一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法

摘要

本发明公开了一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法，用于水平可滚动设置在滚轮架上的钢管桩，包括水平穿过所述钢管桩的支撑梁，所述支撑梁的两端设有固定于地面的支座，所述支撑梁上设有沿所述钢管桩的轴向方向移动的行走小车；行走小车上安装有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的定位件，所述定位件向所述钢管桩的内壁延伸，所述定位件的端部设有与所述钢管桩的内壁转动抵接的滚轮；定位件上设有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的摆动器，所述摆动器上安装有朝向所述钢管桩的内壁的焊枪。本发明的钢管桩剪力环的焊接装置能够提高钢管桩剪力环焊接效率，同时提升剪力环焊接质量。

权利要求

1.一种钢管桩剪力环的焊接装置，用于水平可滚动设置在滚轮架上的钢管桩，其特征在于，包括水平穿过所述钢管桩的支撑梁，所述支撑梁的两端设有固定于地面的支座，所述支撑梁上设有沿所述钢管桩的轴向方向移动的行走小车；

所述行走小车上安装有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的定位件，所述定位件向所述钢管桩的内壁延伸，所述定位件的端部设有与所述钢管桩的内壁转动抵接的滚轮；所述定位件为定位斜撑；

所述移动小车上设有轴线与所述钢管桩的轴向垂直的转动轴，所述转动轴上转动设有转动件，所述定位斜撑的一端与所述转动件固定连接；所述转动件为U型转动件，所述转动轴为螺栓，所述螺栓穿过所述U型转动件上预留的安装孔，所述螺栓的端部安装有螺母，所述定位斜撑的一端与所述U型转动件固定连接；

所述定位件上设有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的摆动器，所述摆动器上安装有朝向所述钢管桩的内壁的焊枪。

2.如权利要求1所述的钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述支撑梁上设有沿所述钢管桩的轴向方向延伸的导轨，所述行走小车设有与所述导轨匹配的行走轮。

3.如权利要求1所述的钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述滚轮的表面设有周向延伸的凹槽，所述凹槽用于与钢管桩的内壁的剪力环匹配。

4.如权利要求1所述的钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述摆动器电信号连接有控制器，所述控制器可控制所述摆动器的摆动频率。

5.如权利要求1所述的钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述摆动器的摆动输出端连接有沿钢管桩的轴向延伸的联动杆，所述联动杆的两端均连接有焊枪。

6.如权利要求1所述的钢管桩剪力环的焊接装置，其特征在于，所述定位件上连接有两个沿钢管桩的轴向依次布置的摆动器，各所述摆动器上均设有焊枪。

7.一种应用权利要求1‑6任一项所述的钢管桩的焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括步骤：

S1，将支撑梁伸入钢管桩内，其长度需保证焊接装置能焊接到最里面的一圈剪力环，支座设在钢管桩外；将定位件、行走小车组装好后卡入支撑梁和所要焊接的剪力环，然后将焊枪插入摆动器，调整好焊接角度；

S2，对摆动器和焊枪进行微调，旋转钢管桩一周，同步开启摆动器，对装置进行模拟焊接，确保焊接装置正常运行；

S3，开始第一道剪力环焊接，钢管桩周向转动，焊接过程中实时监控焊接质量、焊接速度；

S4，当一道剪力环焊接完成后，抬高焊枪，移动行走小车，将滚轮卡入下一道剪力环，开始下一道剪力环的焊接。

说明书

一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风电设备技术领域，特别是涉及一种钢管桩剪力环的焊接装置及焊接方法。

背景技术

[0002] 在海上风电项目桩顶均有剪力环附属件，其中桩顶的剪力环长度约有6米，包括共21圈剪力环，桩底的剪力环范围有8米，包括共13圈剪力环，剪力环为 圆钢，剪力环
与桩壁焊接形式为双面角焊缝。而群桩直径约2400mm，单条群桩中剪力环焊接的工作量高
达498米，钢管桩一般为直径约2.5m，长度约70米的圆管，剪力环在钢管桩上的焊接长度约
10m，目前主要采用人工手工焊接，焊接设备采用二氧化碳气体保护焊，一般单个焊工焊接
剪力环的平均速度约每小时4米，焊完单条群桩所需工作时间为124.5h，按每天工作20h(两
班倒)，焊完整条群桩的剪力环约需要6.2天，焊接剪力环这道工序在生产上安排的时间仅
为2天，即要按进度计划完成该道工序的工作则至少要安排5个焊工轮流或者同时进行焊接
工作，使其焊接工作量大，费时费力，焊接效率低。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种钢管桩剪力环的焊接装置，能够解决技术问题：解决的技术问题是海上风电稳桩钢管桩剪力环焊接效率低，焊接质量差的
问题，目的是在不增加较大成本的情况下，利用半自动焊接优势，提高钢管桩剪力环焊接效
率，同时提升剪力环焊接质量。

[0004] 本发明的另外一个目的在于提供一种焊接方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种钢管桩剪力环的焊接装置，用于水平可滚动设置在滚轮架上的钢管桩，包括水平穿过所述钢管桩的支撑梁，所述支撑梁的两端设有固
定于地面的支座，所述支撑梁上设有沿所述钢管桩的轴向方向移动的行走小车；

[0006] 所述行走小车上安装有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的定位件，所述定位件向所述钢管桩的内壁延伸，所述定位件的端部设有与所述钢管桩的内壁转动抵接的滚轮；

[0007] 所述定位件上设有可沿所述钢管桩的轴向方向摆动的摆动器，所述摆动器上安装有朝向所述钢管桩的内壁的焊枪。

[0008] 作为优选方案，所述支撑梁上设有沿所述钢管桩的轴向方向延伸的导轨，所述行走小车设有与所述导轨匹配的行走轮。

[0009] 作为优选方案，所述定位件为定位斜撑；

[0010] 所述移动小车上设有轴线与所述钢管桩的轴向垂直的转动轴，所述转动轴上转动设有转动件，所述定位斜撑的一端与所述转动件固定连接。

[0011] 作为优选方案，所述转动件为U型转动件，所述转动轴为螺栓，所述螺栓穿过所述U型转动件上预留的安装孔，所述螺栓的端部安装有螺母，所述定位斜撑的一端与所述U型转
动件固定连接。

[0012] 作为优选方案，所述滚轮的表面设有周向延伸的凹槽，所述凹槽用于与钢管桩的内壁的剪力环匹配。

[0013] 作为优选方案，所述摆动器电信号连接有控制器，所述控制器可控制所述摆动器的摆动频率。

[0014] 作为优选方案，所述摆动器的摆动输出端连接有沿钢管桩的轴向延伸的联动杆，所述联动杆的两端均连接有焊枪。

[0015] 作为优选方案，所述定位件上连接有两个沿钢管桩的轴向依次布置的摆动器，各所述摆动器上均设有焊枪。

[0016] 一种钢管桩的焊接方法，包括步骤：

[0017] S1，将支撑梁伸入钢管桩内，其长度需保证焊接装置能焊接到最里面的一圈剪力环，支座设在钢管桩外；将定位件、行走小车组装好后卡入支撑梁和所要焊接的剪力环，然
后将焊枪插入摆动器，调整好焊接角度；

[0018] S2，对摆动器和焊枪进行微调，旋转钢管桩一周，同步开启摆动器，对装置进行模拟焊接，确保焊接装置正常运行；

[0019] S3，开始第一道剪力环焊接，钢管桩周向转动，焊接过程中实时监控焊接质量、焊接速度；

[0020] S4，当一道剪力环焊接完成后，抬高焊枪，移动行走小车，将滚轮卡入下一道剪力环，开始下一道剪力环的焊接。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0022] 本发明的钢管桩剪力环的焊接装置用于水平可滚动设置在滚轮架上的钢管桩，钢管桩可在滚轮架上转动；具体，本申请的焊接装置包括水平穿过钢管桩的支撑梁，支撑梁的
两端设有固定于地面的支座，支座用于支撑支撑梁，使支撑梁的位置固定，支撑梁上设有沿
钢管桩的轴向方向移动的行走小车，行走小车科研支撑梁移动；行走小车上安装有可沿钢
管桩的轴向方向摆动的定位件，定位件向钢管桩的内壁延伸，定位件的端部设有与钢管桩
的内壁转动抵接的滚轮；定位件上设有可钢管桩的轴向方向摆动的摆动器，定位件用于定
位摆动器，在定位件摆动的时候，滚轮能够沿着钢管桩的内壁转动，摆动器上安装有朝向钢
管桩的内壁的焊枪。本申请的钢管桩剪力环的焊接装置利用摆动器的摆动实现焊枪的焊
接，同时利用钢管桩的转动以及定位件的定位，实现钢管桩内部的单个剪力环的焊接，然后
行走小船移动，可进行下一个剪力环的焊接时，实现了焊枪的自动焊接，提高钢管桩剪力环
焊接效率，同时提升剪力环焊接质量。

[0023] 本申请的钢管桩剪力环的焊接装置参照悬臂支撑原理，结合焊接剪力环为圆钢的特性，巧妙的利用滚轮与剪力环的圆钢的配合而达到整个焊接装置与施焊的剪力环精确定
位的思想，再利用传统的可调三维度挂架和电动摆动机构以及钢管桩滚轮架，最终实现整
个焊接装置的自动焊接。

附图说明

[0024] 图1为本发明的钢管桩剪力环的焊接装置的结构示意图；

[0025] 图2为图1的局部结构示意图；

[0026] 图3为图1的侧视结构示意图。

[0027] 图中，1、钢管桩；11、剪力环；2、滚轮架；3.支撑梁、4、行走小车；41、转动轴；42、转动件；5、定位件；6、滚轮；7、摆动器；8、焊枪。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0029] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描
述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分
开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，
“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

[0030] 本发明的钢管桩剪力环的焊接装置的优选实施例，具体参阅图1‑图3所示，本发明的钢管桩剪力环的焊接装置用于水平可滚动设置在滚轮架2上的钢管桩1，钢管桩1可在滚
轮架2上转动；具体，本申请的焊接装置包括水平穿过钢管桩1的支撑梁3，支撑梁3的两端设
有固定于地面的支座，支座用于支撑支撑梁3，使支撑梁3的位置固定，支撑梁3上设有沿钢
管桩1的轴向方向移动的行走小车4，行走小车4可沿支撑梁移动；行走小车4上安装有可沿
钢管桩1的轴向方向摆动的定位件5，定位件5向钢管桩1的内壁延伸，定位件5的端部设有与
钢管桩1的内壁转动抵接的滚轮6；定位件5上设有可向钢管桩1的轴向方向摆动的摆动器7，
定位件5用于定位摆动器7，在定位件5摆动的时候，滚轮6能够沿着钢管桩1的内壁转动，摆
动器7上安装有朝向钢管桩1的内壁的焊枪8。本申请的钢管桩剪力环的焊接装置利用摆动
器7的摆动，同时利用钢管桩1的转动以及定位件5的定位，实现钢管桩1内部的单个剪力环
11的焊接，然后行走小车4移动，可进行下一个剪力环11的焊接时，实现了焊枪8的自动焊
接，提高钢管桩剪力环11焊接效率，同时提升剪力环焊接质量。

[0031] 本申请的滚轮架2具体有两个，且间隔设置，钢管桩1支撑在两个滚轮架2上，钢管桩1的转动可通过滚轮架2的滚动实现。

[0032] 本申请的钢管桩剪力环的焊接装置参照悬臂支撑原理，结合焊接剪力环为圆钢的特性，巧妙的利用滚轮6与剪力环11的圆钢的配合而达到整个焊接装置与施焊的剪力环11
精确定位的思想，再利用传统的可调三维度挂架和电动摆动机构以及钢管桩的滚轮架，最
终实现整个焊接装置的自动焊接。

[0033] 其中，支撑梁3上设有沿钢管桩1的轴向方向延伸的导轨，行走小车4设有与导轨匹配的行走轮。行走小车4沿着导轨移动，用于行走小车的导向移动。本申请的行走小车4的行
走可以采用电机控制或者人工推动行走小车的移动，本申请的具体实施例中，行走小车4的
移动采用人工推动行走。

[0034] 其中，本申请中的定位件5具体为定位斜撑；移动小车4上设有轴线与钢管桩4的轴向垂直的转动轴41，转动轴41上转动设有转动件42，定位斜撑的一端与转动件42固定连接。
转动轴41的转动可以带动定位斜撑的上下摆动，这样在钢管桩1滚动的时候，定位件5即可
上下的摆动，同时滚轮6与钢管桩4的剪力环11匹配滚动，在适应钢管桩4的滚动的时候，实
现定位件5的定位。

[0035] 进一步的，转动件42为U型转动件，转动轴41为螺栓，螺栓穿过U型转动件上预留的安装孔，螺栓的端部安装有螺母，定位斜撑的一端与U型转动件固定连接，U型转动件转动即
可带动定位件5的摆动。

[0036] 进一步的，本申请中的滚轮6表面具有周向延伸的凹槽，凹槽用于与钢管桩1的内壁的剪力环11匹配，在定位件5摆动的时候，滚轮6沿着剪力环11滚动。

[0037] 进一步的，摆动器7电信号连接有控制器，控制器可控制摆动器7的摆动频率，本申请中的控制器和摆动器7为现有技术中公开的机器，摆动器与控制器7可直接通过数据线电
信号连接，以控制摆动器7的摆动频率。

[0038] 其中，焊接过程中钢管桩1转动一圈使剪力环11焊接两面成型，且由自动焊接代替人工手动焊接，必要时可在支撑梁3上一次布置多个焊接装置对剪力环11同时焊接，利用此
焊接装置可有效提升钢管桩剪力环的焊接速度与焊接质量，缩短剪力环11焊接该道工序的
制作时间。

[0039] 本申请中，摆动器7的摆动输出端连接有沿钢管桩的轴向延伸的联动杆，联动杆的两端均连接有焊枪8，采用两个联动的焊枪8对剪力环11同时焊接。或者，定位件5上连接有
两个沿钢管桩的轴向依次布置的摆动器7，各摆动器7上均设有焊枪8，每一个摆动器7上安
装一个焊枪8，采用两个摆动器7同时作业，实现对剪力环11的双面焊接。

[0040] 本申请的钢管桩剪力环的焊接装置利用摆动器7的摆动实现焊枪8的焊接，同时利用钢管桩1的转动以及定位件5的定位，实现钢管桩1内部的单个剪力环11的焊接，然后行走
小船移动，可进行下一个剪力环11的焊接时，实现了焊枪8的自动焊接，提高钢管桩剪力环
11焊接效率，同时提升剪力环11焊接质量。

[0041] 本申请的钢管桩剪力环的焊接装置参照悬臂支撑原理，结合焊接剪力环为圆钢的特性，巧妙的利用滚轮6与剪力环11的圆钢的配合而达到整个焊接装置与施焊的剪力环11
精确定位的思想，再利用传统的可调三维度挂架和电动摆动机构以及钢管桩滚轮架，最终
实现整个焊接装置的自动焊接。

[0042] 一种钢管桩的焊接装置的焊接方法，包括步骤：

[0043] S1，将支撑梁3伸入钢管桩1内，其长度需保证焊接装置能焊接到最里面的一圈剪力环11，支座设在钢管桩1外；将定位件5、行走小车4组装好后卡入支撑梁3和所要焊接的剪
力环11，然后将焊枪8插入摆动器7，调整好焊接角度；

[0044] S2，对摆动器7和焊枪8进行微调，旋转钢管桩1一周，同步开启摆动器7，进行模拟焊接，确保焊接装置正常运行；

[0045] S3，开始第一道剪力环11焊接，同时钢管桩1周向转动，焊接过程中实时监控焊接质量、焊接速度；

[0046] S4，当一道剪力环11焊接完成后，抬高焊枪8，移动行走小车4，将滚轮6卡入下一道剪力环11，开始下一道剪力环11的焊接。

[0047] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换
也应视为本发明的保护范围。