CN108517398B - 一种大管径薄壁管焊后热处理装置及其使用方法 - Google Patents

一种大管径薄壁管焊后热处理装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种大管径薄壁管焊后热处理装置及其使用方法，属于焊接热处理技术领域，此装置包括钢管支座(1)、电热元件(2)、电热元件(2)上的保温层(3)、热电偶(4)、捆绑材料(5)，内管壁保温层(6)、支撑架(7)，所述多个电热元件(2)沿钢管(8)外圆周基本等分均匀布置，每个电热元件(2)及其热电偶(4)均分别与各自的热处理温度控制仪表相连。使用时，将该装置的加热元件(2)通电加热，使得钢管(8)的环形焊缝(9)及附近区域加热至热处理温度、保温后冷却，完成钢管的焊后热处理。采用本发明能获得更好的焊接热处理保温效果，加热温度控制精确，加热温度波动小，可减小热处理变形、改善热处理后性能均匀性。

Description

一种大管径薄壁管焊后热处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及焊接热处理技术领域，尤其涉及一种大管径薄壁管焊后热处理装置及其使用方法。
背景技术
大管径薄壁管常用于煤气输送管等输气管道，输气管一般长达数十公里甚至更长，大管径薄壁管道的环缝焊接对接是必不可少的制作工序。大管径薄壁管焊接后，为了避免焊缝金属和焊接热影响区的淬硬组织，消除或降低焊接残余应力，提高焊接接头的塑性和韧性，促使残余氢逸出，往往需要进行焊后热处理。对大管径薄壁管焊接环缝进行局部热处理时，由于管径大、壁薄，使得其散热快、控温难，加热温度不均匀，热处理变形大，热处理后性能不均匀。因此，工艺控制难度很大。目前，针对大管径薄壁管环形焊缝的热处理装置较为罕见。
中国实用新型专利“一种油气管道环焊缝热处理装置”，授权公告号CN204714870U，申请日2015年6月1日，公开了一种油气管道环焊缝热处理装置，包括底座1、承载装置2、加热装置3、供气装置4、保温装置5。该装置是用燃气作为热源的，加热欠均匀，用于大管径薄壁管道时整个装置需制作得很大，制作费用高，且内壁没有保温装置故散热快。不适合用于大管径薄壁管道的焊后热处理。
中国实用新型专利“金属管道焊缝热处理装置”，授权公告号CN 204455228 U，申请日2014年12月30日，公开了一种金属管道焊缝热处理装置，包括电焊机和电加热绳，所述电加热绳中段在金属管道上缠绕若干圈、覆盖需要焊前预热或焊后热处理的焊缝处，电加热绳的两端连接电焊机的二次侧电源输出端、构成电回路，使电加热绳通电发热。使用本实用新型即可对焊缝进行预热和后热处理，可避免人工火焰加热的缺点，提高工效和质量。但该实用新型不能解决大管径薄壁管道焊后热处理散热快、控温难的问题。
综上所述，如何减缓管壁散热、控制热处理温度的波动、改善加热温度的均匀性、减小热处理变形及改善热处理后性能均匀性是目前大管径薄壁管环形焊缝的热处理要解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大管径薄壁管焊后热处理装置及热处理方法，解决了大管径薄壁管焊后热处理存在的散热快、控温难，加热温度不均匀，热处理变形大、热处理后性能不均匀的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供了一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，包括钢管支座、紧贴外管壁布置的多个电热元件、覆盖在电热元件上的保温层、设置在每个电热元件覆盖区域中央的与钢管外壁接触的测温热电偶及用于固定电热元件及外管壁保温层的捆绑材料，还包括紧贴内管壁布置的保温层及用于固定内管壁保温层的支撑架，所述多个电热元件沿钢管外圆周基本等分均匀布置，每个电热元件及其热电偶均分别与各自的热处理温度控制仪表相连。
进一步的，所述固定内管壁保温层的支撑架包括多个紧贴内壁保温层的支撑块、用于固定支撑块的支撑杆、用于固定支撑杆的支撑底座，所述支撑杆两端有用于调节定位长度的螺纹，分别与支撑块和支撑底座螺纹连接。
进一步的，所述钢管支座包括支撑滚轮、支撑底座，所述支撑底座上有支撑滚轮的定位孔。
作为优选，所述覆盖在电热元件上的保温层及内管壁布置的保温层的材料为石棉。
作为优选，所述所述电热元件为加热片。
作为优选，所述热电偶的测温点数量为每隔0.8～1.5m钢管周长有一个。
进一步的，所述用于固定电热元件及外管壁保温层的捆绑材料为铁丝。
进一步的，所述覆盖在电热元件上的保温层的覆盖宽度不小于300mm且大于所述电热元件的宽度，所述内管壁布置的保温层覆盖宽度不小于300mm且大于所述电热元件的宽度。
所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置的使用方法，包括以下步骤：
1)将钢管放在钢管支座上，环形焊缝位于钢管支座之间；
2)紧贴外管壁布置多个电热元件，电热元件沿钢管外圆周基本等分均匀布置，每个电热元件覆盖区域中央设置有与钢管外壁接触的热电偶，每个电热元件及其热电偶均分别与各自的热处理温度控制仪表相连；
3)在电热元件上覆盖保温层，用捆绑材料将电热元件及外管壁保温层固定好；
4)紧贴内管壁相应位置上布置保温层，用支撑架将内管壁保温层固定；
5)通电加热，将钢管的环形焊缝及附近区域加热至热处理温度、保温后冷却。
本发明的有益效果是：
1)热处理保温效果好，由于钢管内外壁均使用了保温材料，故钢管加热处散热慢、保温效果好，节约电能、提高加热效率。
2)加热温度控制精确，加热温度波动小，薄壁钢管的管壁厚度小，且管壁内外都采用了保温材料，所以内外管壁的温度差别很小。对每个加热元件分区域进行分别控温，使得沿钢管圆周方向的温差也很小，使用高精度的热处理温度控制仪表时可使热处理区域温差控制在±5℃。
3)热处理变形小、热处理后性能均匀性好，由于加热温度均匀、波动小，故可减小热处理变形、改善热处理后性能均匀性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为大管径薄壁管焊后热处理装置加热部分立体示意图；
图2为大管径薄壁管焊后热处理装置加热部分A-A剖面示意图；
图3为所述钢管支座立体示意图；
图4为所述用于固定内管壁保温层的支撑架的立体示意图；
图5为所述支撑架的支撑杆主视图；
图6为所述支撑架的支撑底座主视、侧视、立体示意图。
上述图中的标记均为：1.钢管支座，11.支撑滚轮，12.支撑底座，13.支撑滚轮定位孔，2.电热元件，3.覆盖在电热元件上的保温层，4.热电偶，5.用于固定电热元件及外管壁保温层的捆绑材料，6.内管壁布置的保温层，7.用于固定内管壁保温层的支撑架，71所述支撑架的支撑块，72所述支撑架用于固定支撑块的支撑杆，73所述支撑架用于固定支撑杆的支撑底座，8.钢管，9.焊缝。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明具体的实施方案为：如图1、图2、图3所示，一种大管径薄壁管焊后热处理装置，包括钢管支座1、紧贴外管壁布置的多个加热片2、覆盖在加热片2上的石棉保温层3、设置在每个电热元件2覆盖区域中央的与钢管外壁接触的测温热电偶4及用于固定加热片2及外管壁石棉保温层3的捆绑铁丝5，还包括紧贴内管壁布置的石棉保温层6及用于固定内管壁石棉保温层6的支撑架7，所述多个加热片2沿钢管8外圆周基本等分均匀布置，所述热电偶4的测温点数量为每隔0.8～1.5m钢管周长有一个。每个加热片2及其热电偶4均分别与各自的热处理温度控制仪表相连。所述覆盖在加热片2上的石棉保温层3的覆盖宽度不小于300mm且大于所述加热片2的宽度，所述内管壁布置的石棉保温层6的覆盖宽度不小于300mm且大于所述加热片2的宽度。由于钢管内外壁均使用了保温材料，故钢管加热处散热慢、保温效果好，节约电能、提高加热效率。由于每个电热元件分区域控温，所以加热的温度控制精度高、加热温度均匀，故可减小热处理变形、改善热处理后性能均匀性。
具体地，钢管支座1包括支撑滚轮11、支撑底座12，所述支撑底座12上有支撑滚轮定位孔13，如图3所示。根据钢管的外径选择调整相对应的支撑滚轮定位孔13的间距，从而使钢管支座1能适应支撑不同管径的钢管。
优化的，所述固定内管壁保温层的支撑架7包括由多个紧贴内壁保温层的支撑块71、用于固定支撑块71的支撑杆72、用于固定支撑杆72的支撑底座73，如图4、图5、图6所示，所述支撑杆72两端有用于调节定位长度的螺纹，分别与支撑块71和支撑底座73螺纹连接。这样可以将内管壁保温层牢固地紧贴内管壁固定，改善保温效果。
一种所述大管径薄壁管焊后热处理装置的使用方法，包括以下步骤：
1)根据钢管8的直径调整选择钢管支座1的相对应的支撑滚轮定位孔13间距，固定好支撑滚轮11后，将钢管8放置在钢管支座1上，使得环形焊缝9位于支撑滚轮11的中间；
2)紧贴外管壁布置多个加热片2，加热片2沿钢管8外圆周基本等分均匀布置，每个加热片覆盖区域中央设置有与钢管外壁接触的热电偶4，进行测温，所述热电偶4的测温点数量为每隔0.8～1.5m钢管周长有一个，每个加热片2及其热电偶4均分别与各自的热处理温度控制仪表相连，所述覆盖在加热片2上的石棉保温层3的覆盖宽度不小于300mm且大于所述加热片2的宽度，所述内管壁布置的石棉保温层6覆盖宽度不小于300mm且大于所述加热片2的宽度；
3)在加热片2上覆盖石棉保温层3，用捆绑铁丝5将加热片2及外管壁石棉保温层3固定好；
4)紧贴内管壁相应位置上布置石棉保温层6，用支撑架7将内管壁石棉保温层5固定，所述支撑杆72两端有用于调节定位长度的螺纹，分别与支撑块71和支撑底座73螺纹连接，调节支撑杆72定位长度可以将内管壁保温层牢固地紧贴内管壁固定，改善保温效果；
5)通电加热，通电加热，将钢管8的环形焊缝9及附近区域加热至热处理温度、保温后冷却。
当所述钢管7材料为Q235钢或Q345钢时，优化的所述热处理温度为610℃±10℃，保温时间为5～10min/mm厚度，且最短保温时间不少于1h。热处理后，软化效果明显，焊缝和热影响区的硬度值均≤200HB，且焊缝及其热影响区的硬度不超过母材的110％。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物、等同方法，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (8)

1.一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，包括钢管支座(1)、紧贴外管壁布置的多个电热元件(2)、覆盖在电热元件(2)上的保温层(3)、设置在每个电热元件(2)覆盖区域中央的与钢管外壁接触的测温热电偶(4)及用于固定电热元件(2)及外管壁保温层(3)的捆绑材料(5)，还包括紧贴内管壁布置的保温层(6)及用于固定内管壁保温层(6)的支撑架(7)，所述多个电热元件(2)沿钢管(8)外圆周基本等分均匀布置，每个电热元件(2)及其热电偶(4)均分别与各自的热处理温度控制仪表相连；所述固定内管壁保温层(6)的支撑架(7)包括多个紧贴内壁保温层(6)的支撑块(71)、用于固定支撑块(71)的支撑杆(72)、用于固定支撑杆(72)的支撑底座(73)，所述支撑杆(72)两端有用于调节定位长度的螺纹，分别与支撑块(71)和支撑底座(73)螺纹连接；所述钢管支座(1)包括支撑滚轮(11)、支撑底座(12)，所述支撑底座(12)上有支撑滚轮(11)的定位孔(13)。
2.根据权利要求1所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，所述覆盖在电热元件(2)上的保温层(3)及内管壁布置的保温层(6)的材料为石棉。
3.根据权利要求1所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，所述电热元件(2)为加热片。
4.根据权利要求1所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，所述热电偶(4)的测温点数量为每隔0.8～1.5m钢管周长有一个。
5.根据权利要求1所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，所述用于固定电热元件(2)及外管壁保温层(3)的捆绑材料(5)为铁丝。
6.根据权利要求1所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置，其特征在于，所述覆盖在电热元件(2)上的保温层(3)的覆盖宽度不小于300mm且大于所述电热元件(2)的宽度，所述内管壁布置的保温层(6)覆盖宽度不小于300mm且大于所述电热元件的宽度。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的大管径薄壁管焊后热处理装置的使用方法，包括以下步骤：
1)将钢管放在钢管支座(1)上，环形焊缝(9)位于钢管支座(1)之间；
2)紧贴外管壁布置多个电热元件(2)，电热元件(2)沿钢管外圆周基本等分均匀布置，每个电热元件覆盖区域中央设置有与钢管外壁接触的热电偶(4)，每个电热元件(2)及其热电偶(4)均分别与各自的热处理温度控制仪表相连；
3)在电热元件(2)上覆盖保温层(3)，用捆绑材料(5)将电热元件(2)及外管壁保温层(3)固定好；
4)紧贴内管壁相应位置上布置保温层(6)，用支撑架(7)将内管壁保温层(6)固定；
5)通电加热，将钢管(8)的环形焊缝(9)及附近区域加热至热处理温度、保温后冷却。
8.如权利要求7所述的一种大管径薄壁管焊后热处理装置的使用方法，其特征在于：所述钢管(8)的材料为Q235钢或Q345钢，所述热处理温度为610℃±10℃，所述保温的时间为5～10min/mm厚度，且最短保温时间不少于1h。
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