CN112475683B - 一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，以及预热及加热缓冷的方法，该装置包括承托平台，所述承托平台上设置有通孔，并且，靠近所述通孔处设置有电磁感应加热模块。本发明通过采用电磁感应加热模块，对焊缝位置进行加热，实现焊前快速均匀预热及焊后加热缓冷，过程可通过温度传感器调整加热功率满足不同的加热速度要求，使用立式结构设计，能够大幅度降低场地占用空间。

Description

一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置以及预热及加热缓冷的方法。

背景技术

高碳当量材质在焊接时需进行焊前预热及焊后加热缓冷，采用此材质的轴类部件环向焊缝焊接时，焊前使用火焰加热方法对焊缝区域提前加热至一定温度范围，此过程需要变位器配合旋转预热过程，需要人工操作且所需时间普遍较长，不仅效率较低而且难以做到均匀预热。现有焊后加热缓冷过程普遍使用电加热毯传导加热方式，能耗高、可控性差、加热效果差占用操作场地大，且加热装置容易损坏，增加了操作工的劳动强度，生产效率底。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置以及预热及加热缓冷的方法，其能解决现有技术的劳动强度大、生产效率低等技术问题。

一方面，本发明实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，包括承托平台，所述承托平台上设置有通孔，并且，靠近所述通孔处设置有电磁感应加热模块。

进一步地，还包括控制所述电磁感应加热模块加热速率的温度控制模块。

进一步地，还包括包覆于所述电磁感应加热模块外壁的保温层。

进一步地，还包括筒状外壁，所述筒状外壁的底部连接所述承托平台的边缘，所述保温层位于所述筒状外壁内。

进一步地，还包括沿所述通孔边缘向下延伸形成的第二筒体，所述第二筒体底部固定在安装平台上。

进一步地，所述第二筒体为可伸缩结构。

进一步地，固定在所述承托平台的通孔边缘的安装腔，所述安装腔内构成容纳所述电磁感应加热模块的容置空间。

进一步地，还包括安装支架，以及设置在所述安装支架一端的温度检测感应器，所述安装支架的另一端固定在所述安装腔外壁，且所述温度检测感应器靠近所述环向焊缝。

进一步地，所述电磁感应加热模块与所述环向焊缝之间的距离在5-30mm。

另一方面，本发明实施例还公开了一种采用上述的对环向焊缝预热及加热缓冷的装置进行预热及加热缓冷的方法，包括：

将待预热或待加热缓冷的工件沿所述通孔插入，并且使所述环向焊缝置于所述电磁感应加热模块内侧；

启动温度控制模块并设定的加热速率；

温度检测传感器检测到的温度达到预定值后取出工件，进行后续操作。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过采用电磁感应加热模块，对焊缝位置进行加热，实现焊前快速均匀预热及焊后加热缓冷，过程可通过温度传感器调整加热功率满足不同的加热速度要求，使用立式结构设计，能够大幅度降低场地占用空间。可解决环焊缝焊前火焰加热速度慢，加热不均匀，需要变位器辅助的问题；解决焊后加热缓冷速度可控性差、设备能耗高、易损坏、工装占地面积大、操作复杂的问题，能够保证焊前预热及焊后加热缓冷效果，提高作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

如图1所示，本发明一些实施例公开了一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，包括承托平台1，所述承托平台1上设置有通孔2，并且，靠近所述通孔2处设置有电磁感应加热模块3。使用时，将需要焊接或需要加热缓冷的工件4由所述通孔2内深入，直至工件4的环向焊缝处于电磁感应加热模块3内侧，从而实现电磁感应加热模块3对工件4的加热。

优选地，一些实施例中，为了满足不同直径的工件4的环向焊缝预热及加热缓冷，可在承托平台1上靠近所述通孔2边缘处安装至少三个伸缩组件，伸缩组件的一端固定在承托平台1上，伸缩组件的自由端(另一端)在处于最短伸缩长度时，位于通孔2边缘。伸缩组件处于不同的伸缩长度时，三个伸缩组件的自由端之间的距离发生变化，从而构成承托不同直径电磁感应加热模块3的三个支点，电磁感应加热模块3底部安装在伸缩组件的自由端，通过更换不同内径的电磁感应加热模块3，满足不同直径工件4的需求。

本发明一些实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，在上述实施例的基础上，还包括控制所述电磁感应加热模块3加热速率的温度控制模块(图中未示出)。通过温度控制模块调整所述电磁感应加热模块3的加热功率和加热时间，可以按照工件4材质的不同，设定不同的加热功率和加热时间，实现不同工件4的单独控制，使其能够适用于不同材质的工件4。

本发明一些实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，在上述实施例的基础上，还包括包覆于所述电磁感应加热模块3外壁的保温层5。通过设置保温层5，进一步提高预热和加热缓冷的效率，有效节约能量。

本发明一些实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，在上述实施例的基础上，为实现保温层5的安装，还包括筒状外壁6，所述筒状外壁6的底部连接所述承托平台1的边缘，所述保温层5位于所述筒状外壁6内。

本发明一些实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，在上述实施例的基础上，还包括沿所述通孔2边缘向下延伸形成的第二筒体7，所述第二筒体7底部固定在安装平台8上。使用时，待预热或加热缓冷的工件4由通孔2内深入，直至工件4底部位于安装平台8上。整个装置形成立式工装，立式工装结构设计，满足加热效果的同时减小占地面积。优选地，为适应不同长度的工件4，或适应不同高度处的环向焊缝的需求，所述第二筒体7为可伸缩结构。优选地，为了便于工装的放置，可在第二筒体内设置锥形的导向柱10，导向柱10的底部固定在安装平台8上。

本发明一些实施例所公开的一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，为了进一步实现电磁感应加热模块3的安装，在上述实施例的基础上，还包括固定在所述承托平台1的通孔2边缘的安装腔9，所述安装腔9内构成容纳所述电磁感应加热模块3的容置空间。具体地，所述安装腔9为环状槽，该环状槽的槽口上设置盖板。安装腔9应采用耐高温材质。

本发明另外一些实施例中，安装腔9可与为电磁感应加热模块3成为一体，准备具有不同尺寸的安装腔9配合不同尺寸的电磁感应加热模块3，满足不同直径的工件4需求，配合上述实施例中的伸缩组件，将安装腔9置于伸缩组件的自由端。具体地，首先确认待预热或加热缓冷工件4的外径，根据工件4调整伸缩组件的伸缩长度，需要指出的是，至少三个所述伸缩组件应可同步伸缩。伸缩完成后，将预装好电磁感应加热模块3的安装腔9安装在伸缩组件的自由端，然后完成电磁感应加热模块3的电性连接，做好预热或加热缓冷准备。该伸缩组件可以为可产生相互滑动的两个管状结构或柱状结构，任意一种可以实现伸缩的结构均可以用于本发明。

为了便于安装腔9的固定，可以将不同尺寸安装腔9水平方向上的厚度和竖直方向上的高度均设置为相同，配合地，可以在伸缩组件的自由端焊接对应于该厚度和/或高度的安装座。具体地，该安装座可以包括一L型结构，该L型结构的底部固定在伸缩组件的自由端，并且该L型结构底部的自由端铰接有第二壁，所述第二壁上端呈角度地延伸出卡合部，使用时，旋转第二壁，打开安装座，由上方放置电磁感应加热模块3或其安装腔9，直至底部接触L型结构的底部，反向旋转第二壁，使第二壁贴在电磁感应加热模块3或安装腔9的侧壁上，第二壁顶部的卡合部卡合在电磁感应加热模块3或安装腔9的顶壁。自由状态下，卡合部合第二壁之间的夹角略小于90度，卡合状态时，卡合部远离第二壁的一端压在电磁感应加热模块3或安装腔9的顶壁。

本发明一些优选的实施例，在上述实施例的基础上，还包括安装支架，以及设置在所述安装支架一端的温度检测感应器，所述安装支架的另一端固定在所述安装腔9外壁，且所述温度检测感应器靠近所述环向焊缝。该温度检测感应器可采用红外温度传感器。所述电磁感应加热模块3与所述环向焊缝之间的距离不小于5mm。

本发明实施例还公开了一种采用上述的对环向焊缝预热及加热缓冷的装置进行预热及加热缓冷的方法，包括：

将待预热或待加热缓冷的工件4沿所述通孔2插入，并且使所述环向焊缝置于所述电磁感应加热模块3内侧；

启动温度控制模块并设定的加热速率；

温度检测传感器检测到的温度达到预定值后取出工件4，进行后续操作。

温度控制模块内根据不同的焊接工件4的材质合型号设置不同的预热和加热缓冷工序，一般地，对于普通碳钢的预热，一般在半小时加热至100-150℃，对于高合金强度钢的预热，一般在一小时加热至200-260℃。加热缓冷时，一般控制一小时降温不高于50℃。从而可以实现环向焊缝预热或加热缓冷过程中，加热速度和加热时间的精确控制，保证预热和加热缓冷过程中温度控制的稳定性，从而保证焊接质量。

综上所述，本发明使用电磁感应产生交变磁场，导磁性材料位于其中切割交变磁力线，达到材料内外同步加热的目的，以此对环焊缝位置进行加热，通过功率控制装置实现不同加热速率及加热时间，使用温度传感器测温反馈控制加热功率和加热时间。设计了电磁感应加热模块、外部温度控制装置及立式工装，加热模块配有温度感应装置及外部控温度制装置，实现自动开关控制及功率调节功能，保温工装采用中空结构设计，内部装有保温夹层。焊接前将待加热工件吊装入工装(装置)中，调用加热温度控制程序，通过控制电磁感应加热功率和加热时间，温度传感器测定达到特定加热范围后停止加热；工件焊后加热缓冷，按照不同材料的缓冷要求，调用加热缓冷控制程序，可调整电磁感应加热功率，实现不同加热缓冷速度，通过温度传感器检测加热缓冷速度在一定范围内。可以做到焊前均匀快速加热，不需变位器辅助，能够提高焊接质量，提高产品合格率；焊后加热缓冷速度可自动控制，有利于焊缝金属组织细化，放置产生焊缝裂纹，提高产品使用性能；设备可靠性高，使用寿命长，节省工装占地面积。

需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，包括承托平台，所述承托平台上设置有通孔，并且，靠近所述通孔处设置有电磁感应加热模块；

还包括沿所述通孔边缘向下延伸形成的第二筒体，以及固定在所述承托平台的通孔边缘的安装腔；所述第二筒体底部固定在安装平台上，所述第二筒体为可伸缩结构；所述安装腔内构成容纳所述电磁感应加热模块的容置空间；

在承托平台上靠近所述通孔边缘处安装至少三个伸缩组件，伸缩组件的一端固定在承托平台上，伸缩组件的自由端在处于最短伸缩长度时，位于通孔边缘，伸缩组件处于不同的伸缩长度时，三个伸缩组件的自由端之间的距离发生变化，从而构成承托不同直径电磁感应加热模块的三个支点，电磁感应加热模块底部安装在伸缩组件的自由端，通过更换不同内径的电磁感应加热模块，满足不同直径工件的需求；

安装腔与为电磁感应加热模块成为一体，准备具有不同尺寸的安装腔配合不同尺寸的电磁感应加热模块，满足不同直径的工件需求，配合伸缩组件，将安装腔置于伸缩组件的自由端；

将不同尺寸安装腔水平方向上的厚度和竖直方向上的高度均设置为相同，配合地，在伸缩组件的自由端焊接对应于该厚度和/或高度的安装座；

所述安装座包括一L型结构，所述L型结构的底部固定在伸缩组件的自由端，并且所述该L型结构底部的自由端铰接有第二壁，所述第二壁上端呈角度地延伸出卡合部，使用时，旋转第二壁，打开安装座，由上方放置电磁感应加热模块或安装腔，直至底部接触L型结构的底部，反向旋转第二壁，使第二壁贴在电磁感应加热模块或安装腔的侧壁上，第二壁顶部的卡合部卡合在电磁感应加热模块或安装腔的顶壁；

自由状态下，卡合部和第二壁之间的夹角略小于90度，卡合状态时，卡合部远离第二壁的一端压在电磁感应加热模块或安装腔的顶壁。

2.根据权利要求1所述的用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，还包括控制所述电磁感应加热模块加热速率的温度控制模块。

3.根据权利要求1所述的用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，还包括包覆于所述电磁感应加热模块外壁的保温层。

4.根据权利要求3所述的用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，还包括筒状外壁，所述筒状外壁的底部连接所述承托平台的边缘，所述保温层位于所述筒状外壁内。

5.根据权利要求1所述的用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，还包括安装支架，以及设置在所述安装支架一端的温度检测感应器，所述安装支架的另一端固定在所述安装腔外壁，且所述温度检测感应器靠近所述环向焊缝。

6.根据权利要求1所述的用于对环向焊缝预热及加热缓冷的装置，其特征在于，所述电磁感应加热模块与所述环向焊缝之间的距离在5-30mm。

7.采用权利要求1-6任意一项所述的对环向焊缝预热及加热缓冷的装置进行预热及加热缓冷的方法，其特征在于，包括：

将待预热或待加热缓冷的工件沿所述通孔插入，并且使所述环向焊缝置于所述电磁感应加热模块内侧；

启动温度控制模块并设定的加热速率；

温度检测传感器检测到的温度达到预定值后取出工件，进行后续操作。

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