CN109175815B - 一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置及方法 - Google Patents
一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置及方法，其中装置包括控制组件、多级加热装置、支架、支撑底座、升降装置、多个温度传感器、传动装置、驱动电机、直线推杆以及尾部安装盘，控制组件分别与多个温度传感器以及多级加热装置通讯连接，方法实施步骤为：电动机启动，调整多级加热装置位置；启动一级加热装置；启动二级加热装置；利用温度传感器在加热完成时测量壁厚方向上A、B、C、D、E、F、G七点的温度值；数据传出七点的温度值，与系统预设的预热温度进行数据比较，判断是否均到达预热温度；启动三级加热装置，对工件进行补热。实现不同频率电流的感应加热，控制预热温度在管坯边缘均匀分布，防止过大温度梯度产生。
Description
技术领域
本发明涉及热处理领域，尤其涉及一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置及方法。
背景技术
利用感应加热实现管端对焊时，焊缝焊接区域的温度分布梯度较大，冷却过程中产生较大残余应力，影响焊管质量，为了减小焊缝与临近母材的收缩应力，减缓焊缝冷却过程中在关键温度区间的冷却速度，防止过度硬化以及降低焊缝和热影响区延展性，使氢有更多时间从焊缝和相邻母材中逸出，避免产生氢致裂纹，提高焊管焊接质量，在焊管焊接工艺过程中，常常需要按规范在焊接前、后进行预热。利用丙烷进行火焰加热是焊管预热实际生产中常用的技术手段，但是对于厚壁石油管而言，火焰加热的方式虽然加热均匀，但是能耗高，污染大，加热效率低，目前生产中逐渐开始采用感应加热的技术手段进行焊前预热。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于在线控制、自动调节、整体工作效率高、适用范围广的厚壁石油管焊接预热的感应加热装置及方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：
具体地，本发明提供一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其包括控制组件、多级加热装置、支架、支撑底座、升降装置、多个温度传感器、传动装置、驱动电机、直线推杆以及尾部安装盘；
待加热管坯固定在所述支撑底座上，多级加热装置的外部设置有所述支架，所述多级加热装置借助于所述支架与所述升降装置连接，所述多个温度传感器在所述待加热管坯的管厚度方向均匀分布，所述控制组件分别与所述多个温度传感器以及多级加热装置通讯连接；
所述多级加热装置包括一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置，所述二级加热装置设置在所述一级加热装置内部，所述三级加热装置设置在所述二级加热装置内部，所述一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置的外部分别均匀设置有三组感应组件；
所述一级加热装置设置有第一接线柱以及第一传动装置，所述二级加热装置设置有第二接线柱以及第二传动装置，所述三级加热装置设置有第三接线柱以及第三传动装置；
所述升降装置的附近有横向驱动电机，所述直线推杆设置在所述支架上，所述尾部安装盘的第一侧与所述直线推杆通过连接装置安装连接，所述尾部安装盘的第二侧与所述第一传动装置连接，所述第二传动装置连接所述第一传动装置，所述第三传动装置连接所述第二传动装置，所述第三传动装置内部设置有传动轴，所述横向驱动电机驱动直线推杆的直线位移以实现一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置的横向位移；
所述尾部安装盘上设置有第一驱动电机、第二驱动电机以及第三驱动电机，所述第一驱动电机连接所述第一传动装置，所述第二驱动电机连接所述第二传动装置，所述第三驱动电机连接所述传动轴以及第三传动装置。
优选地，所述第一传动装置与所述第二传动装置之间通过滚动轴承以及弹性挡圈进行定位传动，所述传动轴与第三传动装置之间通过键连接并采用轴端挡圈进行轴向定位。
优选地，所述多个温度传感器设置为7个，7个温度传感器在所述待加热管坯的管厚度方向均匀分布。
优选地，所述感应组件包括感应线圈、正极接线端子、负极接线端子、感应器外壳、升降支架、推杆、直线电机以及支撑平台，所述感应线圈、正极接线端子以及负极接线端子设置在所述感应器外壳内部，所述支撑平台的上表面借助于滚珠连接所述感应器外壳，所述支撑平台的下部设置有升降支架，所述升降支架下部设置有推杆，所述推杆与所述直线电机相连，所述直线电机带动所述推杆伸缩，从而带动所述升降支架升降以实现所述感应组件的伸缩运动。
优选地，所述一级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第一接线柱连接，所述二级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第二接线柱连接，所述三级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第三接线柱连接。
优选地，所述连接装置为楔形连接装置。
优选地，本发明还提供一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热方法，其包括以下步骤：
S1、调整多级加热装置的竖直方向位置至传动轴中心线与待加热管坯中心线在同一水平面，之后调整多级加热装置的水平方向以及与待加热管坯之间的间距；
S2、启动一级加热装置，调整一级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对一级加热装置进行扫描预热；
S3、启动二级加热装置，调整二级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对二级加热装置进行扫描预热；
S4、温度传感器测温：利用七个温度传感器在加热完成时测量管坯厚度方向上A、B、C、D、E、F、G七点的温度值；
S5、温度比较：温度传感器向控制组件上传A、B、C、D、E、F、G七点的温度值，与控制组件内部预设的预热温度进行数据比较，判断是否均到达预热温度，如果达到预热温度则加热结束，多级加热装置恢复初始位置；如果没有达到预热温度则继续步骤S6；
S6、启动三级加热装置，调整三级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对三级加热装置进行扫描预热；
S7、重复步骤S4和S5，直至完成预热目标。
优选地，步骤S2具体为利用直线推杆推动尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩一级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关QS和开关SB1，启动第一驱动电机，第一驱动电机带动第一传动装置旋转，向一级加热装置的感应组件的感应线圈中通入中频电流a，实现一级加热装置的扫描预热。
优选地，步骤S3具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩二级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，使定时器KT1到达加热时间t1，断开开关KM1，切断第一驱动电机的电路通路，同时闭合开关KM2，启动第二驱动电机，第二驱动电机带动第二传动装置旋转，向二级加热装置的感应组件的感应线圈中通入高频电流b，实现二级加热装置的扫描预热，当定时器KT2到达加热时间t2时，断开开关KM2，切断第二驱动电机电路通路。
优选地，步骤S6具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩三级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关SB2，同时闭合开关KM3，启动第三驱动电机，第三驱动电机带动第三传动装置旋转，向三级加热装置的感应组件的感应线圈中通入电流c，实现三级加热装置的扫描预热。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①本发明具有多级加热装置，实现不同频率电流的感应加热，控制预热温度在管坯边缘均匀分布，防止过大温度梯度产生。
②本发明具有温度反馈控制系统，可以根据管坯壁厚方向温度分布情况调整三级加热装置，从而实现温度的微调，保证管端焊接区域的均匀预热。
③本发明采用离散的组合感应器，可以独立控制感应器伸缩实现组合加热，适应不同尺寸参数的管坯预热，而无需更换感应线圈，提高整体工作效率，适用范围广。
附图说明
图1为本发明方法的工作流程图；
图2a为本发明的正面结构示意图；
图2b为本发明的侧面结构示意图；
图3为本发明的多级加热装置的传动示意图；
图4为本发明的感应组件的结构示意图；以及
图5为本发明的电路控制图。
附图标号：1-待加热管坯，2-三级加热装置，3-二级加热装置，4-一级加热装置，5-支撑底座，6-升降装置，7-感应组件，8-温度传感器，9-支架，10-横向驱动电机，11-直线推杆，12-尾部安装盘，13-第二驱动电机，14-第三驱动电机，15-第一接线柱，16-第一传动装置，17-滚动轴承，18-第二接线柱，19-第二传动装置，20-第三接线柱，21-第三传动装置，22-轴端挡圈，23-键，24-传动轴，25-弹性挡圈，26-螺栓，27-第一驱动电机，28-感应线圈，29-正极接线端子，30-负极接线端子，31-滚珠，32-升降支架，33-推杆，34-直线电机，35-支撑平台，36-感应器外壳。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
具体地，本发明提供一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，如图2至图4所示，其包括控制组件、多级加热装置、支撑底座5、支架9、升降装置6、多个温度传感器8、传动装置、驱动电机、直线推杆11以及尾部安装盘12。
待加热管坯1固定在支撑底座上，多级加热装置的外部设置有支架9，多级加热装置借助于支架9与升降装置6连接，多个温度传感器8在待加热管坯1的管厚度方向均匀分布，控制组件分别与多个温度传感器以及多级加热装置通讯连接。
多级加热装置包括一级加热装置4、二级加热装置3以及三级加热装置2，二级加热装置3设置在一级加热装置4的内部，三级加热装置2设置在二级加热装置3的内部，一级加热装置4、二级加热装置3以及三级加热装置2的外部分别均匀设置有三组感应组件7。
一级加热装置4设置有第一接线柱15以及第一传动装置16，二级加热装置3设置有第二接线柱18以及第二传动装置19，三级加热装置2设置有第三接线柱20以及第三传动装置21。
直线推杆11与支架9连接，升降装置6附近设置有横向驱动电机，尾部安装盘12的第一侧121与直线推杆11通过楔形连接装置安装连接，尾部安装盘12的第二侧122与第一传动装置16连接，第二传动装置19连接第一传动装置16，第三传动装置21连接第二传动装置19，第三传动装置21内部设置有传动轴24，横向驱动电机10驱动直线推杆的直线位移以实现一级加热装置4、二级加热装置3以及三级加热装置2的横向位移。
优选地，第一传动装置16与第二传动装置19之间通过滚动轴承17以及弹性挡圈25进行定位传动，传动轴24与第三传动装置21之间通过键连接并采用轴端挡圈22进行轴向定位，第一传动装置16、第二传动装置19、第三传动装置21之间的转动互不干涉，分别由控制组件进行旋转控制，在各自的驱动电机的带动下进行旋转。
尾部安装盘12上设置有第一驱动电机27、第二驱动电机13以及第三驱动电机14，第一驱动电机27连接第一传动装置16，第二驱动电机13连接第二传动装置19，第三驱动电机14连接传动轴24以及第三传动装置21。
优选地，多个温度传感器8设置为7个，7个温度传感器8在待加热管坯的管厚度方向均匀分布。
优选地，感应组件7包括感应线圈28、正极接线端子29、负极接线端子30、感应器外壳36、升降支架32、推杆33、直线电机34以及支撑平台35，感应线圈28、正极接线端子29以及负极接线端子30设置在感应器外壳36内部，支撑平台35的上表面借助于滚珠31连接感应器外壳36，支撑平台35的下部设置有升降支架32，升降支架32下部设置有推杆33，推杆33与直线电机34相连，直线电机34带动推杆33伸缩，从而带动升降支架32升降以实现感应组件7的伸缩运动。
优选地，一级加热装置4上的三个感应组件的正极接线端子29以及负极接线端子30分别与第一接线柱连接，二级加热装置3上的三个感应组件的正极接线端子29以及负极接线端子30分别与第二接线柱连接，三级加热装置2上的三个感应组件的正极接线端子29以及负极接线端子30分别与第三接线柱连接。
优选地，本发明还提供一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1、调整多级加热装置的竖直方向位置至传动轴中心线与待加热管坯中心线在同一水平面，之后调整多级加热装置的水平方向以及与待加热管坯之间的间距；
S2、启动一级加热装置，调整一级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对一级加热装置进行扫描预热；
S3、启动二级加热装置，调整二级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对二级加热装置进行扫描预热；
S4、温度传感器测温：利用七个温度传感器在加热完成时测量管坯厚度方向上A、B、C、D、E、F、G七点的温度值；
S5、温度比较：温度传感器向控制组件上传A、B、C、D、E、F、G七点的温度值，与控制组件内部预设的预热温度进行数据比较，判断是否均到达预热温度，如果达到预热温度则加热结束，多级加热装置恢复初始位置；如果没有达到预热温度则继续步骤S6；
S6、启动三级加热装置，调整三级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对三级加热装置进行扫描预热；
S7、重复步骤S4和S5，直至完成预热目标。
结合图1和图5，步骤S2具体为利用直线推杆推动尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩一级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关QS和开关SB1，启动第一驱动电机，第一驱动电机带动第一传动装置旋转，向一级加热装置的感应组件的感应线圈中通入中频电流a，实现一级加热装置的扫描预热。
步骤S3具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩二级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，使定时器KT1到达加热时间t1，断开开关KM1，切断第一驱动电机的电路通路，同时闭合开关KM2，启动第二驱动电机，第二驱动电机带动第二传动装置旋转，向二级加热装置的感应组件的感应线圈中通入高频电流b，实现二级加热装置的扫描预热，当定时器KT2到达加热时间t2时，断开开关KM2，切断第二驱动电机电路通路。
步骤S6具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩三级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关SB2，同时闭合开关KM3，启动第三驱动电机，第三驱动电机带动第三传动装置旋转，向三级加热装置的感应组件的感应线圈中通入电流c，实现三级加热装置的扫描预热。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①本发明具有多级加热装置，实现不同频率电流的感应加热，控制预热温度在管坯边缘均匀分布，防止过大温度梯度产生。
②本发明具有温度反馈控制系统，可以根据管坯壁厚方向温度分布情况调整三级加热装置，从而实现温度的微调，保证管端焊接区域的均匀预热。
③本发明采用离散的组合感应器，可以独立控制感应器伸缩实现组合加热，适应不同尺寸参数的管坯预热，而无需更换感应线圈，提高整体工作效率，适用范围广。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其特征在于：其包括控制组件、多级加热装置、支架、支撑底座、升降装置、多个温度传感器、传动装置、驱动电机、直线推杆以及尾部安装盘；
待加热管坯固定在所述支撑底座上，多级加热装置的外部设置有所述支架，所述多级加热装置借助于所述支架与所述升降装置连接，所述多个温度传感器在所述待加热管坯的管厚度方向均匀分布，所述控制组件分别与所述多个温度传感器以及多级加热装置通讯连接；
所述多级加热装置包括一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置，所述二级加热装置设置在所述一级加热装置内部，所述三级加热装置设置在所述二级加热装置内部，所述一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置的外部分别均匀设置有三组感应组件；
所述一级加热装置设置有第一接线柱以及第一传动装置，所述二级加热装置设置有第二接线柱以及第二传动装置，所述三级加热装置设置有第三接线柱以及第三传动装置；
所述升降装置的附近设置有横向驱动电机，所述直线推杆设置在所述支架上，所述尾部安装盘的第一侧与所述直线推杆通过连接装置安装连接，所述尾部安装盘的第二侧与所述第一传动装置连接，所述第二传动装置连接所述第一传动装置，所述第三传动装置连接所述第二传动装置，所述第三传动装置内部设置有传动轴，所述横向驱动电机驱动直线推杆的直线位移以实现一级加热装置、二级加热装置以及三级加热装置的横向位移；
所述尾部安装盘上设置有第一驱动电机、第二驱动电机以及第三驱动电机，所述第一驱动电机连接所述第一传动装置，所述第二驱动电机连接所述第二传动装置，所述第三驱动电机连接所述传动轴以及第三传动装置；
所述感应组件包括感应线圈、正极接线端子、负极接线端子、感应器外壳、升降支架、推杆、直线电机以及支撑平台，所述感应线圈、正极接线端子以及负极接线端子设置在所述感应器外壳内部，所述支撑平台的上表面借助于滚珠连接所述感应器外壳，所述支撑平台的下部设置有升降支架，所述升降支架下部设置有推杆，所述推杆与所述直线电机相连，所述直线电机带动所述推杆伸缩，从而带动所述升降支架升降以实现所述感应组件的伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其特征在于：所述第一传动装置与所述第二传动装置之间通过滚动轴承以及弹性挡圈进行定位传动，所述传动轴与第三传动装置之间通过键连接并采用轴端挡圈进行轴向定位。
3.根据权利要求1所述的用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其特征在于：所述多个温度传感器设置为7个，7个温度传感器在所述待加热管坯的管厚度方向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其特征在于：所述一级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第一接线柱连接，所述二级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第二接线柱连接，所述三级加热装置上的三个感应组件的正极接线端子以及负极接线端子分别与所述第三接线柱连接。
5.根据权利要求1所述的用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置，其特征在于：所述连接装置为楔形连接装置。
6.一种根据权利要求1所述的用于厚壁石油管焊接预热的感应加热装置进行感应加热的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、调整多级加热装置的竖直方向位置至传动轴中心线与待加热管坯中心线在同一水平面，之后调整多级加热装置的水平方向以及与待加热管坯之间的间距；
S2、启动一级加热装置，调整一级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对一级加热装置进行扫描预热；
S3、启动二级加热装置，调整二级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对二级加热装置进行扫描预热；
S4、温度传感器测温：利用七个温度传感器在加热完成时测量管坯厚度方向上A、B、C、D、E、F、G七点的温度值；
S5、温度比较：温度传感器向控制组件上传A、B、C、D、E、F、G七点的温度值，与控制组件内部预设的预热温度进行数据比较，判断是否均到达预热温度，如果达到预热温度则加热结束，多级加热装置恢复初始位置；如果没有达到预热温度则继续步骤S6；
S6、启动三级加热装置，调整三级加热装置上的感应组件与待加热管坯内壁的间距，对三级加热装置进行扫描预热；
S7、重复步骤S4和S5，直至完成预热目标。
7.根据权利要求6所述的感应加热的方法，其特征在于：步骤S2具体为利用直线推杆推动尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩一级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关QS和开关SB1，启动第一驱动电机，第一驱动电机带动第一传动装置旋转，向一级加热装置的感应组件的感应线圈中通入中频电流a，实现一级加热装置的扫描预热。
8.根据权利要求6所述的感应加热的方法，其特征在于：步骤S3具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘进行直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩二级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，使定时器KT1到达加热时间t1，断开开关KM1，切断第一驱动电机的电路通路，同时闭合开关KM2，启动第二驱动电机，第二驱动电机带动第二传动装置旋转，向二级加热装置的感应组件的感应线圈中通入高频电流b，实现二级加热装置的扫描预热，当定时器KT2到达加热时间t2时，断开开关KM2，切断第二驱动电机电路通路。
9.根据权利要求6所述的感应加热的方法，其特征在于：步骤S6具体为直线推杆装置推动装置尾部安装盘直线运动，实现多级加热装置的水平移动，通过伸缩三级加热装置的感应组件的升降支架调整其感应线圈与管坯内壁的间距，闭合开关SB2，同时闭合开关KM3，启动第三驱动电机，第三驱动电机带动第三传动装置旋转，向三级加热装置的感应组件的感应线圈中通入电流c，实现三级加热装置的扫描预热。
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| JP2007098402A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 液相拡散接合の方法及び装置 |
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