[发明专利]用于焊接旋挖钻用钻杆管体和外键的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法及焊接装置，具体地，涉及一种用于焊接旋挖钻用钻杆管体和外键的方法及装置。

背景技术

旋挖钻机的旋挖钻杆通常包括可伸缩的多节钻杆管体，多节钻杆管体周向通过键联接，以逐节传递旋转扭矩。更具体地说，钻杆管体的外周面上设置有沿轴向延伸的外键，钻杆管体的内周面上设置有与外键相啮合的内键。外键通常在钻杆管体的整个长度上延伸，而内键则可以仅在钻杆管体的部分长度上延伸。内键的长度较短，因此可以通过一体锻造、焊接等方式设置在钻杆管体的内周面上。对于长度较长的钻杆，钻杆管体的长度也较长，例如可以达到十几米或更长，因此鉴于成本和可操作性等原因，外键通常通过焊接的方式设置在钻杆管体的外周面上。由于钻杆管体的长度较长，因此钻杆管体与外键之间的焊缝长度也很长。在现有技术中，通常采用人工焊接的方式将外键焊接到钻杆管体的外周面上。

旋挖钻的钻杆管体和外键属于不同材质的高强钢。钻杆管体材料通常为中碳调质钢，例如27SiMn，外键材料通常为低碳调质钢，例如20CrMnTi。这两类钢都容易在焊接过程中因局部温度的剧烈变化而发生变形从而导致冷裂现象，严重影响了焊接质量，而且由不同材质构成的钻杆管体和外键的变形程度不同也会使得冷裂现象更加恶化。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止冷裂的用于焊接旋挖钻用钻杆管体和外键的方法及装置。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种用于焊接旋挖钻用钻杆管体和外键的方法，其中，该方法包括：预热步骤：预先对所述钻杆管体和外键之间的焊接区进行加热；焊接步骤：焊接所述钻杆管体和外键之间的焊接区以形成焊缝；以及后热步骤：在所述焊接步骤之后再对钻杆管体和外键之间形成的焊缝进行加热。

优选地，在所述预热步骤和/所述后热步骤中，采用中频感应加热器进行加热。

优选地，在所述预热步骤中，将所述焊接区加热至150℃至220℃。

优选地，在所述后热步骤中，将所述焊缝加热至200℃至280℃。

优选地，该方法包括打底焊阶段和填充焊阶段，该打底焊阶段和填充焊阶段均包括所述预热步骤、焊接步骤和后热步骤。

优选地，沿所述钻杆管体的周向布置有多条所述焊接区，每条焊接区沿所述钻杆管体的轴向延伸，在所述焊接步骤中，同步地对多条所述焊接区进行焊接。

优选地，在同步焊接的多条所述焊接区中，相邻两条焊接区之间沿所述钻杆管体的周向间隔30°至180°。

另一方面，本发明还提供了一种用于焊接旋挖钻用钻杆管体和外键的装置，其中，该装置包括：预热单元，该预热单元用于预先对所述钻杆管体和外键之间的焊接区进行加热；焊接单元，该焊接单元用于焊接所述钻杆管体和外键之间的焊接区以形成焊缝；以及后热单元，该后热单元用于在焊接后再对所述钻杆管体和外键之间形成的焊缝进行加热。

优选地，所述预热单元和/或所述后热单元包括中频感应加热器。

优选地，该装置还包括保持单元，该保持单元包括用于保持所述钻杆管体的保持机构。

优选地，所述保持单元还包括驱动所述旋挖钻用钻杆管体围绕轴线转动的转动机构。

优选地，所述保持机构包括分别设置在所述钻杆管体的两端的两个卡盘，所述转动机构包括驱动所述卡盘转动的电机。

优选地，所述焊接单元包括能够平行于所述钻杆管体的轴向移动的焊接机械手。

优选地，所述焊接单元包括两个所述焊接机械手，该两个焊接机械手同步移动并且分别设置在所述钻杆管体的两侧。

优选地，所述两个焊接机械手分别固定在两个同步移动的传送履带上，该传送履带平行于所述钻杆管体的轴向延伸。

优选地，所述预热单元和所述后热单元分别设置在所述焊接机械手的上游和下游，并且能够平行于所述钻杆管体的轴向移动。

优选地，该装置还包括导轨，该导轨设置在所述钻杆管体上方并且平行于所述钻杆管体的轴向延伸，所述预热单元包括第一加热箱，所述后热单元包括第二加热箱，所述第一加热箱和第二加热箱可沿所述导轨滑动地悬挂在所述导轨上。

通过上述技术方案，通过在焊接之前的预热步骤和焊接之后的后热步骤，能够有效地降低钻杆管体和外键在焊接过程中的局部温度变化，从而能够有效地避免钻杆管体和外键在焊接过程中发生冷裂现象。此外，通过预热步骤和后热步骤还能够有效地消除焊接后钻杆管体和外键的焊接应力和焊接变形。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明