[发明专利]用于持久地接合第一管状构件和第二构件的焊接组件

说明书

本发明涉及一种焊接组件，用于将第一管状构件与第二构件沿着二维或三维的相交曲线持久地接合。本发明的特征在于，操纵器单元是呈竖直关节臂机器人形式的六轴开式运动链，附装在框架的末端上，设有供应模块，其上附装有至少一个部件：控制单元；电能供应单元；用于与焊接过程相关的材料的至少一个储备装置，材料包括焊丝和处理气体；至少一个部件通过连接管线与焊接工具相连接，供应模块可旋转地支承，用于执行与焊接工具绕着管纵轴线运动同时的旋转运动，该旋转运动能够实现焊接工具绕着管纵轴线的无尽旋转，供应模块至少沿着一平面可自由定位地铰接在相对于焊接组件单独构造的承载结构件上，或者供应模块以抗扭的方式与承载环模块相连接。

技术领域

本发明涉及一种用于沿着二维或三维相交曲线持久地接合第一管状构件和第二构件的焊接组件，这两个构件沿着所述相交曲线接触，所述焊接组件包括与所述第一构件的背离所述相交曲线的管状末端可拆卸且固定接合的固定组件、间接或直接安装在所述固定组件上从而其能绕着配属于所述第一构件的管纵轴线可枢转的操纵器单元、和附装至所述可自由定位的操纵器末端的焊接工具。

背景技术

可更新能源的发展已带来对离岸风力涡轮机的不断增长的需求，而风力涡轮机必须通过吊杆、三角桩或三脚架形式的资源保护基座结构被牢固地放置在海床上或海床中，所有这些基座结构的特征均在于具有管节件的钢架管结构，这些管节件作为由相交管组成的钢架接合元件。取决于各种不同的基座结构类型，可使用多种呈X、Y、K和双K构造的管节件。在该设计范围内，管节件在接合角度、管接头的定位、钢架管的厚度以及直径方面呈现不同，由此导致即使在相同的框架结构件内也可使用很多不同类型的接头。当接合两个钢架管时(这通常需要将管接头与大直径的基管相接合)，这里的尺寸通常需要通过焊接来完成接合。在本文中，正确地加工焊缝并且沿着两个管构件沿着其相互接触的三维相交曲线将这两个构件尽可能精确地接合对于焊缝的质量和尺寸公差是关键性的。

由于待接合的构件的大尺寸和重量，焊缝加工和通过焊接接合管节件连接件的过程在大多数情况下要手工地完成，使得加工过程是漫长的、效率低下且花费大。大量的不同类型的管接合妨碍了使用焊接机器人完成这种类型的管节件，这是因为预先不可能采用单一自动化的通用焊接组件进行这种操作。

在本文中，DE 33 13 230 A1公开了一种用于将管接头自动焊接至较大基管元件的方法和装置，其中基管元件被可旋转地支承。当管元件已被钉到基管上时，将具有以铰接方式接合从而可绕着管接头的纵轴线旋转的焊接臂组件的固定组件附装到管接头上，该焊接臂组件也在两个方向上以及绕着管纵轴线的旋转方向上进行轴向移位，使得焊接工具可沿着三维相交曲线精确地移动。然而，考虑到用于附装到管接头的已知焊接组件的尺寸，仅适合于将管接头接合到管轴线相对于彼此正交地定位的基管段上。

已知的装置利用了这样的事实，即由于基管段的旋转定位，总是在“平焊位置”执行焊接过程，使得能够实现可能最快的焊接速度和非常高的焊接质量，但其也存在着这样的缺点，即假如特别当制造近海平台时待操作的管节件的总重量为30吨或更重，并且管通常达到10米长且具有大约1-3米的直径，待接合的管构件的操作将受到构件的尺寸和重量的限制。并且，具有多组管角度(在这些组中管接头的管纵轴线以小于90°，优选小于45°的角度与基管的管纵轴线对齐)的管节件会面临空间上的挑战，这是因为由于径向突出的构造焊接工具不能绕着待焊接的管接头的管纵轴线旋转360°。

在文献EP 0060382 A1、EP 181 1047 A1、JP 60203370 A、DE 102009 043 021B3、DE 30 05 153 A1和EP 013341 1 A1中公开了非常类似的用于接合两个管状构件的焊接组件，其中管状构件的管纵轴线相互正交地取向。

专利申请DE 10 2011 118 615 A1记载了一种用于沿着基管段焊接管接头的装置，基管段的管轴线形成了锐角。为了沿着三维相交曲线焊接两个管构件，安装了能在线性轴线上双向移动的焊接机器人，但该机器人同样仅能对相交曲线的部分区段起作用。为了能完成焊接，必须要绕着待彼此接合的管构件布置至少两个，优选三个这种类型的焊接机器人。