CN103776031A - 多焰燃烧器及用于加热工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有燃烧头(1)的多焰燃烧器(10)，所述燃烧头被设置为当供给燃料时产生沿着各自火焰轴线(14)指向的至少一个燃烧火焰(13)，其中各自临近的燃烧头(1)的火焰轴线(14)互相倾斜。本发明的主题还涉及一种预热工件、尤其是预热管道或大直径管道的方法。

Description

多焰燃烧器及用于加热工件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有燃烧头和附随的连接管的多焰燃烧器，所述燃烧头被设置为当提供燃料时产生沿着各自的火焰轴线指向的至少一个燃烧火焰，还涉及一种采用相应的多焰燃烧器预热工件、尤其是预热管道或者大直径管道的方法。

背景技术

在非常广泛的材料处理和制造过程的范围内工件必须被预热。本发明此处首先且最主要地借鉴了焊接操作中的预热。然而，本发明实质上还可用于其他需要通过火焰来引入热量的方法中。

在已知的焊接工艺中，由于各种各样的原因待焊接的工件会被预热。缺少预热的主要危害在于所谓的热影响区的氢脆。另外，可变形钢不进行预热的话遇到冷却速率增加时具有硬度增强的倾向。这会在工件的连接区域产生一种增强的形成冷裂纹的趋势。例如，当焊接管道具有增大的管道直径时这些弊端会更严重。基于此，经由预热为随后的焊接工艺预备大直径管道代表本发明的优选应用。

可达到的硬度和因此产生的冷裂纹的危害在此主要取决于待加工工件的厚度、两维或三维散热、目前的合金元素及其含量、在焊接过程中各自产生的热量和/或部件温度。后者会被预热所影响。预热可以减少接缝区的冷却速率并改善氢渗漏。另外，对焊接接合点的残余焊接应力状态具有有利的影响。

必要的预热温度可被各自确定，并且待产生的热量和/或各自所采用的预热装置可基于此来确定。当确定预热温度时，特别地，材料的基本韧性、其壁厚、接缝形状、采用的焊接工艺和焊接速率都要考虑。

当超过特定的厚度极限时(尤其对于高强钢)，基本上需要在5℃以下的温度来进行预热工艺。例如，预热温度测量值为80至200℃。

一般来说，在焊接之前优选采用多焰燃烧器来对工件进行预热，为了在下面进行更详细地解释，所述多焰燃烧器例如采用含有乙炔和氧气的燃料混合物或者含有乙炔和压缩空气的燃料混合物操作。通过预热在工件(比如，管道或者大直径管道)上生成靠近焊缝的预备区域，用于在此预热区域生成焊缝，因此该区域在焊接工艺开始就已是温热的(温热这里意思是比周围空气的温度高)。

特别是当预热大直径管道时，在焊缝附近区域必须引入集中的热量，而不能熔化工件表面并使得后面残余的水汽远离火焰的排气。然而，取决于燃烧器的结构，产生给定的集中热量的大量热排气给燃烧器本身带来负担。这可结束对使用的燃烧头造成的热损害。这适用于特别是采用了不合适的操作和调整。合适的安全预防措施是昂贵的。

在此，直径在1-12米范围的管道称为大直径管道。

因此，就需要对加热工件、尤其是对加热管道和大直径管道的方式进行改进，其不会出现这些缺点并可被安全地操作。

发明内容

在这种背景下，本发明提出了一种具有燃烧头和附随的连接管的多焰燃烧器，所述燃烧头被设置为当提供燃料时产生沿着各自的火焰轴线指向的至少一个燃烧火焰，还涉及一种采用具有独立权利要求中所述特征的相应的多焰燃烧器预热工件、尤其是预热管道或者大直径管道的方法。因此，设定的目标通过偏置连接管的至少一半来实现，从而各自相邻的燃烧头的火焰轴线相对于彼此被倾斜。

尽管本发明主要描述了关于对管道或者大直径管道进行预热，但是也不限于此，因为发现本发明可被用于预热单个的元件或者元件组甚至通常的大容器结构中都有特殊的优势。

多焰燃烧器优选地被配置为使得所有的连接管设计成偏置的。

尤其优选的是多焰燃烧器被配置为所有连接管具有30°-60°、优选为大约45°的偏置角度。

尤其有利的是多焰燃烧器的特征在于连接管借助于螺纹接头相对于各自的连接嘴枢转，其中连接嘴的各自另一端被固定到共用的送料线上，并且能通过共用的送料线来提供燃料。

在本发明有利的进一步改型中，燃烧头被设成至少两组(A和B)燃烧头，其中的至少第一组燃烧头(A)都被布置为与至少另外一组燃烧头(B)交替设置，并且至少第一组燃烧头的火焰轴线相对于至少另外一组燃烧头的火焰轴线倾斜。

各组内的燃烧头被最好沿着相同的方向或者互相平行设置。

也有利的是，将燃烧头设成至少两组，其中至少两组中的燃烧头都互相交替排列，并且至少一组或者每组燃烧头的每个火焰轴线都与至少一组或另一组燃烧头的火焰轴线偏离。例如，各组内的燃烧头的轴线被平行设置。这会使得系列生产特别简单。

本发明更进一步的有利的改进是，燃烧头都具有火焰轴线，所述火焰轴线相对于送料线的中心线的垂线轴向地和/或径向地倾斜，优选的是，各自临近的燃烧头相对于彼此倾斜5°-45°的角度。

相应的多焰燃烧器优选被配置为以临近的燃烧头的火焰轴线相对于彼此倾斜放置。例如，可被轴向地和/或径向地相对于送料线的中心线的垂线倾斜5°-45°的角度。在其它的因素中，各自选择的角度还取决于各自加热过程的要求。如果有必要大范围的局部加热，那么更紧密的角度是需要的。如果目的是以特别高效的方式释放产生的排气，那么可以是更大的角度。

多焰燃烧器最好具有被设置成为多焰燃烧器供给至少一种气体燃料的气体供给装置，其中气体供给装置优选被设置成为多焰燃烧器供给包含乙炔的燃料混合物，尤其优选乙炔-(压缩)空气混合物或者乙炔-氧气混合物，作为所述至少一种气体燃料。

有利地是提供至少一个被设置成为多焰燃烧器供给至少一种气体燃料的气体供给装置。后者优选在设计上可被控制，这样各自产生的热输出量可被控制和/或提供各自可调节的气体混合物来保证特别有利地适于待焊接的材料。

在更进一步的有利实施例中，根据本发明的多焰燃烧器具有至少4、6或8个燃烧头，燃烧头优选互相间隔5-15cm。相应的距离取决于达到的加热的均匀性和/或燃烧头允许的温度。

在另一个优选的实施例中，燃烧头具有燃烧喷嘴，其中各自临近的燃烧头的所述燃烧喷嘴相对于燃烧喷嘴之间共用的中心线偏离1-10cm。如下面结合附图更详细的说明，各自火焰开始的部分在此互相间隔限定的距离，从而进一步降低了燃烧头之间的互相影响。

发现燃烧头和连接管的特别有利的总长度对于很多应用是在8-25cm范围内。

本发明有利的更进一步的改进是提供具有被配置成弯曲轴的送料线的多焰燃烧器，其中弯曲轴优选主要由不锈钢制成。

也可被称为轴或再可被不同表述为管线的送料线最好由金属材料制成来供给燃料。弯曲的结构使其能够调节至待预热的工件的形状，例如调节至待预热的大直径管道的曲线形状，本发明在这发面是非常有利的。从生产的观点，不锈钢特别适于作为用于这种弯曲结构的金属材料。

如上所述，具有相对于彼此倾斜的火焰轴线的燃烧头有利的是每个被互相交替地固定到共用的送料线上并可通过后者在相应的多焰燃烧器内供给。这里送料线同时作用为用于燃烧头的燃料分配器和紧固装置。例如，相应的送料线可以被弯曲，并且藉此调节至待加热工件的形状。在制造根据本发明的多焰燃烧器的过程中，送料线有利地变形以使得主要再现了相应的工件形状。换句话说，例如，最好是环形部分具有与待预热(大直径)管道和根据更大的半径(管道半径加上管道和送料线之间的径向距离)来调整的弯曲部分相同的中点。另外，其他的形状也是有利的并且与本发明保持一致。

多火焰加热器根据待预热工件的形状可调，尤其可调节至待预热管道的直径，是本发明相对于现有技术的一个非常重要的优点。

就方法而言，设定的目的通过预热工件、尤其是管道或大直径管道的方法来实现，在所述方法中使用多焰燃烧器，并且由多焰燃烧器产生的燃烧火焰被引向工件。根据本发明的方法从上述和下述具体指明的优点中受益，因而对其可作出明确的参照。

本发明其他的优点

根据本发明燃烧头相对于彼此被交错间隔放置，所以各自产生的火焰点互相远离。因此，由火焰产生的热排气不会互相破坏。

相应的燃烧头通常被连接到管线形式的共用的送料线上。根据需要送料线可以是直的或者弯曲的，并且取决于送料线的结构具有也是直的或者弯曲的中心线。这里有利地是火焰轴线的对齐是轴向地(即相对于送料线纵向地)和/或径向地(即相对于送料线横向地)关于连接处的中心轴线上的各自垂线倾斜。这里临近的燃烧头的倾斜优选在这些方向的至少其中之一上是相反的。这可意指燃烧头相对于送料线的轴线是顺时针和逆时针径向交替地倾斜。

因此，本发明一个重要的方面涉及到燃烧头的背离现有技术的排列或者对齐，及由此的火焰和排气的方向。排气通过如下方式导引，即符合燃烧器本身功能地将燃烧器倾斜成使得它们的主要的火焰接触到焊缝附近区域，但是排气流不加热临近的燃烧器。如下面解释的，优选的是燃烧器彼此间限定的角位置是可能的，并且必须为了此目的被保持。后者有利地由于将连接管偏置而引起，并且潜在地由连接管如何在可旋转的螺纹接头处对齐而引起。

因此，本发明使得在一个小空间、尤其是在本身旋转的大直径管道上产生最大的热量输出成为可能。尽管产生一个相对于现有技术更加集中的热量装置，却将燃烧器加热的危险、甚至是不正确的操作最小化。这样会导致更低的停机时间和更少的维修要求，使得相应的方法经济有利。相对于产生的热量输出，本发明提出的手段使得燃烧器的重量得到显著降低。

总体实现的更低的燃烧器成本和更高效的相应的燃烧器的利用相比于现有装置、尤其是相比于大容器的构造来说具有经济上的优势。

如已经提及的，有利地是用乙炔混合物、尤其是乙炔/氧气混合物供给相应的多焰燃烧器，根据本发明使得采用公知的燃烧器进行乙炔处理的优点成为可能。众所周知，特别热的、集中的乙炔/氧气火焰会在工件表面产生快速的温度上升，导致热量会以一个高的温度梯度在工件内部累计，从而大量的热量可被局部引入。然而，例如，乙炔/压缩空气火焰和/或乙炔/吸入空气燃烧器也可被使用。乙炔/压缩空气火焰是温和的，而且还是密集的和高效的。它们在可能的乙炔/空气混合物的形成的整个区域可被很好地控制，在很大程度上不会被再点火。这产生的好处有关于工业安全。然而，可实现的更低的表面温度导致了工件的全面加热。甚至更低的温度梯度可以通过上面提到的吸入空气燃烧器实现，所述的吸入空气燃烧器可根据Bunsen定律操作。

上面描述的多焰燃烧器总体来说有利地是具有4、6或者8个燃烧头。因此，与之前已知的三头预热燃烧器相比具有优势，因为任何一次工件都可被加热更大的面积。例如，根据本发明的设置使得连接8个或者更多燃烧头到一个分配管上成为可能，尤其是上面提到的送料线上，而不会产生不允许地它们本身或者互相之间过热。如上面提到，更大的热量输出因此可以被引入到一个小的空间、尤其是旋转的大直径管道上。可以使用的燃烧头的数量不限于四个或八个，而是具有10、12、14、16、18或者20个或者更大数量的燃烧器也可被制造。

如果各自的燃烧头排列地互相临近，每个具有发散的火焰轴线，并且从而会产生发散的燃烧火焰，那么是尤其有利的。如上所述，这会使得相应的燃烧器火焰的排气流互相远离，而不会有相互的过热发生。

本发明将通过引用附图作更加详细的说明，附图示出了本发明的优选实施例。

附图说明

图1示出了燃烧头，所述燃烧头可被用于根据本发明实施例的多焰燃烧器；

图2为根据本发明实施例的多焰燃烧器的示意性侧视图；

图3为根据本发明实施例的多焰燃烧器的示意性纵视图；

图中彼此对应的元件带有相同的参考数字。为清楚起见不进行重复的解释。

具体实施方式

图1示出了具有喷嘴环12的燃烧头1的示意图，所述喷嘴环可有任何需要数量的优选集中地排列的喷嘴，燃料可以通过所述喷嘴逸出。点燃燃料会产生燃烧火焰13，所述燃烧火焰沿着火焰轴线14延伸。通过偏置连接管4连同螺纹接头15和连接嘴16，燃烧头1可被连接到送料线上。例如，连接嘴16被焊接至送料线。

图2示出了根据本发明尤其优选的实施例的多焰燃烧器的示意性侧视图，所述多焰燃烧器整体标记为10。多焰燃烧器10包含了一共八个燃烧头1，每个都各自附随偏置连接管4，不是所有的偏置连接管都提供附图标记。燃烧头1在此被组合成燃烧头A组和B组。第一组燃烧头A在此被布置为使得在燃烧头处设置的各个喷嘴单元或者喷嘴可产生具有大体上沿着相同方向的火焰轴线的燃烧火焰。这也同样适用于燃烧头B组中。然而，A组中的火焰轴线14和B组中的火焰轴线14由于燃烧头1的倾斜定位而互相倾斜或者斜交，因此各自产生的排气和/或生成的废热不会破坏相邻的燃烧头1。

上述的螺纹接头15和连接嘴16用于将燃烧头1固定到送料线2上，所述送料线例如是弯曲的且因此可以调整至待加工工件的形状。送料线可与供给线3接合，所述供给线可具有其他的装置，比如压力计和调节器。特别地，这种供给线可以具有混合单元31，利用所述混合单元可以产生乙炔/氧气混合物和/或乙炔/空气混合物。

在本发明的另一简化结构中，对于特定的、更少要求的应用来说，没有螺纹接头15并且因此偏置连接管就不能旋转，也可能是有利的。在这种情况下，连接嘴16在设计中可被加长并偏置，藉此将连接嘴16和连接管4合并为单一的组件。

图3示出了根据本发明尤其优选实施例的多焰燃烧器的纵视图，所述多焰燃烧器仍然被标记为10。显然，各自的燃烧头1互相倾斜，所以产生的火焰13互相背离地指向。送料线2在设计上可以是弯曲的或者直的。

附图标记列表

1    燃烧头

AB  组

10   多焰燃烧器

12   喷嘴环

13   燃烧火焰

14   火焰轴线

15   螺纹接头

16   连接嘴

2    连接线，轴

3    供给线

4    偏置连接管

31   混合单元

Claims (10)

1.一种多焰燃烧器(10)，其具有多个燃烧头(1)和附随的连接管(4)，所述燃烧头被设置为当供给燃料时产生沿着各自火焰轴线(14)指向的至少一个燃烧火焰(13)，其特征在于，连接管(4)的至少一半被设计为偏置的，以使得各自邻近的燃烧头(1)的火焰轴线(14)相对于彼此是倾斜的。

2.如权利要求1所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，所有的连接管(4)被设计为偏置的。

3.如权利要求1或2所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，偏置的连接管具有30°-60°、优选大约45°的偏置角。

4.如权利要求1至3之一所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，连接管(4)借助于螺纹接头(15)相对于各自的连接嘴(16)枢转，其中连接嘴(16)各自的另一端被固定在共用的送料线(2)上，并且能通过共用的送料线(2)供给燃料。

5.如权利要求1至4之一所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧头(1)被设成至少两组(A，B)燃烧头(1)，其中至少第一组(A)的燃烧头(1)都被设置为与至少另外一组(B)的燃烧头(1)交替设置，并且至少第一组(A)的燃烧头(1)的火焰轴线(14)相对于至少另外一组(B)的燃烧头(1)的火焰轴线(14)倾斜。

6.如权利要求5所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，各组(A，B)内的燃烧头(1)都被设置成沿着相同的方向或者互相平行。

7.如权利要求4至6之一所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，燃烧头(1)都具有火焰轴线(14)，其相对于送料线(2)的中心线的垂线被轴向地和/或径向地倾斜，优选各自临近的燃烧头(1)互相倾斜5°-45°的角度。

8.如前述权利要求之一所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，具有气体供给装置(3)，所述气体供给装置被设置成为多焰燃烧器(10)供给至少一种气体燃料，其中气体供给装置(3)优选被设置成为多焰燃烧器(10)供给含有乙炔的燃料混合物，尤其优选乙炔-(压缩)空气混合物或者乙炔-氧气混合物，作为所述至少一种气体燃料。

9.如前述权利要求之一所述的多焰燃烧器(10)，其特征在于，其具有配置为弯曲轴(2)的送料线(2)，其中所述的弯曲轴(2)优选主要由不锈钢制成。

10.一种预热工件、尤其是管道或大直径管道的方法，其中使用根据前述权利要求之一所述的多焰燃烧器(10)，并且由多焰燃烧器(10)产生的燃烧火焰(13)被引向工件。

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