一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接试验装置及方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103157931 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103157931 A *CN103157931A* (21)申请号 201310110355.1 (22)申请日 2013.04.01 B23K 37/00(2006.01) B23K 37/047(2006.01) (71)申请人 宝鸡石油钢管有限责任公司 地址 721008 陕西省宝鸡市姜谭路 10 号 (72)发明人 毕宗岳 张锦刚 李博锋 余晗 任永峰 鲜林云 张晓峰 赵勇 张鹏 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11350 代理人 汤东凤 (54) 。

2、发明名称 一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接试验 装置及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种模拟管材在成型拘束力作 用下焊接试验方法及装置， 由右限位立辊、 右限位 立辊丝杠调节机构、 递送机构、 导向机构、 右夹紧 立辊、 右夹紧立辊丝杠调整机构、 焊接装置、 下压 辊、 压紧丝杠调节系统 I、 上托辊 I、 上托辊丝杠调 整系统 I、 垫辊、 垫辊丝杠调节机构、 上托辊 II 丝 杠调节机构、 底座、 左限位立辊、 左限位立辊丝杠 调节机构、 左夹紧立辊、 左夹紧立辊丝杠调整机 构、 上托辊 III 左丝杠调节系统、 上托辊 I 左丝 杠调节系统组成 ； 通过该装置能够模拟焊管制造 中，。

3、 成型引起的大小不同的拘束应力、 错边量以及 合缝间隙状态下的焊接过程。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103157931 A CN 103157931 A *CN103157931A* 1/2 页 2 1. 一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接的试验装置， 其特征在于 ： 包括底座、 设置 在底座前端两侧的右限位立辊和左限位立辊、 设置在底座前部的递送机构和导向机构、 设 置在底座中部两侧的右夹紧立辊和左夹紧立辊、 设置在底座后。

4、部下压辊和设置底座后端的 上托辊I ； 所述下压辊前下方设置有垫辊， 垫辊前方设置有上托辊II， 上托辊II的左侧设置 有上托辊 III ； 所述垫辊和上托辊 II 之间区域的上方设置有焊接装置。 2. 如权利要求 1 所述的试验装置， 其特征在于 ： 所述右限位立辊上设置有右限位立辊 丝杠调节机构， 左限位立辊上设置有左限位立辊丝杠调节机构 ； 所述右夹紧立辊上设置有 右夹紧立辊丝杠调整机构， 左夹紧立辊上设置有左夹紧立辊丝杠调整机构 ； 所述下压辊两 端设有左右压紧丝杠调节机构 ； 所述上托辊I的右端设置有上托辊I右丝杠调整机构， 上托 辊 I 的左端设置有上托辊 I 左丝杠调节系统 ； 。

5、所述垫辊底部设置有垫辊丝杠调节机构 ； 所 述上托辊 II 底部设置有上托辊 II 丝杠调节机构 ； 所述上托辊 III 底部设置有上托辊 III 丝杠调节机构 ； 所述递送机构包括由液压驱动的递送辊， 递送辊的辊形为双枣核形结构， 递 送辊与板材中心重合部分直径比两侧大 0.5mm ； 所述导向机构包括左导板和右导板， 左导 板和右导板上都装有多个导向辊， 导板安装在板材的上方并设置在上托辊 III 前方。 3. 如权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于 ： 所述下压辊中部开有圆弧形凹槽， 用于 防止板材边缘在弯曲变形过程中产生向内的厥嘴。 4. 如权利要求 2 所述的试验装置， 其特征。

6、在于 ： 所述垫辊为弧面辊， 其圆弧半径 R2 小 于下压辊中部圆弧形凹槽弧面半径 R1， 垫辊通过丝杠调节机构调整水平高度， 在焊接处产 生一个预顶力防止板材边缘在弯曲过程中产生向外的厥嘴， 且垫辊与下压辊中心距大于垫 辊半径。 5. 如权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于 ： 所述上托辊 II 与递送辊距离是限位立 辊与递送辊距离的 3 倍以上， 以确保夹紧立辊对板材具有有效的夹紧和导向作用， 从而有 效改变成焊接处型缝松紧和侧向拘束力的大小。 6. 如权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于 ： 所述上托辊 I 通过上托辊 I 右丝杠调 整机构和上托辊 I 左丝杠调整机构调节上托。

7、辊 I 与上托辊 II 之间的距离， 从而改变板材弯 曲变形量、 调整板材所受弯曲变形力。 7. 基于权利要求 2、 3、 4、 5 或 6 所述试验装置的试验方法， 其特征在于， 按照如下步骤 ： (1) 上料 ： 将右侧板材和左侧板材平行送入递送机构中， 通过递送辊连续送入试验装 置内， 在此过程中通过右限位立辊丝杠调节机构调整右限位立辊位置、 左限位立辊丝杠调 节机构调整左限位立辊位置， 确保将板材水平、 平行送入递送机构中 ； (2) 侧向拘束力施加 ： 通过右夹紧立辊丝杠调整机构调整右夹紧立辊位置、 左夹紧立 辊丝杠调整机构调整左夹紧立辊位置， 向右侧板材和左侧板材施加侧向夹紧力， 。

8、从而在焊 接处获得一定大小的侧向力和不同大小的成型缝间隙 ； (3) 弯曲变形力施加 ： 通过下压辊、 上托辊I、 上托辊 II、 上托辊 III 的三辊弯曲变形作 用， 使右侧板材和左侧板材发生弯曲变形， 从而在焊接处施加一定的弯曲变形拘束力 ； (4) 错边量调节 ： 通过上托辊 II 丝杠调节机构调整上托辊 II 的水平高度、 上托辊 III 丝杠调节机构调整上托辊 III 的水平高度， 使右侧板材和左侧板材边缘处于不同的水平高 度， 在焊接处形成一定量的错边 ； (5) 焊接 ： 通过以上调节在板材对接焊处将产生侧向拘束力和弯曲拘束力以及一定量 权 利 要 求 书 CN 1031579。

9、31 A 2 2/2 页 3 的错边 ； 随后通过焊接装置对焊接处进行焊接， 整个试验过程板材连续递送。 8. 基于权利要求 7 所述试验装置的试验方法， 其特征在于 ： 所述焊接为埋弧焊接、 TIG 焊接或等离子焊接。 权 利 要 求 书 CN 103157931 A 3 1/4 页 4 一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接试验装置及方法 技术领域 ： 0001 本发明属于焊管制造领域， 涉及一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接试验方法 及装置。 背景技术 ： 0002 焊管生产过程是通过成型设备将板材连续卷曲制成管坯后采用埋弧焊、 TIG 焊以 及等离子焊接等焊接方法进行焊接。 管材成型过程中。

10、由于成型力的作用使焊接处产生了较 大的拘束力。 0003 拘束力是引起焊接应力造成焊缝缺陷和结构变形的重要原因之一。例如螺旋埋 弧焊钢管， 其生产过程是利用了成型器的三辊弯板原理， 通过在机组设置障碍作用于运行 的钢带之上， 在弯矩的作用下使钢板内层受挤压、 外层受拉伸， 变形由表面向里扩展， 达到 塑性或弹塑性变形， 并且在按照一定的螺旋角把钢带卷成所需外径的管坯的同时进行埋弧 焊接。生产过程中由于受到成型机构的作用， 在母材上产生了侧向挤压力以及垂直于钢带 表面的使钢带产生弯曲变形的拘束应力。拘束应力的大小和作用方式会引起焊缝错边、 影 响成型合缝间隙的大小以及焊接处的稳定性， 从而影响焊。

11、缝质量， 甚至造成内焊撕裂、 热裂 纹、 夹渣、 气孔等缺陷。因此， 在螺旋埋弧焊管生产中对成型器处拘束力的合理控制是提高 生产质量的关键， 目前还没有专用的模拟装置对此过程进行模拟和研究。 发明内容 ： 0004 本发明的目的在于解决上述现有技术的难点， 提供一种模拟管材在成型拘束力作 用下焊接试验方法及装置。 0005 本发明所解决的技术问题是模拟焊管制造中成型拘束力作用下的焊接过程， 研究 成型拘束应力、 板材塑性弯曲变形力以及成型缝错边量大小对焊接过程及质量的影响。 0006 本发明采用的技术方案 ： 0007 一种模拟管材在成型拘束力作用下焊接的试验装置， 包括底座、 设置在底座前端。

12、 两侧的右限位立辊和左限位立辊、 设置在底座前部的递送机构和导向机构、 设置在底座中 部两侧的右夹紧立辊和左夹紧立辊、 设置在底座后部下压辊和设置底座后端的上托辊 I ； 所述下压辊前下方设置有垫辊， 垫辊前方设置有上托辊 II， 上托辊 II 的左侧设置有上托辊 III ； 所述垫辊和上托辊 II 之间区域的上方设置有焊接装置。 0008 所述右限位立辊上设置有右限位立辊丝杠调节机构， 左限位立辊上设置有左限 位立辊丝杠调节机构 ； 所述右夹紧立辊上设置有右夹紧立辊丝杠调整机构， 左夹紧立辊上 设置有左夹紧立辊丝杠调整机构 ； 所述下压辊两端设有左右压紧丝杠调节系统 ； 所述上托 辊 I 的。

13、右端设置有上托辊 I 右丝杠调整机构， 上托辊 I 的左端设置有上托辊 I 左丝杠调节 系统 ； 所述垫辊下端设置有垫辊丝杠调节机构 ； 所述上托辊 II 下端设有上托辊 II 丝杠调 节机构 ； 所述上托辊 III 下端设置有上托辊 III 丝杠调节机构 ； 所述递送机构包括由液压 驱动的递送辊， 递送辊的辊形为双枣核形结构， 递送辊与板材中心重合部分直径比两侧大 说 明 书 CN 103157931 A 4 2/4 页 5 0.5mm ； 所述导向机构包括左导板和右导板， 左导板和右导板上都装有多个导向辊， 导板安 装在板材的上方并设置在上托辊 III 前方。 0009 所述下压辊中部开有。

14、圆弧形凹槽， 用于防止板材边缘在弯曲变形过程中产生向内 的厥嘴。 0010 所述垫辊为弧面辊， 其圆弧半径 R2 小于下压辊中部圆弧形凹槽弧面半径 R1， 垫辊 通过丝杠调节机构调整水平高度， 在焊接处产生一个预顶力防止板材边缘在弯曲过程中产 生向外的厥嘴， 且垫辊与下压辊中心距大于垫辊半径。 0011 所述上托辊II与递送辊距离是限位立辊与递送辊距离的3倍以上， 以确保夹紧立 辊对板材具有有效的夹紧和导向作用， 从而有效改变成焊接处型缝间隙和侧向拘束力的大 小。 0012 所述上托辊 I 通过上托辊 I 右丝杠调整机构和上托辊 I 左丝杠调整机构调节上托 辊I与上托辊II、 上托辊III之间。

15、的距离， 从而改变板材弯曲变形量和弯曲变形产生的拘束 力。 0013 基于所述试验装置的试验方法， 按照如下步骤 ： 0014 (1) 上料 ： 将右侧板材和左侧板材平行送入递送机构中， 通过递送辊连续送入试 验装置内， 在此过程中通过右限位立辊丝杠调节机构调整右限位立辊位置、 左限位立辊丝 杠调节机构调整左限位立辊位置， 确保将板材水平、 平行送入递送机构中 ； 0015 (2) 侧向拘束力施加 ： 通过右夹紧立辊丝杠调整机构调整右夹紧立辊位置、 左夹 紧立辊丝杠调整机构调整左夹紧立辊位置， 向右侧板材和左侧板材施加侧向夹紧力， 从而 对焊接处施加一定大小的侧向拘束力， 同时实现成型缝焊缝间。

16、隙大小的调节 ； 0016 (3) 弯曲变形力施加 ： 通过下压辊、 上托辊 I、 上托辊 II、 上托辊 III 的三辊弯曲变 形作用， 使右侧板材和左侧板材发生弯曲变形， 使焊接处产生一定的弯曲变形拘束力 ； 0017 (4) 错边量调节 ： 通过上托辊 II 丝杠调节机构调整上托辊 II 的水平高度、 上托辊 III 丝杠调节机构调整上托辊 III 的水平高度， 使右侧板材和左侧板材边缘处于不同的水 平高度， 从而在焊接处形成一定量的错边 ； 0018 (5) 焊接 ： 通过以上调节在板材对接焊处将产生侧向拘束力和弯曲拘束力以及一 定量的错边 ； 采用焊接装置对焊接处进行焊接， 整个试验。

17、过程板材连续递送， 从而达到模拟 焊接的目的。 0019 所述焊接为埋弧焊接、 TIG 焊接或等离子焊接。 0020 本发明通过递送机构将两条板材连续不断的平行递送， 在递送过程中通过调整 左、 右限位立辊位置确保板材水平送入。 板材在连续递送过程中通过左、 右夹紧立辊夹紧板 材， 向板材焊接处施加一定侧向拘束力， 同时通过夹紧力大小改变焊接处成型缝间隙大小 ； 通过调整下压辊、 上托辊I、 上托辊II、 上托辊III位置形成三辊弯板原理作用在板材上， 使 板材产生一定的弯曲变形， 从而在板材焊接处上施加一定大小的弯曲拘束作用力 ； 通过调 整上托辊 II 和上托辊 III 的水平高度使焊接处。

18、板材边缘产生不同的水平高度形成一定量 的错边 ； 通过以上调节在焊接处将产生侧向拘束力和一定量的错边以及因弯曲变形产生的 拘束力 ； 在此条件下进行焊接， 达到对焊管制造过程中焊接状态的模拟。 0021 本发明所取得的有益效果是 ： 0022 通过该装置能够研究焊管制造中， 不同大小拘束应力以及不同大小的成型缝组对 说 明 书 CN 103157931 A 5 3/4 页 6 间隙、 错边量的情况下的焊接过程。其所取得的有益效果如下 ： 0023 1) 能够研究侧向拘束力大小对焊接过程及焊缝质量的影响 ； 0024 2) 能够研究成型过程中板材弯曲变形造成的拘束力大小对焊缝质量的影响 ； 00。

19、25 3) 能够研究错边量大小对焊缝质量的影响 ； 0026 4) 能够研究成型缝间隙大小对焊接过程及焊缝质量的影响。 附图说明 ： 0027 图 1 为本发明焊接试验装置的侧向示意图 ； 0028 图 2 为本发明焊接试验装置的俯视图 ； 0029 图 3 为焊接试验装置中递送辊辊形图 ； 0030 图 4 为焊接试验装置中上压辊辊形图 ； 0031 图 5 为焊接试验装置中垫辊辊形图 ； 0032 其中 ： 1 为右限位立辊 ； 2 为递送机构 ； 3 为导向机构 ； 4 为右夹紧立辊 ； 5 为焊接装 置 ； 6 为下压辊 ； 7 下压辊右压紧丝杠调节机构 ； 8 为右侧板材 ； 9 为。

20、上托辊 I ； 10 为上托辊 I 右丝杠调整机构 ； 11 为垫辊 ； 12 为垫辊丝杠调节机构 ； 13 为上托辊 II 丝杠调节机构 ； 14 为 上托辊 II ； 15 为右夹紧立辊丝杠调整机构 ； 16 为底座 ； 17 为右限位立辊丝杠调节机构 ； 18 为左限位立辊 ； 19为左限位立辊丝杠调节机构 ； 20为递送辊 ； 21为左导板 ； 22为右导板 ； 23 为左夹紧立辊 ； 24 为左夹紧立辊丝杠调整机构 ； 25 为上托辊 III ； 26 下压辊左压紧丝杠调 节机构 ； 27 为上托辊 I 左丝杠调节系统 ； 28 为左侧板材 ； 29 为上托辊 III 丝杠调节机构。。

21、 具体实施方式 ： 0033 下面结合附图对本发明做进一步详细描述 ： 0034 参见图 1-5， 本发明包括右限位立辊、 右限位立辊丝杠调节机构、 递送机构、 导向机 构、 右夹紧立辊、 右夹紧立辊丝杠调整机构、 焊接装置、 下压辊、 压紧丝杠调节系统 I、 上托辊 I、 上托辊丝杠调整系统 I、 垫辊、 垫辊丝杠调节机构、 上托辊 II 上托辊 II 丝杠调节机构、 底 座、 左限位立辊、 左限位立辊丝杠调节机构、 左夹紧立辊、 左夹紧立辊丝杠调整机构、 上托辊 III 上压辊左丝杠调节系统、 上托辊 I 左丝杠调节系统 ； 0035 所述导向机构由左导板、 右导板组成， 导板上装有多个导。

22、向辊， 并与底座上安装的 托辊共同引导板材沿水平方向均匀送进， 能够有效防止因前方板材弯曲变形对递送过程产 生的阻力引起的板材打折现象造成的递送速度不稳定 ； 0036 所述递送机构采用液压传动， 通过上下两个压辊传动将板材以一定的速度连续向 前传送， 递送机构两侧压力可单独调节， 从而可以分别改变递送辊施加在两条板材上的递 送力大小， 以确保两条板材递送速度能够调整到一致， 递送辊辊形为双枣核形结构， 其与板 材中心重合的部分比两侧直径大 0.5mm， 使递送辊在板材中部施加的递送力大于在板材边 缘施加的递送力从而有效防止板材跑偏， 保证板材水平送进 ； 0037 所述下压辊中部开有圆弧形凹。

23、槽， 能够防止板材边缘在弯曲变形过程中产生向内 的厥嘴 ； 0038 所述垫辊为弧面辊， 其圆弧半径 R2 小于下压辊中部圆弧形凹槽弧面半径 R1， 垫辊 可通过丝杠调节机构调整水平高度， 在焊接处产生一个预顶力防止板材边缘在弯曲过程中 说 明 书 CN 103157931 A 6 4/4 页 7 产生向外的厥嘴， 且垫辊与下压辊中心距大于垫辊半径 ； 0039 所述上托辊II与递送辊距离是限位立辊与递送辊距离的3倍以上， 以确保夹紧立 辊对板材具有有效的夹紧和导向作用， 从而有效改变成焊接处型缝间隙大小和侧向拘束力 的大小 ； 0040 所述上托辊 I 可通过上托辊 I 右丝杠调整机构和上托。

24、辊 I 左丝杠调整机构调节与 上托辊 II 之间的距离， 从而改变板材弯曲变形量调整板材所受弯曲变形力的大小。 0041 本装置试验过程如下 ： 0042 1) 上料 ： 将右侧板材和左侧板材平行送入递送机构中， 通过递送辊连续送入试验 装置内， 在此过程中通过右限位立辊丝杠调节机构、 左限位立辊丝杠调节机构分别调整限 位立辊位置确保将板材水平、 平行送入 ； 0043 2) 侧向拘束力施加 ： 通过右夹紧立辊丝杠调整机构和左夹紧立辊丝杠调整机构 调整右夹紧立辊、 左夹紧立辊位置， 向右侧板材和左侧板材施加侧向夹紧力， 在焊接处获得 一定大小的侧向拘束力， 同时调整成型缝间隙大小 ； 0044。

25、 3) 弯曲变形力施加 ： 通过下压辊、 上托辊 I、 上托辊 II、 上托辊 III 的三辊弯曲变 形作用向右侧板材和左侧板材施加弯曲变形， 从而在焊接处施加一定的弯曲变形拘束力 ； 0045 4) 错边量调节 ： 通过上托辊 II 丝杠调节机构、 上托辊 III 丝杠调节机构调整上托 辊 II 和上托辊 III 的水平高度， 使两块板材之间顶起高度发生一定的变化， 从而在焊接处 产生一定量的错边 ； 0046 5) 焊接 ： 通过以上调节在板材对接焊处将产生侧向以及弯曲拘束力和一定量的 错边， 采用焊接装置在板材连续递送过程进行焊接， 焊接方式可选埋弧焊接、 TIG 焊接、 等离 子焊接等。

26、。 0047 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制， 虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技术人 员， 在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更 动或修饰为等同变化的等效实施例， 但凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 仍属于本发明技术方案的 范围内。 说 明 书 CN 103157931 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103157931 A 8 2/2 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103157931 A 9 。