CN110564946B - 小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器及其制作方法，在小径管外壁焊缝处设置有小径管导电感应器，小径管导电感应器为片状蛇形贴面结构，分左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器，两侧的片状小径管导电感应器结构一致，均呈扇环形结构，扇环形的内环半径R等于小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R=r+s,所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的扇环长度X1=πR‑s，左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器呈半包围形状粘贴在小径管的外壁上。本发明解决了传统铜管难以处理的小径管接头热处理问题，减少了传统的水冷循环系统，从而节约了成本。

Description

小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器及其制作方法
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器及其制作方法，适用于火电厂锅炉内受热面管的焊后热处理加热。
背景技术
火电厂锅炉内受热面管焊接接头传统的焊后热处理采用火焰加热或远红外加热。火焰加热由于效率低、受操作技能影响大，难以保证温度均匀，现仅用在中低合金钢个别返修焊接接头的焊后热处理。柔性电阻加热适用于焊前预热、后热和焊后热处理，采用热电偶进行温度测量，并用自动控温设备进行温度监控和记录。但是采用柔性电阻加热时，对被处理焊接接头表面质量要求较高，且为使加热器与焊件贴紧还需要制作专用夹具，操作麻烦且需要较大空间。远红外加热时，要逐个安装每个焊口加热装置、热电偶和保温装置，效率低，温度场受影响因素多； 当焊口数量少、部件壁厚不大时，这种热处理方法能满足工程进度要求，也能保证部件接头区域的温度梯度。但随着需要焊后热处理接头数量的急剧增加、焊后热处理需要时间的增加和材料壁厚增加导致的温度场恶化，传统的加热方法和工艺已远远不能满足工程进度要求和工程质量要求。由于采用传统焊后热处理工艺导致的质量事故（如返工、割除焊接接头重新焊接等）近年大量出现，其中数量最多、问题最突出的是受热面小径管焊接接头。
中频感应加热利用电、磁、热能间的转换达到使被加热物体自身发热的原理，可以用来对焊接接头进行焊后热处理。目前使用的感应器主要有两大类，一类用铜管绕制，通水冷却，另一类用铜电缆绕制，在铜电缆与被加热工件之间加隔热层。中频感应加热在小径管材料的热处理上已早有应用，但由于受热面小径管的管与管之间空降狭小，有的只有5mm左右，现有感应器无法安装，导致中频感应加热在受热面小径管接头的焊后热处理上还未得到应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器及其制作方法，这种感应器适合于平面加热、圆弧面或其他可展开为平面的加热场合，通过将感应器设计为片状蛇形贴面结构，解决了传统铜管难以处理的小径管焊接接头热处理问题。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器，包括小径管，所述小径管外壁焊缝处设置有小径管导电感应器，所述小径管导电感应器为片状蛇形贴面结构，分左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器，所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器结构一致，均呈扇环形结构，扇环形的内环半径R等于小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R = r+s ,所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的扇环长度X1 =πR-s ；所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器呈半包围形状粘贴在小径管的外壁上；所述片状蛇形贴面结构的缠绕带的U型缠绕匝数与小径管的直径相匹配，小径管的直径每增加20mm，U型缠绕匝数增加一匝；所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器之间的缝隙间距L1等于小径管的壁厚s，片状蛇形贴面结构的缠绕带宽度n1为小径管壁厚的（1～1.3）倍，相邻缠绕带之间的缝隙间距m1为小径管壁厚的（0.6～0.8）倍；所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器从内到外均包括有感应器绝缘层、感应器导电层和感应器保温层，所述感应器绝缘层粘贴在所述小径管的外壁上。
所述感应器导电层由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止感应器导电层在高温下被氧化；所述感应器绝缘层位于小径管和感应器导电层之间，起到绝缘和保温双重功效；所述感应器保温层位于感应器导电层的外侧，起到绝缘和保温双重功效。
所述的小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器的制作方法，其具体步骤如下：
①将0.3～0.5mm厚的铜板按照左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的形状切割成型，弯曲成片状蛇形贴面结构，得到感应器导电层；
②在感应器导电层表面化学镀Ni-P合金镀层以防止高温下被氧化，Ni-P合金镀层的厚度为感应器导电层厚度的1/12～1/15；
③在感应器导电层和小径管之间设置有感应器绝缘层，所述感应器绝缘层是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述感应器绝缘层的厚度为大径管管壁厚度的1/6～1/8；
④在感应器导电层和Ni-P合金镀层的外面设置有感应器保温层，所述感应器保温层也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述感应器保温层的厚度为小径管管壁厚度的1/5～1/6；
⑤感应器保温层的厚度大于等于感应器绝缘层的厚度；
⑥制作左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器时，在左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的模具上分别依次粘接感应器绝缘层、大感应器导电层和感应器保温层，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；
⑦左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器制作好后，经过再结晶退火后，弯曲成型，左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的弯曲弧度的半径R为小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R = r+s ,所述左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器的扇环长度X1 =πR-s ；
⑧将弯曲成型的左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器经过去应力退火、化学镀镍磷合金工艺，得到成型的左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器；
⑨使用时，所述的左侧片状小径管导电感应器和右侧片状小径管导电感应器呈半包围形状粘贴在小径管的外壁上。
经冷变形后的铜板会产生加工硬化和残余内应力，本发明将加工好的铜板进行再结晶退火，一方面消除加工硬化效果便于下一步对其进行弯曲变形，另一方面消除内应力避免感应器工作时尺寸发生变化，提高导电感应器的尺寸稳定性。
弯曲成型后的铜板内部会有较大残余内应力，本发明对弯曲成型后的铜板进行去应力退火从而消除内应力，减小导电感应器中导电体工作时产生变形、开裂的倾向。
本发明采用具有一定厚度的Cu片制作感应器，节省了空间，但不能采用水冷，故采用化学镀Ni-P的方法防止加热时感应器产生氧化。
本发明的积极有益效果如下：
1、节省空间：
采用片状贴面式的铜片做感应器，达到感应器“小型化”目的，通过将感应器设计成两片结构，加热时直接将两个感应器通过机械方法合并，避免了整体式感应器安装时会遇到的麻烦。
2、无水冷却：
片状感应器不需要采取水冷却，减少了传统的水冷循环系统从而节约成本。
3、化学镀层防高温氧化：
采用纯铜做感应器材料时，如果不进行冷却，感应器的温度接近加热温度，极易氧化，本发明在感应器表面化学镀Ni-P合金镀层可有效防止氧化。
4、隔热复合层：
本发明在感应器表面用氧化铝+磷酸二氢铝混合物为高温粘结剂，将玻璃丝带粘结在感应器表面，起到绝缘和保温的双重作用，并提高感应器的整体强度，延长寿命。
附图说明
图1为φ45mm小径管的片状蛇形贴面导电感应器的结构示意图；
图2为φ70mm小径管的片状蛇形贴面导电感应器的结构示意图；
图3为小径管与片状蛇形贴面导电感应器的位置结构示意图；
图4为图3的俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的解释和说明：
实施例，参见图1、图2、图3 和 图4，
一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器，包括小径管3，在小径管3外壁焊缝处设置有小径管导电感应器，小径管导电感应器为片状蛇形贴面结构，分左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2，左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2结构一致，均呈扇环形结构，扇环形的内环半径R等于小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R = r+s ,左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2的扇环长度X1 =πR-s ；左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2呈半包围形状粘贴在小径管3的外壁上；片状蛇形贴面结构的缠绕带的U型缠绕匝数与小径管3的直径相匹配，小径管3的直径每增加20mm，U型缠绕匝数增加一匝；所述左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2之间的缝隙间距L1等于小径管3的壁厚s，片状蛇形贴面结构的缠绕带宽度n1为小径管壁厚的（1～1.3）倍，相邻缠绕带之间的缝隙间距m1为小径管壁厚的（0.6～0.8）倍；左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2从内到外均包括有感应器绝缘层31、感应器导电层32和感应器保温层33，感应器绝缘层31粘贴在小径管3的外壁上。
感应器导电层32由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止感应器导电层32在高温下被氧化；感应器绝缘层31位于小径管3和感应器导电层32之间，起到绝缘和保温双重功效；感应器保温层33位于感应器导电层32的外侧，起到绝缘和保温双重功效。
上面所述的小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器的制作方法，其具体步骤如下：
①将0.3～0.5mm厚的铜板按照左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2的形状切割成型，弯曲成片状蛇形贴面结构，得到感应器导电层32；
②在感应器导电层32表面化学镀一层Ni-P合金以防止高温下被氧化，Ni-P合金镀层的厚度为感应器导电层厚度的1/12～1/15；
③在感应器导电层32和小径管3之间设置有感应器绝缘层31，感应器绝缘层31是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，感应器绝缘层31的厚度为大径管管壁厚度的1/6～1/8；
④在感应器导电层32和Ni-P合金镀层的外面设置有感应器保温层33，感应器保温层33也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，感应器保温层33的厚度为小径管管壁厚度的1/5～1/6；
⑤感应器保温层33的厚度大于等于感应器绝缘层31的厚度；
⑥制作左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2时，在左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2的模具上分别依次粘接感应器绝缘层31、感应器导电层32和感应器保温层33，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；
⑦左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2制作好后，经过再结晶退火后，弯曲成型，左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2的弯曲弧度的半径R为小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R = r+s ,左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2的扇环长度X1 =πR-s ；
⑧将弯曲成型的左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2经过去应力退火、化学镀镍磷合金工艺，得到成型的左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2；
⑨使用时，左侧片状小径管导电感应器1和右侧片状小径管导电感应器2呈半包围形状粘贴在小径管（3）的外壁上。
实施例1
如图1所示：先根据φ45mm单管的热处理需求将纯铜加工成所需要的形状和尺寸，随后对其进行再结晶退火降低硬度，然后弯曲成如图3所示半圆弧形状并进行化学镀，则感应器导电层32制成。在模具上粘接感应器绝缘层31后放感应器导电层32，再粘接感应器保温层33，之后经烘干即得到两个片状蛇形贴面半圆弧感应器。将两个片状蛇形贴面半圆弧感应器通过机械方法合并，通入电流即可对焊缝进行加热处理。
实施例2
如图2所示：先根据φ70mm单管的热处理需求将纯铜加工成所需要的形状和尺寸，随后对其进行再结晶退火降低硬度，然后将其弯曲成如图3所示的连续半圆弧形状，各圆弧之间自然过渡，之后进行化学镀，则感应器导电层32制成。在模具上粘接感应器绝缘层31后放感应器导电层32，再粘接感应器保温层33，之后经烘干即得到两个片状蛇形贴面半圆弧感应器。将两个片状蛇形贴面半圆弧感应器通过机械方法合并，通入电流即可对焊缝进行加热处理。
本发明用具有一定厚度的Cu片做感应器，大大节省了空间，解决了传统铜管难以处理的小径管接头热处理问题；不采用水冷却，减少了传统的水冷循环系统从而节约成本；将感应器设计为两部分，解决了复杂情况下感应器的安装问题；在感应器表面化学镀Ni-P合金可有效防止其在高温加热时氧化；在感应器表面用氧化铝+磷酸二氢铝混合物为高温粘结剂，将玻璃丝带粘结在感应器表面，起到绝缘和保温的双重作用，并提高感应器的整体强度，延长寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1. 一种小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器，包括小径管（3），其特征在于：所述小径管（3）外壁焊缝处设置有小径管导电感应器，所述小径管导电感应器为片状蛇形贴面结构，分左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2），所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）结构一致，均呈扇环形结构，扇环形的内环半径R等于小径管的半径r加上小径管的管壁厚度s，即：R = r+s ,所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）的扇环长度X1 =πR-s ；所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）呈半包围形状粘贴在小径管（3）的外壁上；所述片状蛇形贴面结构的缠绕带的U型缠绕匝数与小径管（3）的直径相匹配，小径管（3）的直径每增加20mm，U型缠绕匝数增加一匝；所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）之间的缝隙间距L1等于小径管（3）的壁厚s，片状蛇形贴面结构的缠绕带宽度n1为小径管（3）壁厚的（1～1.3）倍，相邻缠绕带之间的缝隙间距m1为小径管（3）壁厚的（0.6～0.8）倍；所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）从内到外均包括有感应器绝缘层（31）、感应器导电层（32）和感应器保温层（33），所述感应器绝缘层（31）粘贴在所述小径管（3）的外壁上。
2.根据权利要求1所述的小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器，其特征在于：所述感应器导电层（32）由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止感应器导电层（32）在高温下被氧化；所述感应器绝缘层（31）位于小径管（3）和感应器导电层（32）之间，起到绝缘和保温双重功效；所述感应器保温层（33）位于感应器导电层（32）的外侧，起到绝缘和保温双重功效。
3.权利要求1或2所述的小径管焊接头焊后热处理无冷却感应加热器的制作方法，其具体步骤如下：
①将0.3～0.5mm厚的铜板按照左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）的形状切割成型，弯曲成片状蛇形贴面结构，得到感应器导电层（32）；
②在感应器导电层（32）表面化学镀一层Ni-P合金以防止高温下被氧化，Ni-P合金镀层的厚度为感应器导电层（32）厚度的1/12～1/15；
③在感应器导电层（32）和小径管（3）之间设置有感应器绝缘层（31），所述感应器绝缘层（31）是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述感应器绝缘层（31）的厚度为大径管（3）管壁厚度的1/6～1/8；
④在感应器导电层（32）和Ni-P合金镀层的外面设置有感应器保温层（33），所述感应器保温层（33）也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述感应器保温层（33）的厚度为小径管（3）管壁厚度的1/5～1/6；
⑤使用时，所述的左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）呈半包围形状粘贴在小径管（3）的外壁上；
其中：感应器保温层（33）的厚度大于等于感应器绝缘层（31）的厚度；
制作左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）时，在左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）的模具上分别依次粘接感应器绝缘层（31）、感应器导电层（32）和感应器保温层（33），粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；
左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）切割后，经过再结晶退火，然后弯曲成型，左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）的弯曲弧度的半径R为小径管（3）的半径r加上小径管（3）的管壁厚度s，即：R = r+s ,所述左侧片状小径管导电感应器（1）和右侧片状小径管导电感应器（2）的扇环长度X1 =πR-s 。
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