CN112877691B - 一种圆管或鳍片管表面熔覆装置 - Google Patents

一种圆管或鳍片管表面熔覆装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，包括高频电源、运动机构和高频熔覆线圈，其中高频熔覆线圈与高频电源通过电缆相连，高频熔覆线圈固定在运动机构上，并通过运动机构实现在待熔覆表面的移动；运动机构包括驱动电机、驱动杆、平衡杆、前端支架、后端支架、线圈夹持机构和线圈工作距离微调结构；高频熔覆线圈可选半圆线圈或圆线圈，半圆线圈上加装聚磁块，增强感应电流密度，提高熔覆质量。本发明装置热输入小、基材变形小或无变形、基材表面不熔化、熔覆层与基材间为液固冶金结合，熔覆层质量好。施工不受限制，满足工厂新管熔覆及电站现场旧管熔覆，有效解决传统堆焊熔覆只能工厂化作业的限制，大大提高了生物质电站受热面管服役寿命。

Description

一种圆管或鳍片管表面熔覆装置
技术领域
本发明属于一种金属部件表面制备固液结合熔覆层的设备及方法，尤其涉及一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，用于电站锅炉受热面腐蚀防护领域。
背景技术
生物质电站运行结构与传统的火力发电燃煤电站相似，都是通过燃料燃烧加热蒸汽推动汽轮机运转进而产生电力，其区别仅在于使用的燃料不同，生物质电站锅炉在发电中所采用的燃料多为以秸秆为代表的农林废弃物，或者是城市生活废弃物等。与煤炭、天然气等燃料相比，生物质发热值低，含有更多种类且浓度更高的腐蚀性介质，燃烧后产生大量含氯、硫腐蚀气氛及其金属熔盐，导致生物质焚烧余热锅炉受热面高温腐蚀问题严重。与传统的燃煤锅炉相比，生物质焚烧余热锅炉其金属受热面因腐蚀导致事故频率要高很多，占其汽水系统事故频发率第一位，成为生物质焚烧发电机组长期安全、稳定、经济运行的最大困扰和障碍。
目前为解决生物质锅炉受热面高温腐蚀问题，主要的研究方向为生物质燃料的预处理、生物质混燃技术以及强化受热面耐腐蚀性能。生物质预处理技术由于预处理工艺耗时较长，对场地以及处理设备有一定的要求，对资源尤其是水资源的需求极大，处理不慎可引发环境污染因而目前尚未形成规模化应用。生物质混燃技术的不足也很明显，由于政策原因较高的煤粉添加量无法获得生物质发电享有的贴息，同时大量煤粉的加入不符合生物质技术中的能源可持续发展目标。
通过选择特定的耐腐蚀材料及工艺对受热面的耐腐蚀性进行强化，延长受热面的服役寿命，减少高温腐蚀带来的影响，是目前生物质电站最常用的缓解高温腐蚀的措施。与煤电锅炉相比，生物质锅炉的选材对材料的热强性、高温耐腐蚀性均有更高的要求。目前国内生物质电站锅炉受热面高温腐蚀强化一般采用熔点为 1290-1350℃的Inconel625焊丝进行整体堆焊。就部分生物质锅炉熔敷情况看，此合金效果较好。但存在现场无法堆焊施工，只能对新管束在工厂进行预制后安装，对服役中已经发生部分腐蚀的管束无法进行防护。此外，堆焊属于高热输入工艺，熔覆时，基材表面熔化，堆焊层和基体之间为液液冶金结合方式，热影响大，管壁易变形，即使在工厂约束条件下管壁变形也不可避免。焊后残余应力大，热输入量大导致基材性能下降。因此，亟需开发一种可适用于现场施工、热输入小、变形小或无变形、基材表面不熔化、熔覆层与基材间为液固冶金结合的生物质电站受热面管壁防护层装置及方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，是一种可适用于圆管、鳍片管表面防护、热输入小、变形小或无变形、基材表面不熔化、熔覆层与基材间为液固冶金结合的现场防护装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，包括高频电源1、运动机构2和高频熔覆线圈3，其中高频熔覆线圈3与高频电源1通过电缆相连，高频熔覆线圈3固定在运动机构2上，并通过运动机构2实现在待熔覆表面的移动；
所述运动机构2包括驱动电机4、驱动杆5、平衡杆6、前端支架7、后端支架8、线圈夹持机构9和线圈工作距离微调结构10；所述驱动杆5和驱动电机4相连，两端分别固定于前端支架7和后端支架8上；所述平衡杆6为两根，分别对称位于驱动杆5两侧，且与驱动杆5高度一致，所述平衡杆6两端分别固定于前端支架7和后端支架8上；所述线圈夹持机构9底部设有圆形通孔，驱动杆5、平衡杆6穿过圆形通孔，所述驱动杆5上加工有表面螺纹，且驱动杆5穿过的圆形通孔内壁设有与驱动杆5表面螺纹匹配的螺纹；所述线圈工作距离微调结构10装于线圈夹持机构9上，所述高频熔覆线圈3 装于线圈工作距离微调结构10上；通过驱动电机4带动驱动杆5同速度转动，驱动杆5 带动线圈夹持机构9匀速运动进而带动高频熔覆线圈3运动实现在待熔覆表面的移动，通过线圈工作距离微调结构10调节高频熔覆线圈3与待熔覆表面距离。
所述线圈工作距离微调结构10为“螺杆”、“螺母”式，其中“螺母”固定于线圈夹持机构9，“螺杆”为活动式。工作时，螺杆带动高频熔覆线圈3进行熔覆工作距离的调整。
本发明有如下技术优点：
1)一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，施工不受限制，可满足工厂新管熔覆及电站现场旧管熔覆，有效解决了传统堆焊熔覆只能工厂化作业的限制，大大提高了生物质电站受热面管服役寿命。
2)一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，热输入小、基材变形小或无变形、基材表面不熔化、熔覆层与基材间为液固冶金结合，熔覆层质量好于常规的堆焊及喷涂防护层。
附图说明
图1为本发明一种圆管或鳍片管表面熔覆装置示意图。
图2为本发明运动机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，包括高频电源1、运动机构2和高频熔覆线圈3，其中高频熔覆线圈3与高频电源1通过电缆相连，高频熔覆线圈3固定在运动机构2上，并通过运动机构2实现在待熔覆表面的移动。
如图2所示，所述运动机构2包括驱动电机4、驱动杆5、平衡杆6、前端支架7、后端支架8、线圈夹持机构9和线圈工作距离微调结构10；所述驱动杆5和驱动电机4 相连，两端分别固定于前端支架7和后端支架8上；所述平衡杆6为两根，分别对称位于驱动杆5两侧，且与驱动杆5高度一致，所述平衡杆6两端分别固定于前端支架7和后端支架8上；所述线圈夹持机构9底部设有圆形通孔，驱动杆5、平衡杆6穿过圆形通孔，所述驱动杆5上加工有表面螺纹，且驱动杆5穿过的圆形通孔内壁设有与驱动杆5表面螺纹匹配的螺纹；所述线圈工作距离微调结构10装于线圈夹持机构9上，所述高频熔覆线圈3装于线圈工作距离微调结构10上；通过驱动电机4带动驱动杆5同速度转动，驱动杆5带动线圈夹持机构9匀速运动进而带动高频熔覆线圈3运动实现在待熔覆表面的移动，通过线圈工作距离微调结构10调节高频熔覆线圈3与待熔覆表面距离。
作为本发明的优选实施方式，所述线圈工作距离微调结构10为“螺杆”、“螺母”式，其中“螺母”固定于线圈夹持机构9，“螺杆”为活动式。工作时，螺杆带动高频熔覆线圈3进行熔覆工作距离的调整。
作为本发明的优选实施方式，所述前端支架7和后端支架8上分别有螺丝固定的马蹄形固定装置11；驱动杆5和平衡杆6的两端分别穿过马蹄形固定装置11固定在前端支架7和后端支架8上，该固定方式简单牢靠。
作为本发明的优选实施方式，所述高频熔覆线圈3采用半圆线圈或圆线圈；半圆线圈上加装聚磁块，增强感应电流密度，提高熔覆质量。
作为本发明的优选实施方式，所述高频电源1输入电压380V，电流60A，允许波动范围±5％，输出功率40-60kW，输出频率10-60kHz。这样的参数设定可保证工作时高频熔覆线圈在圆管或鳍片管表面达到一定的集肤深度，保证熔覆质量。
作为本发明的优选实施方式，所述高频电源1体积尺寸为0.4x0.6x0.5m。
作为本发明的优选实施方式，所述驱动电机4置于前端支架7上。
作为本发明的优选实施方式，驱动杆5带动线圈夹持机构9匀速运动的行进速度在0.15-1m/min范围内，且最大行进距离为2m。该行进速度及行程可保证圆管或鳍片管高频熔覆过程中管表面敷层能量吸收充分、均匀，熔覆质量达到防护要求。
所述线圈工作距离微调结构10可调节范围为1-10mm，可确保高频熔覆线圈3距离待熔覆圆管或鳍片管表面的工作距离范围在工艺参数要求范围内，从而保证熔覆层质量。
本发明一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其主要设计的参数和熔覆层性能指标如下:
1、熔覆层成型优良，无夹渣、气孔、未熔等缺陷，无损检测评为Ι级；
2、熔覆层与修复部件间固液冶金结合；
厚度≥0.6mm；
冶金结合、结合强度≥200MPa；
孔隙率≤0.2％；
母材稀释率≤0.4％；
3、可熔覆工件:新圆管、新鳍片管、服役圆管、服役鳍片管；
4、可熔覆管径/长度：全尺寸覆盖；
5、熔覆采用高频感应熔覆；
6、可熔覆材料:自熔合金粉末；
7、操作简单、安全可靠，可实现圆管/鳍片管现场或工厂作业。
本发明装置的工作原理为：现场熔覆施工前，高频熔覆线圈3与高频电源1 通过电缆相连，高频线圈3固定在运动机构2上，通过线圈工作距离微调结构10 调节高频熔覆线圈3与待熔覆表面距离，通过运动机构2实现在待熔覆表面的移动，运动机构2通过螺栓等固定于待熔覆表面。开启高频电源1，开启运动机构驱动电机4，驱动电机4转动，带动驱动杆5同步转动，驱动杆5驱动线圈夹持机构9按设定速度匀速前进，线圈夹持机构9带动高频熔覆线圈3在待熔覆表面匀速运动，高频熔覆线圈3同步开始对工件表面进行熔覆层制备。熔覆结束后，高频熔覆线圈 3退出待修复工件，依次关闭高频电源1、关闭运动机构的驱动电机4。

Claims (7)

1.一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：包括高频电源(1)、运动机构(2)和高频熔覆线圈(3)，其中高频熔覆线圈(3)与高频电源(1)通过电缆相连，高频熔覆线圈(3)固定在运动机构(2)上，并通过运动机构(2)实现在待熔覆表面的移动；
所述运动机构(2)包括驱动电机(4)、驱动杆(5)、平衡杆(6)、前端支架(7)、后端支架(8)、线圈夹持机构(9)和线圈工作距离微调结构(10)；所述驱动杆(5)和驱动电机(4)相连，两端分别固定于前端支架(7)和后端支架(8)上；所述平衡杆(6)为两根，分别对称位于驱动杆(5)两侧，且与驱动杆(5)高度一致，所述平衡杆(6)两端分别固定于前端支架(7)和后端支架(8)上；所述线圈夹持机构(9)底部设有圆形通孔，驱动杆(5)、平衡杆(6)穿过圆形通孔，所述驱动杆(5)上加工有表面螺纹，且驱动杆(5)穿过的圆形通孔内壁设有与驱动杆(5)表面螺纹匹配的螺纹；所述线圈工作距离微调结构(10)装于线圈夹持机构(9)上，所述高频熔覆线圈(3)装于线圈工作距离微调结构(10)上；通过驱动电机(4)带动驱动杆(5)同速度转动，驱动杆(5)带动线圈夹持机构(9)匀速运动进而带动高频熔覆线圈(3)运动实现在待熔覆表面的移动，通过线圈工作距离微调结构(10)调节高频熔覆线圈(3)与待熔覆表面距离；
所述线圈工作距离微调结构(10)为“螺杆”、“螺母”式，其中“螺母”固定于线圈夹持机构(9)，“螺杆”为活动式；工作时，螺杆带动高频熔覆线圈(3)进行熔覆工作距离的调整；
驱动杆(5)带动线圈夹持机构(9)匀速运动的行进速度在0.15-1m/min范围内，且最大行进距离为2m。
2.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述前端支架(7)和后端支架(8)上分别有螺丝固定的马蹄形固定装置(11)；驱动杆(5)和平衡杆(6)的两端分别穿过马蹄形固定装置(11)固定在前端支架(7)和后端支架(8)上。
3.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述高频熔覆线圈(3)采用半圆线圈或圆线圈；半圆线圈上加装聚磁块，增强感应电流密度，提高熔覆质量。
4.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述高频电源(1)输入电压380V，电流60A，允许波动范围±5％，输出功率40-60kW，输出频率10-60kHz。
5.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述高频电源(1)体积尺寸为0.4x0.6x0.5m。
6.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述驱动电机(4)置于前端支架(7)上。
7.根据权利要求1所述的一种圆管或鳍片管表面熔覆装置，其特征在于：所述线圈工作距离微调结构(10)可调节范围为1-10mm。
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