平方向和轴向方向以及俯仰角和偏航角上对准。在现有技术方法中,为了将未焊接的管186与先前焊接的管对准,使用侧臂吊管机188将未焊接的管186保持在适当的位置,以将两个管端以适当位置和角度对准。Prior art methods for aligning pipe ends typically require the
图47示出了本专利申请的系统,所述系统被配置成通过由外部起重机190提升焊接接头而将管的管角相对于彼此对准。本专利申请的系统允许侧臂吊管机188将未焊接的管186放置在正确的对准附近,并且然后继续进行其他活动,而不必等待第一焊道(例如,根部焊道)完成100%。在一些实施方案中,可以使侧臂吊管机188在第一焊道开始之前移动。参考图47-49,本专利申请的方法始于将管支撑件184放置在每个管段的中间附近而不是一端附近。这允许两个相邻管的端部松垂类似的距离和角度。一旦本专利申请的系统已经在管周围关闭,系统便可以被外部起重机190提升,以改变焊接接头处的局部偏转和角度。如本领域技术人员可以理解,提升方向不需要处于完全垂直方向,而是可以是改善两个管端的对准所需的任何角度。因此,这种对准方法对于第一(根部)焊道允许两个管之间的小间隙。也就是说,在外部起重机190能够控制两个管12、14的角度对准的情况下,两个管12、14不需要接触来确保适当的角度对准。这使得可以使用两个夹具之间的轴向致动器来控制两个管12、14的相对轴向位置,使得在管12、14之间的界面处存在小间隙。如本领域技术人员将理解,通过适当地调整起重机190,可以使两个管12、14之间的界面处的间隙在沿着界面的所有点处保持一致到小公差内(例如,小于10%)。FIG. 47 shows the system of the present patent application configured to align the pipe corners of the pipe relative to each other by lifting the welded joint by the
能够将管12、14与滑动夹具16、18一起预加载的原因之一是能够抵抗将通常用于在焊接接头的一侧上产生间隙的弯曲力。这些弯曲力可以通过调整来自配置成提升包封体200的外部起重机190的垂直负载来控制。在一个实施方案中,一旦夹具16、18已经啮合管12、14,起重机190被配置成以大于或小于系统重量的力拉动以在管12、14上产生垂直负载。如果该垂直负载得到适当的控制,则焊接接头处的任何弯曲力都可以降低并可能消除。One of the reasons for being able to preload the
图48和图49示出了在本专利申请的系统被提升之前和之后管之间的角度错位的比较,以改变焊接接头处的局部偏转和角度。Figures 48 and 49 show a comparison of the angular misalignment between the tubes before and after the system of the present patent application is lifted to change the local deflection and angle at the welded joint.
参考图5和图6,在一个实施方案中,每个管夹16或18包括多个夹具滑块52,所述夹具滑块被配置成夹持/啮合相应的管12、14。在一个实施方案中,夹具滑块52可以针对不同大小的管具有不同的高度,并且可以例如用垫片或任何其他调整构件进行微调。在一个实施方案中,每个管的大小(即,外径)具有对应的夹具滑块大小。在一个实施方案中,夹具滑块52对于不同的管的大小是可互换的。在一个实施方案中,夹具滑块52可以是自定心构件。Referring to FIGS. 5 and 6 , in one embodiment, each
在一个实施方案中,每个夹具滑块52包括管表面接触构件(或表面)。在一个实施方案中,管表面接触构件被构造和布置成当夹具16、18延伸时摩擦啮合管12、14之间的界面区域38的任一侧上管12、14的外部/外侧表面32、34。In one embodiment, each
在一个实施方案中,每个夹具滑块52被构造和布置成连接到其相关联的夹具滑块销构件54并定位在其上。在一个实施方案中,夹具滑块销构件54被构造并布置成延伸穿过其在壳体构件58中的对应开口56。在一个实施方案中,壳体构件58中的开口56被构造和布置成在壳体构件58中大致径向延伸,以使得夹具滑块销构件54能够在壳体构件58中的对应开口56中径向移动(例如,向上和向下径向移动)。在一个实施方案中,壳体构件58可以是被构造和布置成促进夹具滑块销构件54移动使得夹具将夹紧力施加在管12、14的外表面/外部表面上的任何构件。In one embodiment, each
在一个实施方案中,夹具滑块销构件54的一端附接到夹具滑块52,并且夹具滑块销构件54的另一端连接到连接构件60。在一个实施方案中,夹具滑块销构件54的端部包括被构造并布置成将连接构件60接收在其中的凹口。在一个实施方案中,夹具滑块销构件54的端部还包括被构造和布置成接收紧固构件以将连接构件60连接到夹具滑块销构件54的端部的开口。In one embodiment, one end of the clamp
在一个实施方案中,壳体构件58可以包括被构造和布置成实现夹具滑块销构件54和连杆构件60之间的连接的开口。在一个实施方案中,壳体构件58的开口也被构造和布置成当夹具在其缩回位置和延伸位置之间移动时实现连接构件60的移动。在一个实施方案中,连接构件60是在其端部部分处形成有开口的细长构件。在一个实施方案中,连接构件60的端部部分具有大致圆形的配置,以在夹具在其缩回位置和延伸位置之间移动时实现连接构件60的移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,连接构件60的一端连接到夹具滑块销构件54,并且连接构件60的另一端连接到致动器构件62。在一个实施方案中,每个夹具滑块52因此经由其相关联的夹具滑块销构件54和连接构件60连接到致动器构件62。In one embodiment, one end of the connecting
在一个实施方案中,致动器构件62可以包括被构造和布置成实现连接构件60和致动器构件62之间的连接的凹口。在一个实施方案中,致动器构件62的凹口也被构造和布置成当夹具在其缩回位置和延伸位置之间移动时实现连接构件60在凹口中的移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,致动器构件62被构造和布置成连接到致动器64的一部分。在一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,致动器可以是液压缸/致动器、气动缸/致动器、电致动器或任何其他致动器。在一个实施方案中,致动构件62被配置成相对于夹具壳体轴向移动。致动构件62的位置可以通过连接到夹具壳体的多个致动器64来控制。In one embodiment, the
在一个实施方案中,致动构件62通过多个导杆66(如图3和图4所示)保持在夹具壳体上的中心处。两个导杆68也用作铰接段46和48的枢转点。这样,壳体段46和48以及致动构件段围绕同一点枢转并始终保持其相对取向。In one embodiment, the actuating
夹具从夹具不与管12、14的外表面接触的缩回位置(如图5所示)移动到夹具被配置成通过致动器64的致动将夹紧力施加在管12、14的外表面上的延伸位置(如图6所示)。在一个实施方案中,致动器64的部分的轴向移动又引起致动构件62的轴向移动。在一个实施方案中,致动构件62的轴向移动经由它们的连接构件60被转化成夹具滑块销构件54的径向移动。因此,径向夹紧力由驱动连接构件60的致动器64产生,所述连接构件将致动器的轴向移动转换成夹具滑块52的径向移动。The clamp is moved from a retracted position (shown in FIG. 5 ) in which the clamp is not in contact with the outer surfaces of the
在一个实施方案中,可以改变致动器的气缸的大小、施加的流体压力以及夹具的各种部件的大小,以控制夹具施加在管12、14的外表面上的夹紧力。In one embodiment, the size of the actuator's air cylinder, the applied fluid pressure, and the size of the various components of the clamps can be varied to control the clamping force the clamps exert on the outer surfaces of the
在一个实施方案中,致动构件62、连接构件60、滑块销构件54和夹具滑块52的大小均被设计成使得当致动构件62缩回时在夹具滑块52和管之间存在小的间隙,以及当致动构件62啮合时,连接构件60的轴线与滑块销构件54之间存在小的角度。在一个实施方案中,此较小的角度大幅放大致动器64所产生的力。夹具滑块处管上的径向力可能比致动器产生的力大10倍。In one embodiment, the actuating
在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成在焊接操作之前通过驱动第一管夹16和/或第二管夹18来更改管12、14之间的界面区域38,以基于预定数据(例如,界面区域38的预焊接轮廓数据)来改变第一管12和/或第二管14的圆度(或椭圆度)。例如,在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成在焊接操作之前通过选择性地驱动夹具16和/或18的一个或多个夹具滑块52来更改管12、14之间的界面区域38,以基于预焊接轮廓数据来改变第一管12和/或第二管16的圆度。在一个实施方案中,夹具滑块52的最小数量是三。夹具滑块52的数量在其他实施方案中可能不同。In one embodiment, the one or
在一个实施方案中,第一夹具的所有夹具滑块总是一起移动。在一个实施方案中,第二夹具的所有夹具滑块总是一起移动。在一个实施方案中,每个夹具的结构和配置使得其所有相关联的夹具滑块总是一起移动。In one embodiment, all the gripper slides of the first gripper always move together. In one embodiment, all the gripper slides of the second gripper always move together. In one embodiment, each clamp is constructed and configured such that all its associated clamp slides always move together.
例如,夹紧力可以在界面区域38的某些(或全部)区域处略微更改管端之间的距离和/或管端之间的相对径向位移。另外,由夹具施加的夹紧力可以改变一个或两个管的圆度(例如,第一夹具可以更改待焊接的第一管的圆度和/或第二夹具可以更改待焊接的第二管的圆度)。也就是说,将一个略微不圆的管的形状改变成更圆的管的形状。在一个实施方案中,例如,用于夹具16、18中的任何一个的夹具滑块52对称地设置,并围绕所啮合的管的外部均匀地周向间隔开。另外,每个夹具滑块的最内表面可以与夹具的中心轴线等距间隔开。在两个夹具施加完全夹紧力之前,由于形状改变的可能性,界面区域的轮廓还没有完全确定。本文描述的检查检测器可以用于在已经施加夹紧之后确定界面区域和/或焊接接头的轮廓。For example, the clamping force may slightly alter the distance between the pipe ends and/or the relative radial displacement between the pipe ends at some (or all) of the
在一个实施方案中,较大的夹紧力用于打开夹具的两个枢转夹具段46和48。在一个实施方案中,每个夹具可以包括闩锁机构100,所述闩锁机构被配置成将夹具(即,其可枢转/可移动部分)保持在管上的关闭位置。在一个实施方案中,使用两个锁定销将枢转夹具段46和48保持在一起。在另一个实施方案中,在两个枢转夹具段46和48接触的界面处,两个枢转夹具段46和48重叠。有一个同心孔穿过两个重叠部分。在一个实施方案中,可移动销或锁定构件70位于一个孔72中,并被配置成被致动以从该孔72延伸到第二孔74中,如图7和图8所示。可移动销构件70在图7中处于其缩回位置并且在图8中处于其延伸位置。In one embodiment, a larger clamping force is used to open the two pivoting
在一个实施方案中,夹具的致动构件62也被分成三段。致动构件62的每个段对应于三个夹具壳体段44、46和48中的一个。在一个实施方案中,如同夹具壳体段46和48,在两个枢转致动构件段发生接触的界面处,枢转致动构件段的两个段也重叠。在一个实施方案中,有一个同心孔穿过两个重叠部分。In one embodiment, the
在一个实施方案中,参考图9-10,可移动销或锁定构件76被定位成使得当夹具关闭时,可移动销76可以被致动以穿过重叠部分中的孔。在一个实施方案中,销致动器可以进行两个致动环段已经被销构件76锁定在一起之后剩余的另外的行程。这样,当致动构件62被啮合时,销构件76可以与致动构件62一起移动。可移动销构件76在图9中处于其缩回位置并且在图10中处于其延伸位置。图10示出了处于其延伸位置的可移动销构件76和处于其非啮合位置的致动器构件62,并且图11示出了处于其延伸位置的可移动销构件76和处于其啮合位置的致动器构件62。比较图10与图11,可以清楚地看出,销致动器在两个致动环段已经被销构件76锁定在一起之后剩余的另外的行程(在图10中)。销致动器在两个致动环段已经被锁定之后剩余的这个另外的行程允许销构件76在致动构件62从其缩回位置被致动到其啮合位置时与致动构件62一起移动。In one embodiment, referring to Figures 9-10, the movable pin or locking
图12-17示出了夹具16′或18′的另一个实施方案。在一个实施方案中,图12-17的夹具的结构和操作类似于图3-11的夹具的结构和操作,除了下文指出的区别之外。Figures 12-17 illustrate another embodiment of a clamp 16' or 18'. In one embodiment, the structure and operation of the clamp of Figures 12-17 is similar to that of the clamp of Figures 3-11, with the exceptions noted below.
图12-17的夹具16′或18′也被分成三个部分:顶部固定/非枢转部分44′和两个底部可枢转部分46′和48′。两个底部可枢转部分46′和48′被铰接,使得两个底部可枢转部分46′和48′可以摆动打开以允许将夹具放置在管上并从管上移除。在一个实施方案中,使用线性致动器来控制每个可移动/可枢转夹具部分的位置。在一个实施方案中,致动器是电致动器。图12示出了夹具的两个底部可枢转部分46′和48′处于关闭(和锁定)位置,而图13示出了夹具的两个底部可枢转部分46′和48′处于摆动打开位置。也就是说,夹具的两个底部可枢转部分46′和48′可以适于径向向外枢转,使得夹具可以摆动打开以允许管定位在不可枢转部分44′下方。当管就位时,夹具的两个底部可枢转部分46′和48′可以摆动到关闭(和锁定)位置。The clamp 16' or 18' of Figures 12-17 is also divided into three parts: a top fixed/non-pivoting part 44' and two bottom pivotable parts 46' and 48'. The two bottom pivotable portions 46' and 48' are hinged so that the two bottom pivotable portions 46' and 48' can swing open to allow the clamp to be placed and removed from the tube. In one embodiment, linear actuators are used to control the position of each movable/pivotable clamp portion. In one embodiment, the actuator is an electrical actuator. Figure 12 shows the two bottom pivotable portions 46' and 48' of the clamp in a closed (and locked) position, while Figure 13 shows the two bottom pivotable portions 46' and 48' of the clamp in a swinging open Location. That is, the two bottom pivotable portions 46' and 48' of the clamp may be adapted to pivot radially outward so that the clamp may swing open to allow the tube to be positioned below the non-pivotable portion 44'. When the tube is in place, the two bottom pivotable portions 46' and 48' of the clamp can swing into a closed (and locked) position.
在一个实施方案中,夹具16′或18′包括多个夹具滑块52′(例如,4个或更多个夹具滑块)以夹紧管并使管成型。在一个实施方案中,夹具滑块52′可以互换用于不同大小的管。在一个实施方案中,每个管的大小具有对应的滑块大小。在一个实施方案中,夹具滑块52′安装在成角度的引导件78中。在一个实施方案中,成角度的引导件78固定地连接到夹具壳体。如图14和图16所示,当夹具滑块52′定位在成角度的引导件78的一端80处时,夹具滑块52′处于其缩回位置。如图15和图17所示,当夹具滑块52′定位在成角度的引导件78的另一端82处时,夹具滑块52′处于其啮合位置。成角度的引导件78被构造和布置成从端部80向端部82向下渐缩。在一个实施方案中,每个夹具滑块52′通过线性致动器64′(例如,液压的、气动的或电动的)沿着其在端部80和端部82之间的相应的成角度的引导件78移动。In one embodiment, the gripper 16' or 18' includes a plurality of gripper slides 52' (eg, 4 or more gripper slides) to grip and shape the tube. In one embodiment, the clamp slides 52' are interchangeable for different sized tubes. In one embodiment, each tube size has a corresponding slider size. In one embodiment, the
在一个实施方案中,如图16和图17所示,夹具滑块52′具有互锁特征,以便确保所有夹具滑块52′沿着它们相应的成角度的引导件/轨道行进相同的距离,并且因此所有的夹具滑块52′与管的中心相距相同距离。在一个实施方案中,此互锁连接也可以被称为“舌和叉”。在一个实施方案中,当夹具滑块52′被致动并且移动得更靠近在一起时,夹具滑块52′的舌84被配置成滑动成与相邻的滑块52”的叉86互锁连接。在一个实施方案中,每个夹具滑块52”包括一个端部部分上的舌84和另一个端部部分上的叉86。In one embodiment, as shown in Figures 16 and 17, the clamp slides 52' have interlocking features to ensure that all clamp slides 52' travel the same distance along their respective angled guides/tracks, And thus all clamp slides 52' are at the same distance from the center of the tube. In one embodiment, this interlocking connection may also be referred to as a "tongue and fork". In one embodiment, when the clamp sliders 52' are actuated and moved closer together, the
在又一个实施方案中,夹具可以是马刀夹具。例如,在美国专利号6,109,503中详细描述了这种马刀夹具,该项专利以引用方式整体并入本专利申请中。In yet another embodiment, the clamp may be a saber clamp. Such a saber clamp is described in detail, for example, in U.S. Patent No. 6,109,503, which is incorporated by reference in its entirety into this patent application.
在一个实施方案中,系统10还可以包括感测系统,所述感测系统被配置成监测由夹具产生的夹紧力,使得夹具不产生夹紧力来挤压管或引起管的永久变形。在另一个实施方案中,感测系统是可选的。In one embodiment, the
在一个实施方案中,可以通过限制用于致动夹具的压力来避免管的永久变形。压力极限是管屈服强度、管直径和管壁厚度的函数。在一个实施方案中,将管屈服强度、管直径和管壁厚度的值输入到一个或多个处理器中。一个或多个处理器被配置成处理管屈服强度、管直径和管壁厚度的接收到的值,并计算正确的压力值。此计算的压力值然后可以被设定为压力限制装置中的压力值。在一个实施方案中,压力限制装置被配置成将压力限于设定压力值以致动夹具。In one embodiment, permanent deformation of the tube can be avoided by limiting the pressure used to actuate the clamp. The pressure limit is a function of tube yield strength, tube diameter and tube wall thickness. In one embodiment, the values for tube yield strength, tube diameter and tube wall thickness are entered into one or more processors. The one or more processors are configured to process the received values of tube yield strength, tube diameter and tube wall thickness and calculate the correct pressure value. This calculated pressure value can then be set as the pressure value in the pressure limiting device. In one embodiment, the pressure limiting device is configured to limit the pressure to a set pressure value to actuate the clamp.
在一个实施方案中,一旦使所有的夹具滑块与管接触,便可以通过停止夹紧来避免管的永久变形。为了做到这一点,一个或多个处理器需要知道何时所有的夹具滑块已经与管接触。在一个实施方案中,可以使用接触传感器来确定何时所有的夹具滑块已经与管接触。In one embodiment, permanent deformation of the tube can be avoided by stopping the clamping once all of the clamp slides are brought into contact with the tube. In order to do this, one or more processors need to know when all the gripper slides have been in contact with the tube. In one embodiment, contact sensors can be used to determine when all of the gripper slides have been in contact with the tube.
在一个实施方案中,诸如接近开关等的非接触式传感器可以安装到每个夹具滑块。当夹具滑块与管之间的距离停止变化时,则已经使夹具滑块与管接触。这个恒定值可以根据从先前的夹紧操作记录的值或预定的目标值来检查。这确保夹具确实已经接触并且在接触之前还没有走完行程。In one embodiment, a non-contact sensor, such as a proximity switch, can be mounted to each clamp slide. When the distance between the gripper slide and the tube stops changing, the gripper slide has been brought into contact with the tube. This constant value can be checked against a value recorded from a previous clamping operation or a predetermined target value. This ensures that the clamps have indeed made contact and have not gone through their stroke before making contact.
在一个实施方案中,诸如单柱双掷开关等的接触开关可以安装到每个夹具滑块。在一个实施方案中,开关被配置成当夹具滑块与管接触时改变状态。In one embodiment, a contact switch, such as a single-post, double-throw switch, can be mounted to each clamp slide. In one embodiment, the switch is configured to change state when the clamp slider is in contact with the tube.
在一个实施方案中,诸如负荷传感器等的直接负荷传感器或诸如应变仪等的间接负荷传感器可以安装到每个夹具滑块。当所有的传感器报告变化的非零值时,则夹具滑块全部与管接触。In one embodiment, a direct load cell, such as a load cell, or an indirect load cell, such as a strain gauge, may be mounted to each clamp slide. When all sensors report varying non-zero values, then the gripper slides are all in contact with the tube.
在一个实施方案中,系统10包括一个或多个焊炬。在一个实施方案中,焊炬被配置成围绕管行进180度,围绕管行进360度,围绕管行进720度或围绕管行进1080度。在一个实施方案中,焊炬可以被配置成具有另外的行程以确保焊接重叠的起点和终点。在一个实施方案中,焊炬可以被配置成具有另外的行程以覆盖接头感测激光器和焊炬之间的距离。In one embodiment,
在一个实施方案中,焊炬20被配置成施加多个重叠的焊道而不停止和重新开始。在一个实施方案中,焊炬20被配置成执行多个焊接工艺,包括但不限于表面张力转移(STT)、金属惰性气体(MIG)、脉冲MIG、钨惰性气体(TIG)、冷金属转移CMT)、脉冲多控制(PMC)和低飞溅控制(LSC)。In one embodiment, the
在一个实施方案中,如图18和图19所示,焊炬20被配置成安装到圆形导轨构件88。导轨构件88被配置成围绕第一管夹16和第二管夹18中的一个放置/设置,使得焊炬20位于第一管夹16和第二管夹18之间,并且与管12和14之间的界面区域38和/或待焊接的焊接接头36在同一直线上。In one embodiment, as shown in FIGS. 18 and 19 , the
在一个实施方案中,导轨构件88被分成三个部分:顶部固定/不可枢转部分90以及两个底部可枢转部分92和94。两个底部或侧部可枢转部分92和94被配置成铰接地/可枢转地连接到顶部固定/不可枢转部分90,使得两个可枢转部分92和94可以摆动打开以允许导轨构件88(与检查检测器22和焊炬20一起)放置在管上并从管上移除。在一个实施方案中,线性致动器96可以用于控制每个可移动夹具段92和94的位置。在一个实施方案中,可以使用电动的、机械的、液压的、气动的或任何其他类型的线性致动器。In one embodiment, the
在一个实施方案中,导轨构件88还包括闩锁机构98,所述闩锁机构被配置成将导轨构件88保持在管上的关闭位置。在一个实施方案中,闩锁机构的结构和配置可以类似于图7和图8所示和关于图7和图8所描述的闩锁机构100。在另一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,闩锁机构98可以具有任何其他结构和/或配置。In one embodiment, the
在一个实施方案中,如图1所示,导轨构件88的内径被配置成并且大小被设定成使得导轨构件88的内表面102围绕夹具16或18的部分106的外表面104定位。在一个实施方案中,导轨构件88在其固定/不可枢转部分90上包括两个开口108。在一个实施方案中,两个开口108被配置成接收穿过其中的导杆40a和40b。在一个实施方案中,一旦系统10定位在管12、14上,导轨构件88就被配置成相对于其相关联的夹具锁定(导轨构件88安装在所述夹具上),使得不存在导轨构件88相对于其相关联的夹具的轴向移动。In one embodiment, as shown in FIG. 1 , the inner diameter of the
图18示出了导轨构件88的两个底部可枢转部分92和94处于关闭(和锁定)位置,而图19示出了导轨构件88的两个底部可枢转部分92和94处于摆动打开位置。也就是说,导轨构件88的两个底部可枢转部分92和94可以适于径向向外枢转,使得导轨构件88可以摆动打开以允许管定位在不可枢转部分下方。当管就位时,导轨构件88的两个底部可枢转部分92和94可以摆动到锁定位置。Figure 18 shows the two bottom
在一个实施方案中,参考图20,导轨构件88包括U形通道110配置。在一个实施方案中,具有集成的齿轮齿条114(齿未示出)的弯曲轨道112安装在导轨构件88的U形通道110内部。在一个实施方案中,导轨构件88还包括绝对编码器,所述绝对编码器被配置成确定总是在导轨构件88上行进的所有模块(焊炬模块126(包括焊炬20)、研磨机模块(包括研磨机30)和检查模块(包括检查检测器22和/或检查摄像机182))的确切位置。在一个实施方案中,绝对编码器内置于导轨构件88。在一个实施方案中,编码器是可选的。In one embodiment, referring to FIG. 20 , the
在一个实施方案中,焊炬20可以包括一个或多个绝对位置编码器。在一个实施方案中,绝对位置编码器被配置成沿着三个相互垂直的轴线(例如,X轴线、Y轴线和Z轴线)中的每一个确定焊炬20的位置和/或取向。在一个实施方案中,焊炬20可以包括三个绝对位置编码器,每个绝对位置编码器被配置成确定焊炬20沿着三个相互垂直的轴线(例如,X轴线、Y轴线和Z轴线)中的一个的位置和/或取向。In one embodiment, the
在一个实施方案中,系统10还包括一个或多个焊炬马达。在一个实施方案中,系统10的一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个焊炬马达以控制焊炬20的位置和/或取向。In one embodiment, the
在一个实施方案中,焊炬20可操作地连接到焊炬马达。在一个实施方案中,焊炬马达可操作地连接到一个或多个处理器,以在焊接操作期间控制焊炬20沿着焊接接头的移动。在一个实施方案中,在2015年11月24日提交的国际专利申请号PCT/US2015/062558中详细描述了焊炬马达,该项专利以引用方式整体并入本专利申请中。In one embodiment, the
在一个实施方案中,一个或多个处理器26还被配置成与检查检测器22和/或检查摄像机182交互以扫描管12、14之间的界面区域,以在焊接程序之前、期间和之后确定管12、14之间的界面区域的轮廓,基于所扫描的数据产生预焊接轮廓数据、动态焊接轮廓数据和焊接后轮廓数据,并且基于所产生的预焊接轮廓数据、动态焊接轮廓数据或焊接后轮廓数据来控制外部焊接系统和/或其操作。In one embodiment, the one or
在一个实施方案中,可以由检查检测器执行预焊接检查、动态检查和焊接后检查。在另一个实施方案中,可以由检查检测器22和检查摄像机182执行预焊接检查、动态检查和焊接后检查。In one embodiment, pre-weld inspection, dynamic inspection, and post-weld inspection may be performed by the inspection detector. In another embodiment, pre-weld inspection, dynamic inspection, and post-weld inspection may be performed by
在各种实施方案中,本文所述的“预焊接”轮廓数据指代从检查检测器(例如,诸如通过检查激光器)获得的数据,其在焊炬已经被激活以开始将管彼此固定之前已经扫描了待焊接的两个管之间的界面区域。此预焊接轮廓数据被传送到一个或多个处理器以确定在将任何焊接材料沉积到界面区域之前管是否充分对准。在一个实施方案中,如果检测到错位,例如通过由一个或多个处理器确定错位在可接受的错位值之外,则一个或多个处理器被配置成向与管的外部表面啮合的夹具发送信号。可以基于来自预焊接轮廓数据的输出信号来调整夹具中的一个或两个的夹紧力,以调整管的相对形状,以使界面区域的对准处于可接受的错位值内。In various embodiments, "pre-weld" profile data as described herein refers to data obtained from an inspection detector (eg, such as by an inspection laser) that has been activated before the welding torch has been activated to begin securing the tubes to each other The interface area between the two tubes to be welded was scanned. This pre-weld profile data is passed to one or more processors to determine whether the tube is sufficiently aligned before depositing any weld material into the interface region. In one embodiment, if misalignment is detected, such as by determining by the one or more processors that the misalignment is outside an acceptable misalignment value, the one or more processors are configured to orient a clamp engaged with the outer surface of the tube send a signal. The clamping force of one or both of the clamps can be adjusted based on the output signal from the pre-weld profile data to adjust the relative shape of the tubes so that the alignment of the interface region is within acceptable misalignment values.
应当理解,鉴于管结构略微不一致,绝对完美的对准常常(并且通常)未实现。尽管如此,只要对准在适于良好焊接的公差范围内,这种完美的对准就不是必需的。It will be appreciated that, given the slight inconsistency of the tube structure, absolutely perfect alignment is often (and often) not achieved. Nonetheless, such perfect alignment is not necessary as long as the alignment is within tolerances suitable for good welding.
在一个实施方案中,预焊接轮廓数据可以包括管椭圆度/圆度数据。在一个实施方案中,管椭圆度/圆度数据可以包括最小直径的位置和大小、最大直径的位置和大小、管平均直径、管平均壁厚、最小壁厚的位置和大小、和/或最大壁厚的位置和大小。在一个实施方案中,管椭圆度/圆度数据可以包括最小直径的位置和大小、最大直径的位置和大小、最小壁厚的位置和大小以及最大壁厚的位置和大小中的每一个与它们的相应的预定值之间的比较。在一个实施方案中,管椭圆度/圆度数据可以包括管平均直径和管平均壁厚中的每一个与它们的相应的预定值之间的比较。在一个实施方案中,基于所述比较,管椭圆度/圆度数据可以包括在管的圆周上的所有位置处管的直径偏差。In one embodiment, the pre-weld profile data may include tube ovality/roundness data. In one embodiment, the tube ovality/roundness data may include the location and size of the smallest diameter, the location and size of the largest diameter, the average tube diameter, the average tube wall thickness, the location and size of the smallest wall thickness, and/or the largest Location and size of wall thickness. In one embodiment, the tube ovality/roundness data may include each of the location and size of the smallest diameter, the location and size of the largest diameter, the location and size of the smallest wall thickness, and the location and size of the largest wall thickness with their comparison between the corresponding predetermined values of . In one embodiment, the tube ovality/roundness data may include a comparison between each of the tube mean diameter and the tube mean wall thickness and their corresponding predetermined values. In one embodiment, based on the comparison, the tube ovality/roundness data may include diameter deviations of the tube at all locations on the circumference of the tube.
在一个实施方案中,预焊接轮廓数据可以包括管坡口轮廓数据。在一个实施方案中,管坡口轮廓数据可以包括管坡口几何形状。在一个实施方案中,管坡口轮廓数据可以包括管坡口的大小和形状、管坡口的根面(坡地)厚度、管坡口的坡口角度、管坡口的偏移量和管坡口的根角中的每个与它们的相应的预定值之间的比较。在一个实施方案中,基于所述比较,管坡口轮廓数据可以包括在管的圆周上的所有位置处管的管坡口偏差。In one embodiment, the pre-weld profile data may include pipe bevel profile data. In one embodiment, the pipe bevel profile data may include pipe bevel geometry. In one embodiment, the pipe bevel profile data may include the size and shape of the pipe bevel, the root (slope) thickness of the pipe bevel, the bevel angle of the pipe bevel, the offset of the pipe bevel, and the pipe bevel A comparison between each of the root angles of the mouth and their corresponding predetermined values. In one embodiment, based on the comparison, the pipe bevel profile data may include pipe bevel deviations for the pipe at all locations on the circumference of the pipe.
在一个实施方案中,预焊接轮廓数据可以包括焊接接头拟合和对准数据。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括关于管的内部邻接端之间的间隙(在管对准之后)的数据。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括关于管的坡口之间的间隙(在管对准之后)的数据。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括最小间隙的位置和大小、最大间隙的位置和大小、和/或平均间隙。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括最小间隙的位置和大小以及最大间隙的位置和大小中的每一个与它们的相应的预定值之间的比较。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括平均间隙与其相应的预定值之间的比较。在一个实施方案中,基于所述比较,焊接接头拟合和对准数据可以包括管的圆周上的所有位置处管的间隙偏差。在一个实施方案中,焊接接头拟合和对准数据可以包括管之间的最小高度差(例如,其是可接受的对准)等。In one embodiment, the pre-weld profile data may include weld joint fit and alignment data. In one embodiment, the weld joint fit and alignment data may include data regarding the gap between the inner abutting ends of the tubes (after tube alignment). In one embodiment, the weld joint fit and alignment data may include data regarding the gap between the grooves of the pipe (after pipe alignment). In one embodiment, the weld joint fit and alignment data may include the location and size of the smallest gap, the location and size of the largest gap, and/or the average gap. In one embodiment, the weld joint fit and alignment data may include a comparison between each of the location and size of the smallest gap and the location and size of the largest gap and their corresponding predetermined values. In one embodiment, the weld joint fit and alignment data may include a comparison between the average gap and its corresponding predetermined value. In one embodiment, based on the comparison, the weld joint fit and alignment data may include the gap deviation of the tube at all locations on the circumference of the tube. In one embodiment, weld joint fit and alignment data may include minimum height differences between tubes (eg, which is an acceptable alignment), and the like.
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成与检查检测器交互以扫描管之间的界面区域,以在焊接程序期间,确定在焊接材料被沉积在其上之前界面的区域处,管之间的界面区域的轮廓,并产生动态轮廓数据。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于动态轮廓数据产生焊接信号以控制焊炬。下文详细描述动态轮廓数据。如本文使用的术语“动态(on-the-fly)”还意指或者指代“实时”,意味着在当前的焊接操作期间由一个或多个处理器使用感测或检测来控制焊接机。当然,由于焊炬落后检查检测器/检查激光器限定的距离,因此在接收到轮廓数据与一个或多个处理器使用这些数据来控制焊炬之间发生一些缓冲(或微小的时间延迟)。In one embodiment, the one or more processors are configured to interact with the inspection detector to scan the area of the interface between the tubes to determine, during the welding procedure, the area of the interface before the welding material is deposited thereon, The interface area between the tubes is contoured and dynamic contour data is generated. In one embodiment, the one or more processors are configured to generate welding signals based on the dynamic profile data to control the welding torch. The dynamic profile data is described in detail below. The term "on-the-fly" as used herein also means or refers to "real time", meaning that the welding machine is controlled using sensing or detection by one or more processors during the current welding operation. Of course, since the torch lags the inspection detector/inspection laser by a defined distance, some buffering (or slight time delay) occurs between receiving the profile data and one or more processors using the data to control the torch.
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成与检查检测器22和/或检查摄像机182交互以确定焊接操作之后界面区域和/或焊接接头的轮廓。In one embodiment, the one or more processors are configured to interact with the
在一个实施方案中,焊接后轮廓数据可以包括形成的焊珠的轮廓。在一个实施方案中,焊接后轮廓数据可以包括所形成的根部焊道焊接层的轮廓。在一个实施方案中,焊接后轮廓数据可以包括焊接形状特性,诸如不匹配、焊珠凹面和凹角。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于焊接后轮廓数据而使得在管之间的界面区域上执行另一焊接操作。在一个实施方案中,修复程序被配置成修复在焊接后的检查程序期间检测到的任何焊接缺陷。本文所述的焊接修复程序可以是多种类型中的一种。在一个实施方案中,在先前的焊接的顶部上执行另外的焊接操作以补救任何焊接缺陷。在另一个实施方案中,有缺陷的焊接可以被研磨机30磨碎,或者可选地在进行任何后续修复焊接操作之前完全切除(手动地或自动地)。In one embodiment, the post-weld profile data may include the profile of the bead formed. In one embodiment, the post-weld profile data may include the profile of the root bead weld layer formed. In one embodiment, post-weld profile data may include weld shape characteristics such as mismatches, bead concavities, and concave corners. In one embodiment, the one or more processors are configured to cause another welding operation to be performed on the interface region between the tubes based on the post-weld profile data. In one embodiment, the repair procedure is configured to repair any weld defects detected during the post-weld inspection procedure. The weld repair procedure described herein can be one of many types. In one embodiment, additional welding operations are performed on top of the previous weld to remedy any weld defects. In another embodiment, the defective weld may be ground by the
在一个实施方案中,可以将来自检查检测器的检查数据实时传送给使用检查数据的一个或多个处理器,以将更新的焊接参数发送到外部焊接系统。In one embodiment, inspection data from inspection detectors may be communicated in real-time to one or more processors using the inspection data to send updated welding parameters to an external welding system.
在一个实施方案中,焊接头组件包括:径向定位系统116(如图21和图22所示),其被配置成实现焊炬20的径向移动;轴向定位系统118(如图23-25所示),其被配置成实现焊炬20的轴向移动;以及倾斜定位系统120(如图26-28所示),其被配置成实现焊炬20的倾斜移动。In one embodiment, the welding head assembly includes: a radial positioning system 116 (shown in Figures 21 and 22) configured to effect radial movement of the
在一个实施方案中,焊炬20被安装用于通过径向定位系统116进行径向移动,使得其焊接尖端被配置成朝向和远离管的外焊接表面移动。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个焊炬马达以调整焊接尖端与管12、14的径向距离。在一个实施方案中,焊炬20的径向定位系统被配置成使焊炬20远离管缩回以防止从一个焊接接头移动到下一个焊接接头时的损坏。In one embodiment, the
在一个实施方案中,焊炬20的径向定位系统116被配置成允许焊炬20定位在每个焊道的正确高度。在一个实施方案中,随着每个焊道的完成,在下一个焊道可以开始之前,焊炬20(通过径向定位系统)移动离开管的中心。例如,一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个焊炬马达,以在根部焊道焊接之后使焊接尖端径向移动远离界面区域,以适应沉积在根部焊道焊接中的焊接材料并在根部焊道焊接的顶部提供热焊道焊接。In one embodiment, the
在一个实施方案中,径向定位系统116被配置成使得焊炬20能够径向移动以跟踪管形状的变化,从而调整多道的焊接尖端到工件(例如,管)的距离(例如,根部和热焊道焊接程序),并且当焊接系统不进行焊接时从管缩回。也就是说,在每个焊道期间,径向定位系统116被配置成跟踪管直径的偏差,以保持焊炬尖端与管之间的焊接接头/界面区域之间的恒定距离。In one embodiment, the
在一个实施方案中,径向定位系统116被配置成为焊炬20提供大约1.25英寸的径向行程。在一个实施方案中,焊炬20可通过径向定位系统116在正常的非延伸缩回配置与延伸配置之间移动。参考图21和图22,焊炬20已经通过径向定位系统116延伸(到其延伸配置),使得焊炬20被定位在与管相距正确/期望/预定距离处以进行焊接程序。图22示出了焊炬20,所述焊炬(通过径向定位系统116)移动到焊炬20远离管的缩回位置,以防止从一个焊接接头移动到下一个焊接接头时的损坏。图21示出了(通过径向定位系统116)移动到焊接位置的焊炬20,在所述焊接位置处,焊炬20定位在正确高度处以进行焊接程序。In one embodiment,
在一个实施方案中,径向定位系统116可以包括线性致动器。在一个实施方案中,径向定位系统116可以包括径向焊炬(电动)马达、导螺杆以及导螺母。在一个实施方案中,马达被配置成(例如,机械连接)以旋转导螺杆。在一个实施方案中,马达被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以使得焊炬20基本上平行于管12、14的径向轴线R-R(如图21和图22所示)升高或降低。在一个实施方案中,马达被配置成直接连接以旋转导螺杆。在另一个实施方案中,马达被配置成例如通过一系列齿轮或齿轮箱间接地连接来旋转导螺杆。在一个实施方案中,导螺杆包括在其外表面上加工并且沿其长度延伸的螺纹。在一个实施方案中,导螺母被构造和布置成螺合到导螺杆上并且包括在其内表面上加工的互补的螺纹。在一个实施方案中,导螺母被配置成与径向定位系统的一部分互锁,使得导螺母的旋转与导螺杆一起被阻止。也就是说,导螺母被限制与导螺杆一起旋转,因此导螺母被配置成沿导螺杆上下行进。在一个实施方案中,径向定位系统还可以包括被配置成将马达的旋转移动传递成焊炬20的径向移动的其他构件和导杆。例如,当导螺杆由马达旋转时,沿着螺纹驱动导螺母。在一个实施方案中,导螺母的运动方向取决于马达的导螺杆的旋转方向。当导螺母互锁在径向定位构件的开口中时,径向定位构件被配置成使导螺杆与导螺母一起行进/移动(向上或向下)。径向定位构件和导杆构件之间的可滑动啮合也有利于径向定位构件的这种(向上或向下)行进/移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,轴向定位系统118被配置成使得焊炬20能够轴向移动以在焊炬20围绕管行进时使焊炬20保持在焊接坡口中并且允许焊炬20在焊接坡口内振荡(如果需要),以完全填充坡口。In one embodiment, the
图24示出了定位在正常居中的轴向位置的焊炬20。在一个实施方案中,轴向定位系统118被配置成为焊炬20提供+/-1英寸的轴向行程。例如,如图23和图25所示,焊炬20已经被轴向定位系统118分别移动+1英寸的轴向行程和-1英寸的轴向行程,使得焊炬20定位在与管相距正确/期望/预定的距离处以进行焊接。Figure 24 shows the
图23和图25分别示出了沿着管的轴线(通过轴向定位系统118)移动到左侧轴向位置和右侧轴向位置的焊炬20。在一个实施方案中,轴向定位系统118被配置成沿着管的轴线将焊炬20移动大约两英寸以与焊接接头凹槽对准。在焊接程序期间,轴向定位系统118被配置成以高达4Hz的频率、高达0.5”的幅度使焊炬20振荡越过焊接接头(并且如果需要,在焊接坡口内振荡以完全填充坡口)。Figures 23 and 25 show the
在一个实施方案中,轴向定位系统118可以是线性致动器。在一个实施方案中,轴向定位系统118可以包括轴向焊炬(电动)马达、导螺杆和导螺母。在一个实施方案中,当导螺杆由马达旋转时,沿着螺纹驱动导螺母。在一个实施方案中,马达被配置成(例如,机械连接)以旋转导螺杆。在一个实施方案中,马达被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以使得焊炬的左侧或右侧移动基本平行于管的轴向轴线A-A(如图23-25所示)。在一个实施方案中,马达被配置成例如通过一系列齿轮间接地连接以旋转导螺杆。也就是说,马达包括输出轴,并且马达通过啮合马达的输出轴的齿轮可操作地连接到导螺杆。在一个实施方案中,第一齿轮连接到马达的输出轴,第二齿轮连接或附接到导螺杆,并且这两个齿轮经由一个或多个其他齿轮彼此联接。通过齿轮将马达连接到导螺杆,导螺杆在马达运行时转动。在另一个实施方案中,马达被配置成直接连接(即,没有齿轮布置)以旋转导螺杆。在一个实施方案中,导螺母被配置成与轴向定位系统的一部分互锁,使得防止导螺母与导螺杆一起旋转。也就是说,导螺母与导螺杆一起被限制旋转,因此导螺母被配置成与导螺杆一起左右行进/移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成使焊炬20围绕焊丝接触管的点倾斜。在一个实施方案中,此配置维持由激光器/检查检测器22测量的点与焊接施加点之间的恒定距离。在一个实施方案中,这样的定位系统在2015年11月24日提交的国际专利申请号PCT/US2015/062558中进行了详细描述,该项专利引用方式整体并入本专利申请中。在图26-28中,未示出定位系统的一些部件使得可以清楚地看到其他部件。In one embodiment, the
在另一个实施方案中,焊炬20被配置成由倾斜定位系统120围绕从焊接点径向向外的点倾斜。这种配置改变了由激光器/检查检测器22测量的点和焊接施加点之间的距离。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成计算两点之间的距离并相应地进行补偿。In another embodiment, the
在一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成使得焊炬20能够改变其在行进平面中的倾斜角度,以考虑焊接方向相对于重力方向的变化。在一个实施方案中,可以改变焊炬20的倾斜角度以适应重力。在一个实施方案中,可以调整焊炬20的倾斜角度以补偿由于重力而导致的不同取向。在一个实施方案中,基于界面区域的轮廓来控制焊炬20的角度取向。在一个实施方案中,可以基于焊接轮廓数据来调整焊炬20的倾斜角度,以适应和/或补偿其他焊接条件(即,不仅仅是重力)。In one embodiment,
由于焊炬能够在焊接操作期间进行铰接,所以当焊炬围绕固定管旋转时,其能够考虑作用在焊池上的重力。具体地说,基于焊炬是抵抗重力向上行进还是借助重力向下行进,焊炬的角度可以通过至少一个焊炬马达(即,倾斜焊炬马达)的操作而改变。一个或多个马达(例如,倾斜焊炬马达)也可以基于焊炬的向上或向下行程内的特定位置来改变旋转平面内的焊炬角度。应当理解,由于对于一些实施方式焊炬可以是铰接的,因此可以更好地成角度以适应重力,并且在假定例如其将仅借助重力向下行进的情况下不需要设置在固定位置。在一些实施方案中,如上所述,本专利申请考虑到焊接可以在焊炬向上(抵抗重力)或向下(借助重力)移动时完成。另外,焊炬20可以基于不同的旋转位置进行铰接(例如,离上止点10度处进行的焊接操作可以在理想状况下具有与离上止点90度处进行的焊接略微不同的要求,这是归因于(例如)施加到焊池的重力,以及在待焊接的管上的不同位置处,使焊池以不同方式粘附到管表面的趋势。Since the torch can be articulated during the welding operation, it can take into account the gravitational force acting on the weld pool as the torch rotates around the stationary tube. Specifically, the angle of the welding torch may be changed by operation of at least one torch motor (ie, tilting the torch motor) based on whether the torch is traveling upwards against gravity or downwards with gravity. One or more motors (eg, a tilt torch motor) may also change the angle of the torch in the plane of rotation based on a particular position within the torch's up or down stroke. It will be appreciated that since the torch may be articulated for some embodiments, it may be better angled to accommodate gravity, and need not be set in a fixed position assuming, for example, that it will travel down by gravity alone. In some embodiments, as discussed above, the present patent application contemplates that welding can be done while the torch is moving up (against gravity) or down (with gravity). Additionally, the
在一个实施方案中,焊炬20可以被配置成具有连续可变的焊炬倾斜角度以补偿或适应由于重力而导致的焊炬的连续变化的取向。在一个实施方案中,焊炬20可以被配置成基于焊炬所处的位置(即,焊炬沿着周向焊接的位置)逐渐改变焊炬倾斜角度。在一个实施方案中,焊炬20可以被配置成使得焊炬20可以包括针对任何期望的旋转角度的不同的焊炬倾斜角度。在一个实施方案中,焊炬20可以被配置成使得焊炬20可以包括针对每个90°、30°、60°、或120°旋转的不同的焊炬倾斜角度。In one embodiment, the
在一个实施方案中,倾斜定位马达大致在旋转平面内将焊炬20成角度地铰接。在一个实施方案中,基于焊炬的位置来控制焊炬20的角度取向。在一个实施方案中,焊炬20被配置成围绕旋转平面沿着焊缝枢转。In one embodiment, the tilt positioning motor angularly articulates the
图27示出了焊炬20定位在正常的非倾斜位置。在一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成向焊炬20提供+/-10°的角度倾斜。在一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成向焊炬20提供+/-5°的角度倾斜。例如,如图26和图28所示,焊炬20已经通过倾斜定位系统120分别移动到-5°或+5°角度倾斜,使得焊炬20定位在与管相距正确/期望/预定距离处以进行焊接。在另一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成向焊炬20提供+/-7°的角度倾斜。在一个实施方案中,倾斜定位系统120被配置成向焊炬20提供小于+/-5°的角度倾斜。Figure 27 shows the
在一个实施方案中,在如图53和图54所示的焊接程序期间,枢转点P与检查辐射束在界面区域上的冲击点之间的圆弧大体上保持恒定。也就是说,由激光器/检查检测器22测量的焊接位置与由焊炬焊接的焊接位置之间的弧角是恒定的。在一个实施方案中,一个或多个处理器26知道枢转点P(例如,焊接尖端)和检查点之间的恒定弧形距离,使得一个或多个处理器26被配置成基于预焊接轮廓检查数据或动态检查数据来控制焊炬20的铰接和枢转移动。In one embodiment, the arc between the pivot point P and the point of impact of the inspection radiation beam on the interface region remains substantially constant during the welding procedure shown in FIGS. 53 and 54 . That is, the arc angle between the welding position measured by the laser/
使得焊炬20能够围绕枢转点P枢转的焊炬20的配置允许焊炬20的角度在焊接时改变而不影响焊炬20的行进速度。例如,这对于具有多个焊炬的焊接系统特别有用。在一个实施方案中,焊炬不会同时改变其角度,在该情况下,改变焊炬的角度将是有利的,而对其自身或其他焊炬没有任何不利影响。The configuration of the
在一个实施方案中,倾斜定位系统120包括倾斜焊炬马达、导轨构件122和导辊124。在一个实施方案中,导轨构件122被配置成与导辊124啮合以促进焊炬20的倾斜定位。在所示实施方案中,导辊124可以包括两个上导辊和两个下导辊。在一个实施方案中,倾斜定位系统120包括定位在焊炬组件的相对侧上的一个导轨构件122和其四个相关联的导辊124。In one embodiment,
在一个实施方案中,倾斜焊炬马达被配置成(例如,机械连接)以旋转齿轮。在一个实施方案中,马达被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以引起焊炬20向前或向后倾斜移动。在一个实施方案中,倾斜焊炬马达被配置成例如通过齿轮连接到导轨构件122。也就是说,倾斜焊炬马达包括输出轴,并且齿轮连接到马达的输出轴。通过齿轮将倾斜焊炬马达连接到导轨构件122,导轨122在倾斜焊炬马达运行时移动。In one embodiment, the tilt torch motor is configured (eg, mechanically coupled) to rotate the gear. In one embodiment, the motor is configured to rotate in a clockwise or counterclockwise direction to cause the
在一个实施方案中,导轨构件122被配置成引导上和下导辊124。在一个实施方案中,上和下导辊124偏置抵靠导轨构件122,使得上和下导辊124被配置成使得焊炬20能够改变其在行进平面中的倾斜角度。In one embodiment, the
在一个实施方案中,外部焊接系统(具有焊炬20)被配置成从检查系统(例如,具有检查检测器22和/或检查摄像机182)接收焊接轮廓数据(例如,在焊接程序之前、期间和之后),并且被配置成基于所接收到的焊接轮廓数据,移动其外部焊炬20和/或使其外部焊炬20倾斜以实现完全的焊接穿透。因此,来自检查系统的焊接轮廓数据可以供外部焊接系统使用来使最佳焊接成为可能。In one embodiment, the external welding system (with the welding torch 20 ) is configured to receive weld profile data (eg, before, during and afterwards), and is configured to move its
在一个实施方案中,引导检查检测器22的马达还使焊炬20围绕旋转平面周向地旋转,以沿着界面区域产生焊接。In one embodiment, the motor that guides the
在一个实施方案中,焊炬壳体组件被构造和布置成将焊炬20、径向定位系统116、轴向定位系统118和倾斜定位系统120包封在其中。在一个实施方案中,焊炬壳体组件被配置成保护焊炬20的部件以及其轴向、径向和/或倾斜定位系统的各种部件免受焊接热量和飞溅的影响。In one embodiment, the torch housing assembly is constructed and arranged to enclose the
在一个实施方案中,参考图29,与径向、轴向和倾斜定位系统116、118和120组合的焊炬20构成焊炬模块126。在一个实施方案中,每个焊炬模块126安装在U形通道110的圆形导轨112上。在一个实施方案中,每个焊炬模块126可以包括其自己的行进马达128。In one embodiment, referring to FIG. 29 , the
在一个实施方案中,系统10包括滑架,所述滑架被配置成围绕管12、14之间的界面区域38承载焊炬20。在一个实施方案中,滑架被配置成沿着导轨构件88的轨道112行进。在一个实施方案中,滑架包括被配置成与导轨构件88啮合的多个辊构件。在一个实施方案中,滑架可以包括一个或多个驱动马达。在一个实施方案中,驱动马达的轴包括安装在其上的小齿轮。在一个实施方案中,驱动马达的小齿轮被配置成与导轨构件88上的一体式齿轮齿条114啮合。在一个实施方案中,滑架可以包括两个驱动马达,其中每个马达可以以不同的输出扭矩驱动以在两个小齿轮之间产生预加载效应,以去除来自小齿轮的任何反冲。In one embodiment, the
例如,在一个实施方案中,焊炬模块126包括滑架框架134。在一个实施方案中,滑架框架134具有大致U形的通道配置。在一个实施方案中,滑架框架134的一部分136包括导辊130。在一个实施方案中,导轨构件88的导轨构件112被配置成与导辊130啮合,以促进焊炬模块126定位在导轨构件88上。在所示实施方案中,导辊130可以包括上导辊和下导辊。在一个实施方案中,行进马达128被配置成(例如,机械连接)以旋转齿轮132。在一个实施方案中,行进马达128被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以引起焊炬模块/滑稽框架的向前或向后移动。在一个实施方案中,行进马达128被配置成例如通过齿轮132连接到导轨构件112。也就是说,马达包括输出轴,并且齿轮132连接到马达的输出轴。通过齿轮132将马达连接到导轨构件112,导轨构件112在马达运行时移动。在一个实施方案中,导轨构件112被配置成引导上导辊和下导辊130。在一个实施方案中,上导辊和下导辊130偏置抵靠导轨构件112,使得上导辊和下导辊130被配置成使得焊炬模块126能够沿着导轨构件88的圆周移动。For example, in one embodiment, the
在一个实施方案中,每个焊炬模块126被配置成独立地定位在管的圆周周围的任何地方,并且在其能力范围内以任何速度移动,而不管任何其他焊炬的行进速度如何。在一个实施方案中,焊接行进速度可以在5英寸/分钟和55英寸/分钟之间。在一个实施方案中,在检查操作期间或当在焊接之间重新定位焊炬时,行进速度可以快于55英寸/分钟。In one embodiment, each
外部焊接系统10可能不与焊接接头完全对准。这可能是由于很多原因造成的。例如,当管加热或冷却时,焊接接头可能在焊道期间改变形状。由于加工的可变性,坡口的形状可能沿着圆周的不同位置改变。现有材料的高度可能改变。The
在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成检测这些条件并且在焊接工艺期间对这些条件进行动态补偿,以沉积可能的最佳焊接。In one embodiment, the one or
在一个实施方案中,检查检测器22(例如激光器)可以安装在每个焊炬模块上,以在焊接开始之前和在焊接工艺期间动态测量接头轮廓。在一个实施方案中,检查检测器22被安装成使得其在焊炬焊接位置前面的短距离处测量焊接接头。在一个实施方案中,检查检测器22被配置成测量焊接凹槽的宽度和深度。在一个实施方案中,检查检测器22还被配置成测量焊接凹槽的底部的形状。在一个实施方案中,检查检测器22被安装成使得由检查检测器22测量的焊接接头位置与由焊炬焊接的接头位置之间的弧角是恒定的,如图53和图54所示。In one embodiment, an inspection detector 22 (eg, a laser) may be mounted on each torch module to dynamically measure the joint profile before welding begins and during the welding process. In one embodiment, the
当焊炬在焊接凹槽内振荡时,电弧电压随着焊炬尖端和焊接凹槽之间的距离而变化。在一个实施方案中,通过测量此电弧电压,一个或多个控制器26被配置成确定振荡是否在焊接凹槽内居中。As the torch oscillates within the welding groove, the arc voltage varies with the distance between the torch tip and the welding groove. In one embodiment, by measuring this arc voltage, the one or
在一个实施方案中,检查摄像机182可以被配置成与焊接点位于一个平面中,沿着圆周与焊接点相距一段短距离。在一个实施方案中,检查摄像机182被配置成取向成相对于焊接凹槽观察焊接点和焊炬尖端。在一个实施方案中,检查摄像机182可以被配置成与检查检测器22共同安装,使得其瞄准管外侧表面上的与检查检测器22相同的点。In one embodiment, the
在一个实施方案中,外部焊接系统10被配置成在整个焊接工艺中为所执行的每个焊道记录所有焊接参数。在一个实施方案中,外部焊接系统10被配置成还记录来自焊接工艺中不涉及的传感器的数据,诸如管的温度、GPS位置或环境温度。在一个实施方案中,外部焊接系统10被配置成接收来自远程系统的指令,所述指令可以包括但不限于焊接参数和程序(例如送丝速度、焊接电流、焊接电压、焊接行进速度、振荡距离、振荡速率),控制方法的更新以及检查进行/不进行的报告。在一个实施方案中,这样的远程系统在2015年11月24日提交的国际专利申请号PCT/US2015/062558中进行了详细描述,该项专利以引用方式整体并入本专利申请中。In one embodiment, the
在一个实施方案中,检查检测器22被配置成定位在第一管夹16和第二管夹18之间。在一个实施方案中,系统10还可以包括检查摄像机182。也就是说,在一个实施方案中,系统10可以包括检查检测器22和检查摄像机182两者,如图53和图54所示。在一个实施方案中,检查检测器22和/或检查摄像机182被配置成轴向定位(相对于管的轴线)在第一管夹16和第二管夹18之间。也就是说,第一管夹16和第二管夹18各自定位在检查检测器22和/或检查摄像机182的轴向相对侧上。In one embodiment, the
在一个实施方案中,如本领域技术人员将理解,检查检测器22可以包括检查激光器、三维(3D)检查摄像机、检查超声波传感器系统、检查电容探针以及任何其他检查检测器。在使用激光器的情况下,激光器的类型可以是激光位移传感器。在一个实施方案中,激光器可以是由Keyence制造的LK-G5000系列超高速/高精度激光位移传感器。在一个实施方案中,激光器可以是智能激光传感器,诸如由Meta Vision Systems Inc.制造的智能激光传感器SLS-050。In one embodiment,
在一个实施方案中,检查检测器22包括用于发射检查辐射束的发射器和用于从反射的辐射接收检查信号的接收器。在一个或多个实施方案中,检查检测器的接收器包括检测反射的辐射并基于反射的辐射产生信号的传感器。信号由一个或多个处理器26接收。在一个实施方案中,信号包含对应于管之间的焊接接头的三维轮廓和/或待焊接的管之间的界面区域的数据和信息。此数据和信息可以用于检测例如待焊接的区域处相邻管表面的相对高度、管之间的相对间距、待焊接的相邻表面中的任何不均匀性(例如,在其坡口处)。In one embodiment,
另外,因为检查检测器沿着管之间的整个界面和/或管之间的整个焊接接头扫描,所以可以在扫描的任何特定区域处确定特定的界面轮廓和/或特定的焊接轮廓。此信息也可以供一个或多个处理器使用来控制焊炬的操作,以提供定制的/调整的焊接,所述焊接专门针对在其界面区域处待焊接的管的结构轮廓而进行调整。此信息也可以供一个或多个处理器使用来控制研磨机30的操作,以提供专门针对焊接管的结构轮廓调整的定制/调整的研磨。Additionally, because the inspection detector scans along the entire interface between the tubes and/or the entire welded joint between the tubes, a specific interface profile and/or a specific weld profile can be determined at any specific area of the scan. This information may also be used by one or more processors to control the operation of the welding torch to provide a customized/tuned weld that is tailored specifically to the structural profile of the tube to be welded at its interface region. This information may also be used by one or more processors to control the operation of the
在一个实施方案中,检查检测器马达与检查检测器22可操作地相关联,以将检查辐射束沿着待焊接的管12、14之间的界面区域38以及管12、14之间的焊接接头36引导。In one embodiment, an inspection detector motor is operably associated with the
在一个实施方案中,检查检测器包括沿着焊接接头驱动检查检测器的马达。在一个实施方案中,焊炬被配置成附接到与检查检测器相同的结构。在一个实施方案中,系统10包括被配置成沿着焊接接头移动/驱动检查检测器和焊炬两者的马达。In one embodiment, the inspection detector includes a motor that drives the inspection detector along the weld joint. In one embodiment, the torch is configured to attach to the same structure as the inspection detector. In one embodiment, the
在一个实施方案中,系统10可以包括两个检查检测器。在一个实施方案中,所述两个检查检测器中的一个可以是被配置成在焊接程序期间引导焊炬并且还提供预焊接数据的前导检查检测器。在一个实施方案中,所述两个检查检测器中的另一个可以是尾部检查检测器,其被配置成在焊接程序期间在焊炬后面并且提供焊接后数据。在一个实施方案中,每个检查检测器和焊炬之间的角度可以是可调整的。In one embodiment,
在一个实施方案中,检查摄像机182和检查检测器22可操作地连接到一个或多个处理器26。在一个实施方案中,可以无线地执行与系统10(包括与检查检测器22、与检查摄像机182和/或与焊接系统10的其他电子模块)的通信。在另一个实施方案中,可以使用有线连接来执行与系统10(包括与检查检测器22、与检查摄像机182和/或与焊接系统10的其他电子模块)的通信。应当理解,在提供多个焊炬的情况下,也可以提供多个检查检测器/激光器。In one embodiment,
在一个实施方案中,计算机系统和其一个或多个处理器26可以定位在系统10中。在另一个实施方案中,计算机系统和其一个或多个处理器26可以远离系统10定位。在一个实施方案中,一个或多个处理器26可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计成处理信息的数字电路、被设计成处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其他机构。In one embodiment, a computer system and its one or
应当理解,如本文所公开的“一个或多个处理器”可以构成单个处理器,所述单个处理器位于所讨论的特定系统或部件的板上和本地、所讨论的特定系统或部件的板外和本地、或位于所讨论的特定系统或部件的远端。另外,与一个或多个处理器的连接可以是有线的或无线的。此外,“一个或多个处理器”也可以指代处于板上和本地的多个处理器、处于板外和本地的多个处理器、位于远端的多个处理器、或板上(和本地)、板外(和本地)以及远程处理器的任何组合。在提及板上处理器时,这样的处理器指代由特定系统或部件物理地承载(即,物理地连接和移动)的处理器。在提及板外处理器时,这些处理器指代作业现场本地的处理器,并且与板上电子器件进行无线通信。It is to be understood that "one or more processors" as disclosed herein may constitute a single processor that is located on the board of the particular system or component in question and locally on the board of the particular system or component in question external and local, or remote from the particular system or component in question. Additionally, connections to one or more processors may be wired or wireless. In addition, "one or more processors" may also refer to multiple processors on-board and locally, multiple processors off-board and locally, multiple processors remotely located, or on-board (and local), off-board (and local), and any combination of remote processors. When referring to an on-board processor, such a processor refers to a processor that is physically carried (ie, physically connected and moved) by a particular system or component. When referring to off-board processors, these refer to processors that are local to the job site and communicate wirelessly with on-board electronics.
在一个实施方案中,系统10不包括接达杆/连接,并且可以包括将系统10连接到部署系统(例如,卡车)的操纵览连接。在一个实施方案中,操纵览连接不是刚性连接。在一个实施方案中,板外处理器还可以指代通过非刚性操纵览连接系接到板上系统并且位于作业现场的本地的电子器件。也就是说,如果处理器与非刚性操纵览连接一起移动,则其也可以被认为是“板上”处理器。In one embodiment, the
在一个实施方案中,一个或多个处理器26还被配置成固定焊接系统10防止其在管12、14上的将检查检测器22相对于界面区域38定位的某个位置处移动,以使得检查检测器22能够检测管12、14之间的界面区域38的轮廓。在一个实施方案中,一个或多个处理器26还被配置成固定焊接系统10防止其在管12、14上的将检查检测器22相对于焊接接头36定位的某个位置处移动,以使得检查检测器能够检测管12、14之间的焊接轮廓。In one embodiment, the one or
如本文使用的术语“马达”广泛地指代任何类型的机电马达,仅举例来说,诸如电动马达、液压马达、气动马达。The term "motor" as used herein broadly refers to any type of electromechanical motor, such as, by way of example only, electric motors, hydraulic motors, air motors.
在一个实施方案中,系统10可以包括反馈系统(例如,使用检查检测器22、一个或多个处理器26、马达(包括焊炬的轴向、倾斜和径向定位马达;研磨机的轴向、倾斜和径向定位马达;检查检测器/摄像机的马达)、第一和第二夹具16和18、焊炬30,如将在下文进行详细说明),所述反馈系统被配置成感测第一和第二管12和14的端部是否正确对准。In one embodiment, the
图30示出了根据本专利申请的实施方案的研磨机30。如图30所示,研磨机30定位成研磨焊接起点位置,而焊炬模块126(具有焊炬20和其所有定位系统)定位在焊道的中途。Figure 30 shows a
在一个实施方案中,研磨机30被配置成在可以混合焊接点的端部之前将每个焊接点的焊接起始点研磨成光滑轮廓。在焊接停止点已经被混合到焊接起点之后,焊接点可以被再次研磨以为下一个焊接点提供一致的表面高度。在一个实施方案中,在全部焊接完成之后,研磨机30也可以研磨焊接点的整个圆周以使焊接点的最终表面光滑。In one embodiment, the
在一个实施方案中,参考图30-33,研磨机模块140包括研磨头30、轴向定位系统152、径向定位系统144、检查检测器22(例如,3D扫描仪)以及一个或多个处理器26。在一个实施方案中,研磨头30包括马达146、齿轮箱148和研磨构件/盘150。在一个实施方案中,定位系统144和152包括轴向马达156、轴向引导件160、径向马达168、径向引导件176和径向弹簧178。在一个实施方案中,研磨机模块140还包括电子器件模块166和可拆卸电池164。在一个实施方案中,电子器件模块166包括一个或多个处理器26。In one embodiment, referring to Figures 30-33, the
在一个实施方案中,焊炬模块、研磨机模块和检查模块中的每一个可以包括单独的电子器件模块(具有一个或多个处理器)。在另一个实施方案中,焊炬模块、研磨机模块和检查模块可以具有共同的电子器件模块(具有一个或多个处理器)。在一个实施方案中,焊炬模块和研磨机模块中的每一个可以包括单独的检查检测器。在另一个实施方案中,焊炬模块和研磨机模块可以包括共同的检查检测器。In one embodiment, each of the torch module, grinder module, and inspection module may include a separate electronics module (with one or more processors). In another embodiment, the torch module, grinder module, and inspection module may have a common electronics module (with one or more processors). In one embodiment, each of the torch module and the grinder module may include a separate inspection detector. In another embodiment, the torch module and the grinder module may include a common inspection detector.
在一个实施方案中,研磨机30的径向定位系统144(如图31和图32所示)被配置成实现研磨机或研磨头30的径向移动,并且轴向定位系统152(如图33所示)被配置成实现研磨机30的轴向移动。在一个实施方案中,研磨机30还可以包括倾斜定位系统,所述倾斜定位系统被配置成实现研磨机30的倾斜移动。在一个实施方案中,研磨机的倾斜定位系统的结构和操作可以类似于焊炬20的倾斜定位系统的结构和操作(上文在本专利申请中进行了描述)。In one embodiment, the
在一个实施方案中,径向定位系统144被配置成将研磨机30移动到研磨所需的任何径向距离。在一个实施方案中,研磨机30的径向运动可以是弹簧加载的,使得研磨机30对管的(焊接接头的)表面施加一致的力。在一个实施方案中,径向定位系统152被配置成当研磨机30不在研磨时将研磨机30移离管的表面。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被安装用于通过径向定位系统144进行径向移动,使得研磨盘150被配置成朝向和远离管的焊接表面移动。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个研磨机30以调整研磨盘150与管12、14之间的焊接接头的径向距离。在一个实施方案中,研磨机30的径向定位系统144被配置成使研磨机30远离管缩回以防止从一个研磨位置移动到下一个研磨位置时的损坏。在一个实施方案中,研磨机30可通过径向定位系统144在研磨配置和提升配置之间移动。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30的径向定位系统144被配置成允许研磨机30定位在正确高度处用于研磨程序。在一个实施方案中,随着每个研磨程序完成,在下一个研磨程序可以开始之前,研磨机30被移动(通过径向定位系统144)远离管的中心。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个马达以将研磨盘150径向远离和朝向焊接接头移动。在一个实施方案中,径向定位系统144被配置成使研磨机30能够径向移动以追踪焊珠/接头的变化,以调整研磨盘与工件(例如,管)的距离并且当研磨机30行进时远离管缩回。也就是说,在每个研磨程序期间,径向定位系统114被配置成跟踪焊珠/接头的偏差,以便在研磨盘和焊接接头之间维持恒定的距离。In one embodiment, the
在一个实施方案中,径向定位系统144可以包括线性致动器。在一个实施方案中,参考图31-33,径向定位系统144包括径向(电动)马达168、径向导螺杆170和径向导螺母172。在一个实施方案中,马达168被配置成(例如,机械连接)以旋转导螺杆170。在一个实施方案中,马达168被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以使得焊炬30基本上平行于管的径向轴线R-R(如图21和图22所示)升高或降低。在一个实施方案中,马达168被配置成直接连接以旋转导螺杆170。在另一个实施方案中,马达168被配置成例如通过一系列齿轮或齿轮箱间接连接以旋转导螺杆170。在一个实施方案中,导螺杆170包括在其外表面上加工并且沿其长度延伸的螺纹。在一个实施方案中,导螺母172被构造和布置成螺合到导螺杆170上并且包括在其内表面上加工的互补螺纹。在一个实施方案中,导螺母172被配置成与径向弹簧板174的一部分互锁,使得导螺母172的旋转与导螺杆170一起被阻止。也就是说,导螺母172被限制与导螺杆170一起旋转,因此导螺母172被配置成沿导螺杆170上下行进。In one embodiment, the
当导螺杆170由马达168旋转时,沿着螺纹驱动导螺母172。在一个实施方案中,导螺母172的运动方向取决于导螺杆170通过马达168旋转的方向。当导螺母172互锁在径向弹簧板174的开口中时,径向弹簧板174被配置成使导螺杆170与导螺母172一起行进/移动(向上或向下)。径向弹簧板174与导杆构件176之间的可滑动啮合也促进径向弹簧板174的这种(向上或向下)行进/移动。When the
在一个实施方案中,弹簧178被配置成将研磨头30推离径向弹簧板174以抵抗径向引导件176的端部上的止动件。在一个实施方案中,径向引导件176的端部上的止动件被构造和布置成与研磨头30的部分啮合,以促进研磨头30的径向移动。当研磨头30与焊接点接触时,径向马达168继续驱动径向弹簧板174更靠近管12、14的表面。这压缩了弹簧178并且增加了研磨头30抵抗焊接点的力。当研磨头30移除焊接材料时,弹簧178继续以最小的力减小将研磨头30推抵于焊接点。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成轴向移动以与焊接接头对准。在一个实施方案中,研磨机30被配置成在研磨时轴向移动以覆盖焊接点的整个宽度并且产生无凿孔的光滑表面。In one embodiment, the
图33示出了研磨机30的轴向定位系统152。在一个实施方案中,定位系统152包括具有马达156的线性致动器。在一个实施方案中,研磨机30通过旋转内置于轴向马达156中的螺母而轴向移动。也就是说,致动器被构造有固定的导螺杆163。在一个实施方案中,导螺杆163固定地连接到研磨机滑架框架(如下文详细描述)。FIG. 33 shows the
在一个实施方案中,定位系统152包括壳体构件165,所述壳体构件被配置成当其内置空心轴马达156旋转螺母时线性地(沿着轴线L-L)移动。也就是说,导螺杆163被固定,并且螺母通过马达156(即,内置于壳体构件165)旋转,因此,壳体构件165沿直线(沿着轴线L-L)移动。在一个实施方案中,壳体构件165固定地连接到马达156。当研磨机30连接到壳体构件165时,研磨机30被配置成与壳体构件165一起线性移动(沿着轴线L-L)。In one embodiment, the
在一个实施方案中,系统10可以包括一个或多个研磨机30,每个研磨机被配置成在焊接程序期间的不同时间执行不同的操作。也就是说,系统10可以包括被配置成研磨焊接起点的一种类型的研磨机。例如,可以使用如图34所示的硬盘151来研磨焊接起点。系统10可以包括被配置成在焊接完成之后研磨和清洁轮廓的另一种类型的研磨机。例如,可以使用如图35所示的丝轮153在焊接完成之后研磨和清洁轮廓。在又一个实施方案中,系统10可以包括如图36所示的砂轮,所述砂轮被配置成研磨焊接接头的部分。In one embodiment, the
在一个实施方案中,在其上由研磨机30执行研磨程序的焊接接头36的至少一部分包括焊接接头36的焊接起点位置。在一个实施方案中,焊接的起点在焊炬20完成焊道之前被研磨。因此,在焊炬20正在执行焊接程序时执行研磨程序。在一个实施方案中,研磨机30被配置成沿着焊接点的长度移动。在一个实施方案中,研磨机30被配置成在研磨时沿着焊接点移动以在焊接起点位置处产生平缓的斜坡。In one embodiment, at least a portion of the weld joint 36 on which the grinding procedure is performed by the
在一个实施方案中,研磨机被配置成研磨焊接接头的至少一个焊接起点位置。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成使研磨机研磨2度和20度之间的周向长度。在一个实施方案中,研磨机被配置成在从焊接点的端部(即,0度)到高达20度的范围内研磨。在一个实施方案中,其可以在焊接点终点的5度和10度之间。In one embodiment, the grinder is configured to grind at least one weld start location of the welded joint. In one embodiment, the one or more processors are configured to cause the grinder to grind a circumferential length of between 2 degrees and 20 degrees. In one embodiment, the grinder is configured to grind in a range from the end of the weld (ie, 0 degrees) up to 20 degrees. In one embodiment, it may be between 5 and 10 degrees from the end of the weld.
在另一个实施方案中,在其上由研磨机30执行研磨程序的焊接接头36的至少所述部分包括焊接接头36的焊接终点位置。在又一个实施方案中,在其上由研磨机30执行研磨程序的焊接接头36的至少所述部分包括焊接接头36的整个圆周。在一个实施方案中,焊炬20的焊接路径通常从焊接起点位置延伸到焊接终点(或终止)位置。In another embodiment, at least the portion of the weld joint 36 on which the grinding procedure is performed by the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成研磨焊接接头的至少一个焊接终点位置。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成使研磨机研磨2度和20度之间的周向长度。在一个实施方案中,研磨机30被配置成在从焊接点的端部(即,0度)到高达20度的范围内研磨。在一个实施方案中,其可以在焊接点终点的5度和10度之间。In one embodiment,
在一个实施方案中,研磨机30被配置成研磨焊接接头的起点部分和终点部分之间的重叠区域。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成在于该焊接材料层的顶部上形成随后的焊接材料层之前,研磨多个焊接材料层中的一个的整个圆周(例如,焊道层,包括但不限于根部焊道层、热焊道层、填充和盖面焊道层)。在另一个实施方案中,可以添加随后的焊接材料层而不研磨前一层焊接材料的整个圆周。也就是说,在一个实施方案中,焊炬被配置成形成第一层焊接材料,研磨机30被配置成研磨第一层焊接材料的整个圆周,并且然后焊炬被配置成在经研磨的第一层焊接材料的顶部上形成第二层焊接材料。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成独立于焊炬20移动,以研磨焊接接头36的至少所述部分。在一个实施方案中,研磨机30被配置成研磨焊接接头36的至少所述部分,同时焊炬20形成焊接接头36的至少另一部分。In one embodiment,
在一个实施方案中,研磨机30与焊炬20分开安装。In one embodiment,
在一个实施方案中,研磨机30包括检查检测器22(例如,激光器),所述检查检测器被配置成在研磨程序开始之前测量焊接点的轮廓。在一个实施方案中,检查检测器22还被配置成检查研磨的结果以验证最终轮廓是可接受的。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成包括检查摄像机182,所述检查摄像机被安装成沿着焊接接头观察以观察焊接凹槽的轮廓。在一个实施方案中,来自检查摄像机182的图像可以被传送给操作者/用户以进行视觉检查。在一个实施方案中,来自检查摄像机182的图像可以由一个或多个处理器26处理以确定焊接接头的轮廓。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30的位置基于管12和14之间的焊接接头36的轮廓来确定。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成确定焊接轮廓的特性,并且基于所确定的焊接轮廓的特性,将信号发送到研磨机30以基于焊接轮廓在特定位置处的特性而移动到该特定位置。In one embodiment, the location of the
在一个实施方案中,系统10的一个或多个处理器26被配置成控制一个或多个研磨机马达156、168以控制研磨机30的位置和/或取向。In one embodiment, one or
在一个实施方案中,研磨机30被配置成安装在固定位置。如果所有焊道都在围绕焊接接头圆周的相同位置开始,则研磨机30安装在不在轨道上的单个位置处。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30以及作为研磨机30的一部分的所有传感器和马达被配置成使用电缆连接来供电。在一个实施方案中,研磨机30以及作为研磨机30的一部分的所有传感器和马达被配置成由电池供电以消除与焊炬的电缆干扰问题。在一个实施方案中,研磨机30以及作为研磨机30的一部分的所有传感器和马达被配置成使用有线通信来控制。在一个实施方案中,研磨机30以及与研磨机30一起运转的所有传感器和马达被配置成使用无线通信来控制。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机30被配置成使用圆形研磨构件或圆盘150,所述圆形研磨构件或圆盘被配置成研磨焊接接头36的至少所述部分。如上所述,在一个实施方案中,研磨构件可以是如图34所示的硬研磨盘151、如图35所示的丝刷153或如图36所示的砂轮155。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机模块140被配置成安装在导轨构件88上。在一个实施方案中,研磨机模块140被配置成安装在与焊接模块126相同的导轨构件88上(如图18-20所示)。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机模块140被配置成独立于焊接模块126移动。在一个实施方案中,研磨机模块140被配置成具有其自己的行进能力,使得研磨机模块140可以独立于焊接模块126移动。在一个实施方案中,轨道安装的研磨机可以行进到焊接接头的圆周上的任何点。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成防止焊炬模块和研磨机模块之间的碰撞。在一个实施方案中,一个或多个处理器26被配置成控制焊炬模块和研磨机模块的移动以使它们在相同的导轨构件上彼此远离。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机模块140可以安装在U形通道110的圆形导轨上。在一个实施方案中,研磨机模块140包括其自己的行进马达138(如图31所示)。在一个实施方案中,行进马达138被配置成沿着焊接接头36周向地旋转/驱动研磨机模块140(相对于图30中的管轴线Y-Y旋转360°)。在一个实施方案中,行进马达138被配置成相对于管轴线Y-Y将研磨机模块140驱动至少360°,以完成旋转连续的研磨。In one embodiment, the
在一个实施方案中,研磨机模块140包括具有大致U形的通道配置的研磨机滑架框架。在一个实施方案中,滑架框架的一部分可以包括导辊。在一个实施方案中,导轨构件88的导轨构件被配置成与导辊啮合以促进研磨机模块140的定位。在所示实施方案中,导辊可以包括上导辊和下导辊。在一个实施方案中,行进马达138被配置(例如,机械连接)以旋转齿轮。在一个实施方案中,行进马达138被配置成沿顺时针或逆时针方向旋转,以引起研磨机模块/滑架框架的顺时针或逆时针移动。在一个实施方案中,行进马达138被配置成例如通过齿轮连接到导轨构件。也就是说,马达可以包括输出轴,并且齿轮连接到马达的输出轴。通过齿轮将马达连接到导轨构件,导轨构件在马达运转时移动。在一个实施方案中,导轨构件被配置成引导上导辊和下导辊。在一个实施方案中,上导辊和下导辊被偏置抵靠导轨构件,使得上导辊和下导辊被配置成使得焊炬模块140能够沿着导轨构件88的圆周移动。在一个实施方案中,每个研磨机模块140被配置成独立地定位在管圆周周围的任何地方并且以其能力范围内的任何速度移动。在一个实施方案中,研磨机30、研磨机模块140和/或研磨程序在系统10中可以是可选的。In one embodiment, the
参考图37-39,用于焊接两个管12、14的系统10还包括包封体200,所述包封体被配置成包封焊炬20(如图21-27所示)、第一和第二管夹16、18(如图21和24所示)和管12、14之间的界面区域38。在一个实施方案中,包封体200还被配置成包封检查检测器22。在一个实施方案中,包封体200被配置成保护焊接工艺使其免受风、灰尘、碎片和冰雹的影响。37-39, the
在一个实施方案中,包封体200具有框架202,所述框架包括彼此连接的多个框架构件204,例如以形成构架。所述构架通常提供包封体200的结构完整性和形状。在一个实施方案中,包封体200的框架202被配置成当系统未被提升时支撑系统10。在一个实施方案中,包封体200被构造成并且大小被设计成包封焊炬20(如图21-27所示)、第一和第二管夹16、18(如图21和图24所示)以及管12、14之间的完全位于其中的界面区域38。In one embodiment, the
在一个实施方案中,参考图39,包封体200包括水平取向的底部框架构件204hf和水平取向的顶部角落框架构件204hrc。框架构件204hf和204hrc使用垂直取向的角落框架构件204vc彼此连接。在包封体200的每一侧(即,观察图38中的包封体200的前部),框架构件204hf、204hrc和204vc全部彼此连接以形成矩形或正方形的侧构架。在一个实施方案中,角度取向的加强框架构件204ar可以连接到框架构件204vc和204hf的部分以进一步加强包封体200的侧构架。In one embodiment, referring to Figure 39, the
在一个实施方案中,包封体200还包括由四个彼此连接的水平取向的顶部角落框架构件204hrc形成的矩形或正方形顶部构架。在一个实施方案中,包封体200的顶部构架通过水平取向的加强框架构件204hr进一步加强。在图39所示的实施方案中示出了四个水平取向的加强框架构件204hr。在一个实施方案中,包封体200还包括连接到四个水平取向的顶部角落框架构件204hrc的顶部面板206(如图37所示)。在一个实施方案中,四个水平取向的加强框架构件204hr在顶板206连接到四个水平取向的顶部角落框架构件204hrc之后连接到四个水平取向的顶部角落框架构件204hrc和顶部面板206。In one embodiment, the
水平取向的顶部角落框架构件204hrc连接到两个对应的垂直取向的角落框架构件204vc,以形成包封体200的矩形/正方形形状的前构架和后构架。在一个实施方案中,水平取向的框架中间构件204ih被构造和布置成连接到对应的垂直取向的角落框架构件204vc,以进一步加强包封体200的相应的前构架和后构架。在一个实施方案中,角度取向的加强框架构件204ar被构造和布置成连接到对应的垂直取向的角落框架构件204vc和对应的水平取向的框架构件204ih,以进一步加强包封体200的相应的前构架和后构架。The horizontally oriented top corner frame member 204hrc is connected to two corresponding vertically oriented corner frame members 204vc to form the rectangular/square shaped front and rear frames of the
在一个实施方案中,所有框架构件204(包括垂直、水平或角度取向的框架构件)具有相同的横截面形状。在另一个实施方案中,框架构件204可以具有不同形状的横截面。在其他实施方案中,框架构件204的数量、取向和定位可以变化。In one embodiment, all frame members 204 (including vertically, horizontally, or angularly oriented frame members) have the same cross-sectional shape. In another embodiment, the
在一个实施方案中,包封体200包括铰接地连接到框架202的关闭组件208l、208r。在一个实施方案中,关闭组件208l、208r铰接地连接到框架202的水平取向的顶部角落框架构件204hrc。在一个实施方案中,每个关闭组件208l或208r被构造和布置成提供包封体200的顶部关闭部分210、侧部关闭部分212、214、216、底部关闭部分218以及前部和后部关闭部分220(仅前部关闭部分在附图中示出,并且后部关闭部分是前部关闭部分的镜像)。In one embodiment, the
在一个实施方案中,关闭组件2081、208r被配置成在如图37所示的关闭位置与如图38和图39所示的打开位置之间移动。In one embodiment, the
每个关闭组件2081或208r被构造和布置成包括具有多个框架构件226的框架224。多个框架构件226可以包括垂直、水平和角度取向的框架构件,其被构造和布置成支撑顶部关闭部分210、侧部关闭部分212、214、216、底部关闭部分218以及前部和后部关闭部分220。在一个实施方案中,框架构件226可以具有相同形状的横截面。在一个实施方案中,框架构件226可以具有不同形状的横截面。在一个实施方案中,框架构件226的数量、取向和定位可以变化。Each
在一个实施方案中,闭合组件2081、208r的前部闭合部分220(220l和220r)一起形成包封体200的前部闭合。同样地,闭合组件的后部闭合部分一起形成包封体200的后部闭合。In one embodiment, the front closure portions 220 ( 2201 and 220r ) of the
每个前闭合部分220(2201和220r)包括半或半圆形开口222,当前闭合部分220(2201和220r)在一起时(即,当闭合组件2081、208r移动到图37的关闭位置)形成全开口(如图37所示)以在将管接收在其中。类似地,每个后部闭合部分包括半或半圆形开口,当后部闭合部分在一起时(即,当闭合组件2081、208r移动到图37的关闭位置时)形成全开口以将管接收在其中。Each front closure portion 220 (2201 and 220r) includes a half or
在一个实施方案中,包封体220的顶部包括由水平取向的顶部角落框架构件204hrc和顶部面板206以及可移动的顶部部分形成的固定的顶部部分。在一个实施方案中,可移动顶部部分包括闭合组件2081或208r的顶部闭合部分210。In one embodiment, the top of
在一个实施方案中,包封体220的顶部可以被构造和布置成保持连接到第一和第二管夹16、18的部件的所有电缆和软管、导轨构件88、焊炬模块126、检查模块(包括检查检测器22和配置成使检查检测器22在导轨构件88上移动的部件)、研磨机模块(包括研磨机30和被配置成使检查检测器22在导轨构件88上移动的部件)等等。In one embodiment, the top of the
在一个实施方案中,包封体200的顶部可以包括多个提升点228。例如,四个角落提升点228定位在水平取向的顶部角落框架构件204hrc并连接到所述顶部角落框架构件。在一个实施方案中,四个另外的提升点228c居中定位在包封体200的固定顶部部分(由水平取向的顶部角落框架构件204hrc和顶部面板206形成)上。在一个实施方案中,每个居中定位的提升点228c经由连接器构件230连接到两个水平取向的加强框架构件204hr。In one embodiment, the top of the
在一个实施方案中,包封体200可以通过提升点228从一个地方提升到另一个地方以提供可容易移除的包封体。在一个实施方案中,可以使用高架起重机或类似的提升机构并通过将线缆附接到提升点228来提升包封体200并将其从一个位置移动到另一个位置。在一个实施方案中,包封体200可以被吊起以放置在管上或从管上移除。In one embodiment, the
如图1和图2所示,第一夹具16和第二夹具18的顶部固定/非枢转部分44使用导杆40(40a、40b)彼此连接。在一个实施方案中,包封体200的一部分被构造和布置成连接到导杆40(40a、40b)。例如,参考图38和图39A,连接器部分230的一部分230e被构造和布置成向下(沿箭头A的方向)延伸以连接到导杆40(40a、40b)。此配置被配置成将包封体200固定地连接到第一夹具16和第二夹具18。As shown in Figures 1 and 2, the top fixed/
也就是说,包封体200的框架202被配置成附接到两个非枢转导杆40(40a、40b)的端部。在一个实施方案中,当第一夹具16和第二夹具18围绕管12和14啮合时,第一夹具16和第二夹具18支撑包封体200。当第一夹具16和第二夹具18没有围绕管12和14时,包封体200的框架202被配置成支撑第一夹具16和第二夹具18。That is, the
在一个实施方案中,包封体200可以包括通道门232,所述通道门被配置成打开而不从管12和14释放包封体200。在一个实施方案中,每个通道门232设置在闭合组件2081或208r的侧部闭合部分214上。在一个实施方案中,门232可以包括窗口234,使得可以从系统10的外部观察包封体200的内部。在一个实施方案中,门232被配置成使用其上的把手289打开以允许进入维护或检查。在一个实施方案中,包封体200可以在每个端部处包括引导构件,其中所述引导构件被配置成将包封体200与管对准。In one embodiment, the
在一个实施方案中,焊炬20是轨道焊接机。在一个实施方案中,轨道焊接机被配置成以连续过程围绕固定管12和14机械地旋转通过360°(或双倍焊接程序中旋转通过180度)。在一个实施方案中,本专利申请提供了一种具有集成包封体200的轨道焊接机20。在一个实施方案中,包封体200包括固定的内部结构或框架,使得包封体200被配置成设置在表面(例如,地板或地面)上,而管12、14不定位在包封体200中。In one embodiment, the
在一个实施方案中,如图55-59所示,当包封体200被降低或升高时,包封体200的端部可能具有倒U形的引导件502以保持系统在管12、14上居中。参考图55-59,本专利申请的系统还并入了引导件502以协助将包封体200放置到管12、14上。引导件502并入到包封体200的框架构件204中,并且在底部边缘上逐渐变细,使得当系统下降到管12、14上时,引导件502倾向于将管12、14推向系统的中心。参考图56,当管12、14在中心位置附近时,引导件502从倾斜转变成垂直。参考图57,一旦管12、14居中,引导件502的垂直侧部便将其保持就位。In one embodiment, as shown in Figures 55-59, when the
参考图40和图41,在一个实施方案中,系统10可以包括局部或焊接包封体300,所述局部或焊接包封体被配置成仅放置在焊炬20周围。在一个实施方案中,系统10还可以包括被配置成放置在焊炬模块126周围的焊炬模块包封体300。Referring to FIGS. 40 and 41 , in one embodiment, the
在一个实施方案中,焊炬模块包封体300可以由金属片材料形成。在一个实施方案中,焊炬模块包封体300可以具有用于焊炬20的开口302。在一个实施方案中,开口302可以由柔性构件304包围,所述柔性构件被配置成基于焊接点的深度来进行压缩和延伸。例如,柔性构件304可以包括波纹管。In one embodiment, the
在一个实施方案中,波纹管304被构造和布置成当系统10不进行焊接时延伸超出焊炬20。当焊炬20朝向管12、14移动时,波纹管304的支撑件306被配置成与管12、14接触并停止移动。随着焊炬20继续移动,波纹管304被配置成压缩直到焊炬20到达与管12、14相距正确距离处以进行焊接。在一个实施方案中,波纹管304的支撑件306可以具有辊以防止其在管12、14上滑动。在一个实施方案中,波纹管304的支撑件306可以是柔性裙部以关闭波纹管304的支撑件306与管12、14之间的小间隙。In one embodiment, bellows 304 is constructed and arranged to extend beyond
在一个实施方案中,包封体200和300可以同时使用。在另一个实施方案中,仅使用包封体200。在又一个实施方案中,仅使用包封体300。在另一个实施方案中,如果焊接在建筑物中执行或者存在某种其他形式的环境保护,则系统可以被配置成在没有任何集成包封体200和300的情况下进行操作。In one embodiment,
在一个实施方案中,焊炬模块包括限位开关192。在一个实施方案中,用于将触发器194安装到U形导轨通道88的措施已经包括在系统中。这种配置提供了一种用于确保焊炬在导轨88打开或关闭之前处于安全位置的冗余方法。参考图50-52,滑架134可以具有安装在其上的限位开关主体196,其中一个或多个开关192安装在限位开关主体196上。导轨88具有规则间隔开的孔198的环,使得一个或多个触发器194可以安装在导轨88上的任何位置。触发器194被配置成当滑架134处于将限位开关主体196放置在触发器194附近的位置时激活一个或多个限位开关192。以这种方式,如本领域技术人员将理解,触发器194被配置成指示滑架134何时处于某些位置。触发器194被配置成单独地或组合地使用,以限定诸如原始、顶部、底部、侧面、焊接起点、焊接终点、安全或任何其他如可能期望的位置的位置。In one embodiment, the torch module includes a
在一个实施方案中,可以使用部署系统来部署系统10。系统10的小型版本可以由像用作清障车那样的重型皮卡车承载(如图42所示)。系统10的大型版本可以由履带式车辆承载(如图43所示)。在一个实施方案中,系统10可以安装在固定位置,诸如在卷轴基座处或在离岸管铺设船上。在这样的实施方案中,系统10停留在一个地方,并且管道移动经过它。在另一个实施方案中,系统10可以由小型起重机提升(如图44所示)。在又一个实施方案中,系统10可以由多轴线机器人定位器提升(如图45所示)。In one embodiment,
在一个实施方案中,系统10可以被配置成使用视觉摄像机、超声波距离传感器、激光摄像机或任何组合来检测管的位置。在一个实施方案中,系统10被配置成当与管的距离较大时(大于一英尺)允许快速的行进速度,并且当与管的距离较小时(小于一英尺),限制行驶于慢速。在一个实施方案中,传感器可以安装到包封体、夹具、导轨、提升装置和/或运输车辆。在一个实施方案中,可以远程部署感测装置,检测系统10和管上的目标点的位置,并且将测量结果无线地或有线地传送到部署系统。In one embodiment, the
在一个实施方案中,可以检查焊接接头/焊珠。在一个实施方案中,在每个焊道完成之后,可以使用用于引导焊炬20的检查检测器或激光器22来测量完成的焊接点的外部轮廓。在一个实施方案中,在每个焊道完成之后,可以使用检查摄像机或2D摄像机182来检查完成的焊接点的外部轮廓。在一个实施方案中,检查摄像机或2D 182可以与检查检测器或激光器22共同安装。In one embodiment, the solder joints/beads can be inspected. In one embodiment, after each pass is completed, an inspection detector or
在一个实施方案中,在最后的焊道完成之后,涡流转换器和接收器被配置成检查或测量焊接点的质量。在一个实施方案中,涡流系统被配置成安装在任何行进模块上(例如,焊接或研磨模块)。在一个实施方案中,涡流系统被配置成安装在行进模块(例如,焊接或研磨模块)的检查检测器或激光器通常定位的位置处。在另一个实施方案中,涡流系统被配置成安装在与行进模块(例如,焊接或研磨模块)的检查检测器或激光器相邻的位置。In one embodiment, after the final weld pass is completed, the eddy current converter and receiver are configured to inspect or measure the quality of the weld. In one embodiment, the eddy current system is configured to be mounted on any travel module (eg, welding or grinding modules). In one embodiment, the eddy current system is configured to be mounted at a location where inspection detectors or lasers of travel modules (eg, welding or grinding modules) are typically located. In another embodiment, the eddy current system is configured to be mounted adjacent to an inspection detector or laser of a travel module (eg, a welding or grinding module).
在一个实施方案中,系统10包括用于检查焊接点的检查检测器(激光器和/或摄像机)。在另一个实施方案中,系统10包括用于检查焊接点的涡流系统。在又一个实施方案中,系统10包括用于检查焊接点的涡流系统和检查检测器(激光器和/或摄像机)两者。In one embodiment,
如果表面裂纹位于执行检查的同一侧,则通常可以检测到所述裂纹,而如果表面裂纹位于检查的相反侧,则无法检测到所述裂纹。例如,管的外部检查无法检测到内部缺陷,除非管的厚度很小(例如,小于约1/8”),或者除非管是由非铁磁性材料制成的。非铁磁性材料包括不锈钢(例如,300系列)和其他CRA材料。A surface crack is usually detectable if it is on the same side where the inspection is being performed, but not if it is on the opposite side of the inspection. For example, external inspection of the tube cannot detect internal defects unless the tube is very thin (eg, less than about 1/8"), or unless the tube is made of a non-ferromagnetic material. Non-ferromagnetic materials include stainless steel (eg , 300 series) and other CRA materials.
在一个实施方案中,涡流系统和检查检测器(激光器和/或摄像机)一起用作互补的检查技术。例如,在一个实施方案中,涡流系统被配置成检测或检查不容易被检查检测器或激光器检测到或检查的焊接接头的特征。例如,检查检测器(激光器和/或摄像机)被配置成检查焊接点的形状,而涡流系统被配置成检查焊接裂纹/缺陷,包括但不限于铜裂纹/缺陷、灼伤裂纹/缺陷、失火(包括LCP/IWM失火或Pore/IWM失火)裂纹/缺陷、内部熔合缺乏(或非熔合)裂纹/缺陷、簇状孔隙度裂纹/缺陷、铜/CP裂纹/缺陷等。In one embodiment, eddy current systems and inspection detectors (lasers and/or cameras) are used together as complementary inspection techniques. For example, in one embodiment, the eddy current system is configured to detect or inspect features of welded joints that are not easily detected or inspected by an inspection detector or laser. For example, inspection detectors (lasers and/or cameras) are configured to inspect the shape of solder joints, while eddy current systems are configured to inspect for solder cracks/defects, including but not limited to copper cracks/defects, burn cracks/defects, misfires (including LCP/IWM misfire or Pore/IWM misfire) cracks/defects, lack of internal fusion (or non-fusion) cracks/defects, clustered porosity cracks/defects, copper/CP cracks/defects, etc.
在一个实施方案中,在焊接完成之后,系统10被配置成使用超声波装置检查焊接点。在一个实施方案中,在焊接完成之后,系统10被配置成使用x射线装置检查焊接点。In one embodiment, after welding is complete, the
在一个实施方案中,系统10的两个管夹被配置成能够通过管夹之间的连接将管对准负荷从一个管转移到另一个管。否则,可能仅使用一个夹具来支撑所有设备(例如,轨道和各种模块)。在一个实施方案中,在前面一个或两个焊道之后,不需要第二可移动夹具18。两个管12、14的对准不会改变,并且焊接接头足够坚固以支撑其自身重量。在一个实施方案中,此时,移动具有两个夹具16、18的系统10以开始下一个接头。在一个实施方案中,可以使用仅具有一个夹具的更简单的系统来完成现有接头处的焊接。这一个夹具系统可以更好地接近焊接点,并且对在焊接点上操作的工具的空间限制更少。由于这一个夹具系统施加最后的焊道,所以一个夹具系统包括安装在其上的检查工具,以检查由最后的焊道程序产生的最终焊接点。In one embodiment, the two pipe clamps of the
在一个实施方案中,如上所述,系统10至少在管的保持程序(包括管的对准和管的成型程序)期间以及在前面一个或两个焊道期间使用两个夹具布置。此后,两个管12、14的对准不会改变。此时,可能仅使用一个夹具来完成现有接头处的焊接。In one embodiment, as described above, the
在一个实施方案中,系统10被配置成使用检查检测器检查所形成的焊珠或接头。也就是说,一个或多个处理器被配置成与检查检测器22和/或检查摄像机182交互,以在焊接程序之后确定界面区域和/或焊接接头的轮廓,以获得焊接后数据。在一个实施方案中,所述一个或多个处理器被配置成基于焊接后轮廓数据,使得在所形成的焊接接头上(通过研磨机)执行研磨程序。In one embodiment, the
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成与检查检测器22和/或检查摄像机182交互,以在研磨程序之后确定界面区域和/或焊接接头的轮廓,以获得研磨后数据。研磨后数据可以手动分析或者通过一个或多个处理器分析,以确保在研磨程序期间去除焊接接头表面上的过量焊件和/或将缺陷从焊接接头上磨去。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于研磨后轮廓数据使得在受影响的区域上(在研磨程序之后)执行重新焊接程序或另一个焊接程序。In one embodiment, the one or more processors are configured to interact with the
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于来自检查检测器的结果来控制研磨机磨去焊接缺陷。在一个实施方案中,一个或多个处理器然后被配置成基于来自检查检测器的结果来控制焊炬重新焊接受影响的区域。In one embodiment, the one or more processors are configured to control the grinder to grind away weld defects based on the results from the inspection detector. In one embodiment, the one or more processors are then configured to control the torch to re-weld the affected area based on the results from the inspection detector.
在另一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于从远程系统传送到一个或多个处理器的指令,基于从系统传送到远程系统的检查检测器结果,来控制研磨机磨去焊接缺陷。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于从远程系统传送到一个或多个处理器的指令,基于从系统传送到远程系统的检查检测器结果,来控制焊炬重新焊接受影响的区域。In another embodiment, the one or more processors are configured to control the grinder to grind away based on instructions transmitted from the remote system to the one or more processors based on inspection detector results transmitted from the system to the remote system Welding defects. In one embodiment, the one or more processors are configured to control the torch re-welding subject based on instructions transmitted from the remote system to the one or more processors based on inspection detector results transmitted from the system to the remote system affected area.
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于焊接后轮廓数据而使得在管之间的界面区域上执行另一个焊接操作(在研磨程序之前)。In one embodiment, the one or more processors are configured to cause another welding operation (before the grinding procedure) to be performed on the interface region between the tubes based on the post-weld profile data.
在一个实施方案中,研磨机可以是60V无刷研磨机。在一个实施方案中,研磨机可以是60V电池操作的研磨机。在一个实施方案中,研磨机可以是120V无刷研磨机。在一个实施方案中,研磨机可以是120V电池操作的研磨机。在一个实施方案中,电池可以是锂离子电池。In one embodiment, the grinder may be a 60V brushless grinder. In one embodiment, the grinder may be a 60V battery operated grinder. In one embodiment, the grinder may be a 120V brushless grinder. In one embodiment, the grinder may be a 120V battery operated grinder. In one embodiment, the battery may be a lithium-ion battery.
在一个实施方案中,导轨构件88可以定位在管12、14之间的界面区域38和/或焊接接头36周围并与其在同一直线上。In one embodiment, the
在一个实施方案中,导轨构件88可以被配置成定位在两个夹具16和18之间。在一个实施方案中,焊炬20被配置成安装在两个夹具16和18之间的导轨构件88上,使得焊炬20定位成与管12、14之间的界面区域和/或焊接接头36在同一直线上。In one embodiment, the
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成控制研磨机在焊接程序在某个位置完成之后并且在研磨程序可以在该位置开始之前等待预定的时间段。In one embodiment, the one or more processors are configured to control the grinder to wait a predetermined period of time after the welding process is completed at a certain location and before the grinding process can begin at that location.
在另一个实施方案中,研磨机30和焊炬在导轨构件上定位成彼此间隔足够的距离,以允许在由研磨机在某个位置处执行研磨程序之前冷却在该位置处由焊炬产生的焊珠/接头。在一个实施方案中,焊炬和研磨机之间的定位由一个或多个处理器控制。In another embodiment, the
在一个实施方案中,除了焊炬移出当前位置所需的时间之外,不需要另外的等待时间(即,预定的时间段),因此研磨机可以在该位置移动并执行研磨。在一个实施方案中,研磨程序在焊接程序开始10秒后开始。In one embodiment, no additional waiting time (ie, a predetermined period of time) is required beyond the time required for the torch to move out of its current position, so the grinder can move and perform grinding in that position. In one embodiment, the grinding procedure begins 10 seconds after the welding procedure begins.
在一个实施方案中,研磨机30基于预定的(研磨机对焊接点)压力进行径向定位。在一个实施方案中,一个或多个处理器可以被配置成感测压力。在另一个实施方案中,一个或多个处理器可以被配置成通过伸缩式研磨机零件/部件的相对定位和弹簧常数来确定压力/力。在一个实施方案中,一个或多个处理器可以基于焊接接头检查来确定(研磨机对焊接点)力/压力负荷。在另一个实施方案中,研磨机轴向压力是恒定的/标准的。In one embodiment, the
在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成从倾斜传感器、马达编码器和/或限位开关获得信息。在一个实施方案中,一个或多个处理器被配置成基于此信息,确定在任何给定的时间所有行进模块(包括焊炬模块、检查模块和研磨机模块)在导轨构件上的位置。In one embodiment, the one or more processors are configured to obtain information from tilt sensors, motor encoders, and/or limit switches. In one embodiment, the one or more processors are configured to, based on this information, determine the location of all travel modules (including torch modules, inspection modules, and grinder modules) on the rail member at any given time.
在一个实施方案中,当夹具和/或导轨构件被移动到其相应的打开位置时,一个或多个处理器被配置成控制一个或多个行进模块(包括焊炬模块、检查模块和研磨机模块),使得行进模块远离枢转部分和/或夹具和/或导轨构件的铰链定位。In one embodiment, the one or more processors are configured to control one or more travel modules (including the torch module, inspection module, and grinder) when the clamp and/or rail members are moved to their respective open positions module) such that the travel module is positioned away from the hinge of the pivot portion and/or clamp and/or rail member.
在一个实施方案中,系统10可以包括研磨机碎片控制系统。例如,在一个实施方案中,研磨机碎片控制系统可以包括护罩,所述护罩被配置成包封研磨机以包含研磨程序期间产生的灰尘和碎片。在一个实施方案中,护罩可以包括真空端口,使得可以使用真空系统将灰尘和碎片从护罩吸出。在一个实施方案中,研磨机碎片控制系统可以包括真空系统。在一个实施方案中,真空系统被配置成完全包含在研磨机模块上。In one embodiment, the
在一个实施方案中,本专利申请的焊炬模块可以包括多个焊炬。例如,在一个实施方案中,焊炬模块可以包括被配置成同时沉积两道的两个或双重焊炬。In one embodiment, the torch module of the present patent application may include multiple torches. For example, in one embodiment, a torch module may include two or dual torches configured to deposit two passes simultaneously.
在一个实施方案中,研磨程序可以通过定位在管内的研磨机执行。也就是说,研磨程序可以通过定位在管内的内部研磨机执行,同时从管外部执行焊接。在一个实施方案中,研磨机可以通过定位在管内的研磨机保持架支撑。In one embodiment, the grinding procedure may be performed by a grinder positioned within the tube. That is, the grinding procedure can be performed by an internal grinder positioned within the tube, while welding is performed from outside the tube. In one embodiment, the grinder may be supported by a grinder holder positioned within the tube.
尽管为了说明的目的已经详细描述了本专利申请,但是应当理解,这样的细节仅仅是为了该目的,并且本专利申请不限于所公开的实施方案,而是相反,是旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内的修改和等同布置。另外,应当理解,本专利申请设想,在可能的范围内,任何实施方案的一个或多个特征可以与任何其他实施方案的一个或多个特征组合。Although the present patent application has been described in detail for purposes of illustration, it is to be understood that such detail is for that purpose only and that the patent application is not limited to the disclosed embodiments, but on the contrary, is intended to cover the appended claims Modifications and equivalent arrangements within the spirit and scope of the claim. Additionally, it is to be understood that this patent application contemplates that, to the extent possible, one or more features of any embodiment can be combined with one or more features of any other embodiment.
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