CN106884086A - 一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置及工艺，其装置包括数控操作台、升降板竖直传动机构、吊挂式连接板水平传动机构、两滑块对称传动机构、两个火焰喷枪、埋弧管输送座及底座；其工艺是首先根据埋弧管直径的大小，调节按钮控制火焰喷枪与焊缝保持设定的竖直距离；其次根据焊缝区域的面积，调节按钮控制火焰喷枪与焊缝的水平距离，并实现对焊缝进行不同位置的“对称”加热；最后根据焊缝两边不同位置，调节可燃性气体甲烷和氧气的混合比例，实现不同火焰温度对焊缝区域加热。本发明装置及工艺结构简单，操作方便，适应性强，有效地减小了焊缝周向上的温差，去除了焊缝及热影响区的残余应力，提高了埋弧管焊缝的质量。

Description

一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置及工艺

技术领域

本发明涉及焊接管材热处理领域，特别涉及一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置及工艺。

背景技术

深海环境十分恶劣和复杂，作为运输载体的海底管线，长期在低温、高压、强腐蚀的海洋环境中服役，不仅承受着内外压力、轴向力、弯矩等静载荷和温度载荷的联合作用，而且还要承受交变外压、波浪、海流的动载作用，使管道承受着多种载荷的联合作用外并引发多种形式的破坏，因此，深海管道对管线钢材料、焊缝焊接、施工、维护等提出了比陆上更高要求，深海油气输送管正在向和高强度方向发展。焊缝上的残余应力主要是由于焊缝周向和径向上的温差太大，冷却不均匀造成的，这样就形成了焊艺研究方向之一，残余应力的改变对深海耐压结构的安全缝区域力学性能比母材低的情况，由于残余应力对埋弧管的性能有很大的影响，因此国内外均把降低和控制直缝埋弧管内的残余应力作为提高埋弧管成品质量的重要工序。

公告号CN1057482C的中国专利公开了一种消除薄壁焊管焊缝残余应力的方法，采用对管件焊缝区和近焊缝区施以垂直向下的压力，使之产生连续塑性变形，将焊接残余拉应力变为压应力，大大改善了焊缝区域的内在质量。但其不是针对厚壁埋弧焊管焊缝而言的，并且塑性变形程度很难控制，无法有效去除焊缝区域中的残余应力。公告号CN1255242C的中国专利还公开了一种现场快速消除小直径管道焊接接头残余应力的方法，采用温差形变处理，在小直径管道接头环焊缝两边的压应力区进行快速加热，造成加热区与焊缝部位的温差工艺。但其只是针对小直径钢管接头焊缝，存在无法适应不同规格的埋弧焊管，不能做加热位置的调节和加热温度的控制等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双边火焰加热法去埋弧管焊缝残余应力的装置及工艺，通过双边火焰加热的方法对埋弧管焊缝区域进行热处理，减小埋弧管焊缝及热影响区周向上的温差，从而减小残余应力、组织不稳定等缺陷，以提高焊缝区域的质量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，包括数控操作台、升降板竖直传动机构、吊挂式连接板水平传动机构、两滑块对称传动机构、两个火焰喷枪、埋弧管输送座、底座，所述数控操作台安装在底座左侧；所述埋弧管输送座水平放置于地面上；所述两个火焰喷枪固定在两滑块对称传动机构的两个滑块上；所述升降板竖直传动机构竖直安装在底座上，用于控制两个火焰喷枪与埋弧管焊缝保持设定距离；所述吊挂式连接板水平传动机构安装在升降板竖直传动机构的升降板内，用于调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；所述两滑块对称传动机构安装在吊挂式连接板水平传动机构的吊挂式连接板底面，用于使两个火焰喷枪对称调节至距离焊缝中心的设定加热位置。

所述升降板竖直传动机构包括电动机A、滚珠丝杠A、滚珠丝杠支座、定位支柱、升降板，所述电动机A通过固定板B安装在底座上，所述滚珠丝杠A垂直于底座安装在滚珠丝杠支座上，所述滚珠丝杠支座通过固定板B安装在底座上，所述定位支柱与底座焊固，所述升降板与滚珠丝杠A螺纹连接并与定位支柱滑动配合且可沿定位支柱竖直移动，定位支柱通过连接板和轴承端盖A与滚珠丝杠A相连接，所述升降板上开有槽口。

所述吊挂式连接板水平传动机构包括电动机B、滚珠丝杠B、升降板、吊挂式连接板，所述滚珠丝杠B安装在升降板槽口内，所述滚珠丝杠B一端与电动机B连接，另一端通过固定板A与升降板尾端固定，所述吊挂式连接板与滚珠丝杠B螺纹连接。

所述两滑块对称传动机构包括U型板、电动机C、滚珠丝杠C、固定轴、两个滑块，所述U型板焊固在所述吊挂式连接板底面，所述电动机C通过固定板B与U型板连接，所述固定轴、滚珠丝杠C平行安装在U型板内，所述滚珠丝杠C两端通过轴承端盖B固定U型板两侧，所述电动机C与所述滚珠丝杠C连接，所述两个滑块与固定轴滑动连接并与滚珠丝杠C螺纹连接，所述滚珠丝杠C由旋向相反的左、右侧螺纹组成，通过驱动滚珠丝杠C可使两个滑块做同步的对称运动。

一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的工艺，包括以下步骤：

(1)将待热处理埋弧管放置于埋弧管输送座上，使得埋弧管以4～5mm/s恒定速度通过埋弧管输送座进行传输运动，启动数控操作台上的开关，根据埋弧管直径的大小，调节数控操纵台上的按钮，通过升降板竖直传动机构控制火焰喷枪与埋弧管焊缝保持竖直距离为450mm，以满足直径为Φ273mm～Φ630mm埋弧焊管的要求；

(2)调节数控操作台上的按钮，根据待热处理埋弧管焊缝位置，通过吊挂式连接板水平传动机构调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；

(3)调节数控操作台上的按钮，根据待热处理埋弧管焊缝区域的大小，通过滑块对称传动机构，控制水平方向作对称移动的两个滑块之间的距离，满足两侧的火焰喷枪可调节至距离焊缝中心约18mm～25mm的设定加热位置；

(4)调节数控操作台上的按钮，根据焊缝两边不同位置，控制可燃性气体甲烷与氧气的混合比例及火焰喷枪处的火焰温度，控制火焰喷枪处的火焰温度达到约为800℃～1200℃，对埋弧管焊缝两边进行加热，完成热处理的工作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过对埋弧管焊缝两边同时进行火焰加热的方法，解决了现有技术中存在的由于焊缝处温度过高而两侧热影响区温度偏低而引起的温差过大，导致焊缝处存在较大残余应力的问题,这种方法极大地减小了焊缝周向上的温差，去除了残余应力和组织不稳定等缺陷，提高了埋弧管焊缝及热影响区的内在质量。

2、通过驱动滚珠丝杠左右两个滑块做同步的“对称”运动，精确控制了火焰喷枪在焊缝两侧加热位置的对称性。

3、通过调节可燃性气体甲烷和氧气的混合比例，控制火焰的温度可以对焊缝两侧施加不同温度的火焰，尽可能的去除焊缝及热影响区的残余应力，提高埋弧管焊缝的质量。

附图说明

图1为本发明装置的总体结构示意图。

图2为本发明装置的局部结构示意图。

图3为本发明装置工作中的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：

如图1-2所示，本实施例的双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，包括数控操作台2、升降板竖直传动机构、吊挂式连接板水平传动机构、两滑块对称传动机构、两个火焰喷枪24、埋弧管输送座11、底座15，数控操作台2安装在底座15左侧，埋弧管输送座11水平放置于地面上；升降板竖直传动机构包括电动机A1、滚珠丝杠A3、滚珠丝杠支座16、定位支柱14、升降板8，电动机A通过固定板B17安装在底座15上，滚珠丝杠A3垂直于底座15安装在滚珠丝杠支座16上，滚珠丝杠支座16通过固定板B17安装在底座15上，定位支柱14与底座15焊固，升降板8与滚珠丝杠A3螺纹连接并与定位支柱14滑动配合且可沿定位支柱14竖直移动，定位支柱14通过连接板5和轴承端盖A4与滚珠丝杠A3相连接，升降板8上开有槽口；吊挂式连接板水平传动机构包括电动机B6、滚珠丝杠B9、升降板8、吊挂式连接板25，滚珠丝杠B9安装在升降板8槽口内，滚珠丝杠B9一端与电动机B6连接，另一端通过固定板A10与升降板8尾端固定，吊挂式连接板25与滚珠丝杠B9螺纹连接；两滑块对称传动机构包括U型板19、电动机C20、滚珠丝杠C22、固定轴18、两个滑块23，U型板19焊固在吊挂式连接板25底面，电动机C20通过固定板B17与U型板19连接，固定轴18、滚珠丝杠C22平行安装在U型板19内，滚珠丝杠C22两端通过轴承端盖B21固定在U型板19两侧，电动机C20与滚珠丝杠C22连接，两个滑块23与固定轴18滑动连接并与滚珠丝杠C22螺纹连接，两个火焰喷枪24固定在两滑块对称传动机构的两个滑块23上。

如图3所示，滚珠丝杠C22由旋向相反的左侧螺纹221、右侧螺纹222组成，通过驱动滚珠丝杠C22可使两个滑块23做同步的“对称”运动，可精确控制火焰喷枪在焊缝两侧加热位置的对称性。

上述结构中，升降板竖直传动机构用于控制两个火焰喷枪与埋弧管焊缝保持设定距离；吊挂式连接板水平传动机构用于调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；两滑块对称传动机构用于使两个火焰喷枪调节至距离焊缝中心的设定加热位置。

通过双边火焰加热法去埋弧管焊缝残余应力的装置进行双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的工艺，具体步骤如下：

(1)将待热处理的埋弧管放置于埋弧管输送座上，使使焊缝区域朝向正上方，启动埋弧管输送座电源开关，使得埋弧管可以以4～5mm/s的恒定速度通过埋弧管输送座进行传输运动；启动数控操作台开关，使整个装置处于工作状态，调节数控操作台上的按钮，控制电动机A带动滚珠丝杠A转动，滚珠丝杠A又带动升降板做竖直方向上的运动，垂直方向的行程为450mm，以满足直径为Φ273mm～Φ630mm埋弧焊管的要求，根据实际待热处理埋弧管的直径大小，通过调节数控操作台上的按钮，控制升降板与埋弧管焊缝区域的距离；

(2)调节数控操作台上的按钮，控制电动机B带动滚珠丝杠B转动，滚珠丝杠B又带动吊挂式连接板做水平方向上的运动，根据实际待热处理埋弧管焊缝位置，调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；

(3)调节数控操作台上的按钮，控制电动机C带动滚珠丝杠C转动，滚珠丝杠C又带动两个滑块做水平方向上的“对称”运动，满足两侧的火焰喷枪可调节至距离焊缝中心约18mm～25mm的加热位置，根据实际待热处理的埋弧管焊缝区域的大小，通过调节数控操作台上的按钮，控制水平方向做“对称”运动的两个滑块之间距离，在焊缝两边不同位置进行精确火焰加热；

(4)调节数控操作台上的按钮，控制可燃性气体甲烷与氧气的混合比例，控制火焰喷枪处的火焰温度，可通过调节按钮控制火焰喷枪处的火焰温度达到约为800℃～1200℃，以满足焊缝热处理温度要求。设定氧气与甲烷体积比例2:1时，火焰温度约为1200℃；设定氧气与甲烷体积比例1.5:1时，火焰温度约为1000℃；设定氧气与甲烷体积比例1：1时，火焰温度约为800℃。针对焊缝两边不同位置，通过可调节火焰大小的加热方式对焊缝两侧进行不同温度加热，对埋弧管焊缝两边通过火焰加热完成热处理的工作。

Claims (6)

1.一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，其特征在于，包括数控操作台、升降板竖直传动机构、吊挂式连接板水平传动机构、两滑块对称传动机构、两个火焰喷枪、埋弧管输送座、底座，所述数控操作台安装在底座左侧；所述埋弧管输送座水平放置于地面上；所述火焰喷枪固定在两滑块对称传动机构的滑块上；所述升降板竖直传动机构竖直安装在底座上，用于控制两个火焰喷枪与埋弧管焊缝保持设定距离；所述吊挂式连接板水平传动机构安装在升降板竖直传动机构的升降板内，用于调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；所述两滑块对称传动机构安装在吊挂式连接板水平传动机构的吊挂式连接板底面，用于使两个火焰喷枪对称调节至距离焊缝中心的设定加热位置。

2.根据权利要求1所述的一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，其特征在于，所述升降板竖直传动机构包括电动机A、滚珠丝杠A、滚珠丝杠支座、定位支柱、升降板，所述电动机A通过固定板B安装在底座上，所述滚珠丝杠A垂直于底座安装在滚珠丝杠支座上，所述滚珠丝杠支座通过固定板B安装在底座上，所述定位支柱与底座焊固，所述升降板与滚珠丝杠A螺纹连接并与定位支柱滑动配合且可沿定位支柱竖直移动，定位支柱通过连接板和轴承端盖A与滚珠丝杠A相连接，所述升降板上开有槽口。

3.根据权利要求2所述的一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，其特征在于，所述吊挂式连接板水平传动机构包括电动机B、滚珠丝杠B、升降板、吊挂式连接板，所述滚珠丝杠B安装在升降板槽口内，所述滚珠丝杠B一端与电动机B连接，另一端通过固定板A与升降板尾端固定，所述吊挂式连接板与滚珠丝杠B螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的装置，其特征在于，所述两滑块对称传动机构包括U型板、电动机C、滚珠丝杠C、固定轴、两个滑块，所述U型板焊固在所述吊挂式连接板底面，所述电动机C通过固定板B与U型板连接，所述固定轴、滚珠丝杠C平行安装在U型板内，所述滚珠丝杠C两端通过轴承端盖B固定U型板两侧，所述电动机C与所述滚珠丝杠C连接，所述两个滑块与固定轴滑动连接并与滚珠丝杠C螺纹连接，所述滚珠丝杠C由旋向相反的左、右侧螺纹组成，通过驱动滚珠丝杠C可使两个滑块做同步的对称运动。

5.一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将待热处理埋弧管放置于埋弧管输送座上，使得埋弧管以4～5mm/s恒定速度通过埋弧管输送座进行传输运动，启动数控操作台上的开关，根据埋弧管直径的大小，调节数控操纵台上的按钮，通过升降板竖直传动机构控制火焰喷枪与埋弧管焊缝保持竖直距离为450mm，以满足直径为Φ273mm～Φ630mm埋弧焊管的要求；

(2)调节数控操作台上的按钮，根据待热处理埋弧管焊缝位置，通过吊挂式连接板水平传动机构调节吊挂式连接板中心线与焊缝中心线在竖直方向上重合；

(3)调节数控操作台上的按钮，根据待热处理埋弧管焊缝区域的大小，通过滑块对称传动机构，控制水平方向作对称移动的两个滑块之间的距离，满足两侧的火焰喷枪可调节至距离焊缝中心约18mm～25mm的设定加热位置；

(4)调节数控操作台上的按钮，根据焊缝两边不同位置，控制可燃性气体甲烷与氧气的混合比例及火焰喷枪处的火焰温度，控制火焰喷枪处的火焰温度达到约为800℃～1200℃，对埋弧管焊缝两边进行加热，完成热处理的工作。

6.根据权利要求5所述的一种双边火焰加热法去除埋弧管焊缝残余应力的工艺，其特征在于，步骤(4)中所述的控制可燃性气体甲烷与氧气的混合比例及火焰喷枪处的火焰温度，具体数据如下：当氧气与甲烷体积比例2:1时，火焰温度约为1200℃；当氧气与甲烷体积比例1.5:1时，火焰温度约为1000℃；当氧气与甲烷体积比例1：1时，火焰温度约为800℃。