CN112091372A - 一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置及加热方法，属于燃气轮机领域。包括机架以及设置在机架上的加热架，加热架上设有供热端，供热端可使加热架产生热量并对环形机匣加热，本发明操作方便、省力省时、成本低，既实现了燃气轮机的外部环形机匣连接组件边焊边加热的功能，使焊缝质量得到了保障，又降低了生产成本，提高了效益，具有较大实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，具体涉及一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置及加热方法。
背景技术
目前燃气轮机的外部环形机匣连接组件是由镍基合金和耐热钢焊接而成的，其主体零件尺寸大，大端直径约为1530mm，焊接处直径约为1300mm，焊缝长度达4082mm，焊接处母材厚度为12mm，且为珠光体耐热钢ASTM A182 F22 CL3和镍基合金INCONEL 718这两种异种材料零件组成的焊接件。上述材料淬硬倾向大，提高了焊接热影响区的硬度，且焊接处厚度大，焊接时拘束度大，同时异种材料之间线膨胀系数大，导致焊接应力大，由此在焊接过程中容易产生焊接冷裂纹，焊接难度较大。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置及加热方法，具体技术方案如下：
一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，包括机架以及设置在机架上的加热架，加热架上设有用于使加热架产生热量的供热端。
作为优选，加热架包括设置在机架上的火焰燃烧管以及设置在火焰燃烧管上并与火焰燃烧管内腔连通的多个燃烧孔。
本发明中工作人员点燃燃烧孔出气端的混合气体并对放置在火焰燃烧管内的环形机匣进行加热，由此实现燃气轮机的外部环形机匣连接组件边焊边加热的功能，使焊缝质量得到了保障，又降低了生产成本。
作为优选，供热端包括设置在火焰燃烧管上的进气管以及设置在进气管进气端的进气接嘴。
本发明中工作人员通过将用于输送燃气丙烷的管道和用于输送压缩空气的管道与进气接嘴连通，使燃气丙烷和压缩空气能够直接通过进气接嘴进入到进气管以及火焰燃烧管中。
作为优选，进气接嘴包括设置在进气管进气端的密封盖、设置在密封盖上的压缩空气接嘴以及设置在密封盖上的燃气接嘴。
本发明通过压缩空气接嘴和燃气接嘴，将燃气丙烷以及压缩空气同时输送到火焰燃烧管中并在焰燃烧管中混合，提高了本发明中的气体输送效率以及输送安全性。
作为优选，火焰燃烧管的两端设有堵盖。
本发明通过将火焰燃烧管的两端的堵盖盖与火焰燃烧管两端固定连接，对火焰燃烧管两端进行封堵，防止漏气。
作为优选，机架包括设置在加热架两侧的固定支架、设置在固定支架与加热架之间的固定横梁以及设置在固定横梁上的卡箍。
本发明通过设置在火焰燃烧管两侧的卡箍卡紧火焰燃烧管，并将火焰燃烧管卡置在固定横梁之间，实现了机架对火焰燃烧管的固定功能。
作为优选，固定支架与固定横梁滑动连接且卡箍与固定横梁活动连接。
本发明使工作人员可以根据实际需要沿固定支架上下移动固定横梁，以靠近环形机匣待焊处，实现了火焰燃烧管的高度调节功能。同时本发明通过螺栓实现卡箍与固定横梁的活动连接，使工作人员能够通过实际需要调整卡箍与固定横梁的相对角度，进而实现火焰燃烧管与环形机匣待焊处的间距微调，提高了本发明的实用性以及便捷性。
作为优选，固定支架的底端设有万向轮。
本发明通过设置在固定支架的底端的万向轮，便于工作人员移动机架，进一步提高了本发明的实用性以及便捷性。
一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
S1：通过进气接嘴同时向火焰燃烧管内输入燃气与压缩空气，使燃气与压缩空气在火焰燃烧管内腔内混合为混合气体；
S2：点燃燃烧孔出气端的混合气体并对火焰燃烧管内的环形机匣进行加热，使环形机匣内部温度及表面温度均达到预热温度；
S3：对环形机匣进行焊接的同时对环形机匣进行加热，使焊接层间温度保持在250℃以下；
S4：焊接完成后减少混合气体的输入量以减小火焰，直到环形机匣缓慢冷却至100℃时关闭火焰，用石棉布包扎焊缝使环形机匣缓慢冷却至室温。
作为优选，步骤S2中的预热温度为145-155℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明中工作人员将待焊接环形机匣放置在加热架上，然后供热端使加热架产生热量并对环形机匣进行预加热，使工作人员焊接时可通过供热端控制预热温度、焊接层间温度以及焊后冷却速度等，由此减少焊接区域与被焊环形机匣之间的温度差(也称为温度梯度)，降低了焊接应力，避免产生焊接裂纹。本发明操作方便、省力省时、成本低，既实现了燃气轮机的外部环形机匣连接组件边焊边加热的功能，使焊缝质量得到了保障，又降低了生产成本，提高了效益，具有较大实用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中B处的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通'、”相连”、“连接“应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明中的一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，包括机架1以及设置在机架1上的加热架2，加热架2环绕设置在环形机匣外侧并用于对环形机匣进行加热。加热架2上设有用于提供加热能源的供热端3，供热端3 可使加热架2产生热量并对环形机匣加热。在本实施例中采用的加热方式为供热端3输入燃气丙烷与压缩空气混合而成的混合气体，并在加热架2燃烧对环形机匣进行加热，在其他实施例中加热方式可以为供热端3输入高温气体或液体并在加热架2喷射加热环形机匣、或者供热端3向加热架2供电并应用电阻原理对加热架2进行加热以间接加热环形机匣等方式。工作人员焊接时通过供热端3控制环形机匣的预热温度、焊接层间温度以及焊后冷却速度等，由此减少焊接区域与被焊环形机匣之间的温度差(也称为温度梯度)，降低了焊接应力，避免产生焊接裂纹。
加热架2包括设置在机架1上并与供热端3连通的火焰燃烧管21以及设置在火焰燃烧管21上并与火焰燃烧管21内腔连通的多个燃烧孔22，火焰燃烧管21的形状可根据环形机匣形状采用“C”字型、“凵”字型以及“V”字型等具有开口的半封闭形状，本发明中火焰燃烧管21采用直径Φ40的 1Cr18Ni9Ti不锈钢管通过弯曲加工成直径Φ1400左右的“C”字形状，并将环形机匣包裹在火焰燃烧管21内，使火焰燃烧管21在工作过程中能够与环形机匣匹配，即使火焰燃烧管21与环形机匣同轴线设置，各处间距相同，由此实现火焰燃烧管21对环形机匣各处的均匀加热，避免出现加热不均等情况。火焰燃烧管21的两端设有用于防止火焰燃烧管21两端漏气的堵盖4，堵盖4通过采用焊接的方式与火焰燃烧管21两端固定连接并将火焰燃烧管 21两端封堵。
火焰燃烧管21靠近环形机匣的一侧设有60个直径为Φ2的燃烧孔22，燃烧孔22沿着“C”型火焰燃烧管21内壁均匀分布。燃烧孔22与火焰燃烧管21内腔连通并用于火焰燃烧管21内腔的混合气体从燃烧孔22中出气燃烧。本发明通过火焰燃烧管21与燃烧孔22的配合，使燃气丙烷与压缩空气混合而成的混合气体经由供热端3进入到火焰燃烧管21后，工作人员点燃燃烧孔22出气端的混合气体并对放置在火焰燃烧管21内的环形机匣进行加热，由此实现燃气轮机的外部环形机匣连接组件边焊边加热的功能，使焊缝质量得到了保障，又降低了生产成本。
供热端3包括设置在火焰燃烧管21右端并与火焰燃烧管21内腔连通的进气管31以及设置在进气管31进气端的进气接嘴32，进气管31采用直径Φ40的1Cr18Ni9Ti不锈钢加工而成，其一端插入火焰燃烧管21上直径为Φ 40的插孔内，然后通过氩弧焊绕进气管31焊接一圈密封，由此将进气管31 固定在火焰燃烧管21上并与火焰燃烧管21连通。工作人员通过将用于输送燃气丙烷的管道和用于输送压缩空气的管道与进气接嘴32连通，使燃气丙烷和压缩空气能够直接通过进气接嘴32进入到进气管31以及火焰燃烧管21 中。
进气接嘴32包括设置在进气管31进气端的密封盖321、设置在密封盖 321上的压缩空气接嘴322以及设置在密封盖321上的燃气接嘴323。密封盖321设置在进气管31远离火焰燃烧管21的一端，并采用焊接的方式与进气管31固定连接，同时密封盖321上设有分别与压缩空气接嘴322以及燃气接嘴323配合的插孔。本发明中压缩空气接嘴322和燃气接嘴323采用直径为Φ10的Cr18Ni9Ti不锈钢棒料加工而成，压缩空气接嘴322和燃气接嘴 323的一端插入密封盖321的插孔中，然后通过氩弧焊焊接一圈密封并固定，压缩空气接嘴322和燃气接嘴323的另一端则分别插入压缩空气输送管和燃气输送管中，保证燃气丙烷以及压缩空气能够安全进入进气管31以及火焰燃烧管21中。本发明通过压缩空气接嘴322和燃气接嘴323，将燃气丙烷以及压缩空气同时输送到火焰燃烧管21中并在焰燃烧管中混合，提高了本发明中的气体输送效率以及输送安全性。
机架1包括设置在加热架2两侧的固定支架11、设置在固定支架11与加热架2之间的固定横梁12以及设置在固定横梁12上的卡箍13，本发明通过设置在火焰燃烧管21两侧的卡箍13卡紧火焰燃烧管21，并将火焰燃烧管 21卡置在固定横梁12之间，实现了机架1对火焰燃烧管21的固定功能。固定支架11的底端设有便于工作人员移动机架1的万向轮5。固定支架11与固定横梁12滑动连接并且固定横梁12由碳钢型材及卡兰焊接而成，起固定支撑火焰燃烧管21的作用，固定横梁12的一端通过其上面焊接的卡兰与固定支架11滑动连接固定，固定横梁12的另一端通过卡箍13与火焰燃烧管 21连接，以固定火焰燃烧管21的位置。本发明使工作人员可以根据实际需要沿固定支架11上下移动固定横梁12，以靠近环形机匣待焊处，实现了火焰燃烧管21的高度调节功能。同时本发明通过螺栓实现卡箍13与固定横梁12的活动连接，使工作人员能够通过实际需要调整卡箍13与固定横梁12 的相对角度，进而实现火焰燃烧管21与环形机匣待焊处的间距微调，提高了本发明的实用性以及便捷性。
本发明中一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热方法，依次包括以下步骤：
S1：通过进气接嘴32同时向火焰燃烧管21内输入燃气丙烷与压缩空气，使燃气丙烷与压缩空气在火焰燃烧管21内腔内混合为混合气体。由化学反应公式C3H8+5O2＝4H2O+3CO2可知，火焰燃烧管21内燃气丙烷和氧气的最佳比例为1:5，由此进气接嘴32中燃气丙烷和压缩空气的比例为1:1，由此使燃气丙烷在加热环形机匣时能够充分燃烧，节约了能源并提高了燃烧效率。
S2：点燃燃烧孔22出气端的混合气体并对火焰燃烧管21内的环形机匣进行加热，通过红外线测温仪测量到环形机匣的表面温度达到预热温度 150℃后，继续加热，使环形机匣温度均匀，环形机匣材料内部温度及表面温度均达到预热温度150℃。
S3：对环形机匣进行焊接的同时对环形机匣继续加热，保证环形机匣待焊处温度在150～160℃之间，并且焊接过程中使焊接层间温度保持在250℃以下。
S4：焊接完成后减少混合气体的输入量以减小燃烧孔22处的火焰，直到环形机匣缓慢冷却至100℃时关闭进气接嘴32以关闭火焰，然后用石棉布包扎焊缝，使环形机匣以及焊缝缓慢冷却至室温。
本发明中工作人员将待焊接环形机匣放置在火焰燃烧管21内，然后供热端3输入混合燃烧气体，使火焰燃烧管21的燃烧孔22处燃烧产生热量并对环形机匣进行预加热，使工作人员焊接时可通过供热端3控制预热温度、焊接层间温度以及焊后冷却速度等，由此减少焊接区域与被焊环形机匣之间的温度差(也称为温度梯度)，降低了焊接应力，避免产生焊接裂纹。本发明采用此加热方式，操作方便、省力省时、成本低，既实现了燃气轮机的外部环形机匣连接组件边焊边加热的功能，使焊缝质量得到了保障，又降低了生产成本，提高了效益，具有较大实用价值。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，包括机架(1)以及设置在机架(1)上的加热架(2)，所述加热架(2)上设有用于使加热架(2)产生热量的供热端(3)。
2.根据权利要求1所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述加热架(2)包括设置在机架(1)上的火焰燃烧管(21)以及设置在火焰燃烧管(21)上并与火焰燃烧管(21)内腔连通的多个燃烧孔(22)。
3.根据权利要求2所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述供热端(3)包括设置在火焰燃烧管(21)上的进气管(31)以及设置在进气管(31)进气端的进气接嘴(32)。
4.根据权利要求3所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述进气接嘴(32)包括设置在进气管(31)进气端的密封盖(321)、设置在密封盖(321)上的压缩空气接嘴(322)以及设置在密封盖(321)上的燃气接嘴(323)。
5.根据权利要求2所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述火焰燃烧管(21)的两端设有堵盖(4)。
6.根据权利要求1所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述机架(1)包括设置在加热架(2)两侧的固定支架(11)、设置在固定支架(11)与加热架(2)之间的固定横梁(12)以及设置在固定横梁(12)上的卡箍(13)。
7.根据权利要求5所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述固定支架(11)与固定横梁(12)滑动连接且卡箍(13)与固定横梁(12)活动连接。
8.根据权利要求5所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热装置，其特征在于，所述固定支架(11)的底端设有万向轮(5)。
9.根据权利要求1-8所述的一种用于环形机匣氩弧焊的辅助加热方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
S1：通过进气接嘴(32)同时向火焰燃烧管(21)内输入燃气与压缩空气，使燃气与压缩空气在火焰燃烧管(21)内腔内混合为混合气体；
S2：点燃燃烧孔(22)出气端的混合气体并对火焰燃烧管(21)内的环形机匣进行加热，使环形机匣内部温度及表面温度均达到预热温度；
S3：对环形机匣进行焊接的同时对环形机匣进行加热，使焊接层间温度保持在250℃以下；
S4：焊接完成后减少混合气体的输入量以减小火焰，直到环形机匣缓慢冷却至100℃时关闭火焰，用石棉布包扎焊缝使环形机匣缓慢冷却至室温。
10.根据权利要求9所述的用于环形机匣氩弧焊的辅助加热方法，其特征在于，所述步骤S2中的预热温度为145-155℃。
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