CN113427113B - 一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺 - Google Patents

一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺，装置主要包括磁棒、管坯、龙门架、横梁、导轨、预热电极、焊接电极、补热电极、挤压辊和红外相机等。龙门架的数量为二，并通过横梁连接，横梁上设有三组导轨，三组导轨上依次安装有预热电极、焊接电极和补热电极，横梁下方为待焊接管坯，管坯内部同轴安装有磁棒，管坯V点两侧对称安装有挤压辊，V点上方设有红外相机（固定在龙门架上）。工艺的具体步骤为：首先通过预热电极对管坯坡口进行预热，然后通过焊接电极加热和补热电极补热使管坯不同壁厚的焊接点温度均达到焊接温度，完成焊接工序。本发明有效解决了变壁厚管材焊接时极易发生冷焊或过烧等焊接缺陷，提高了变壁厚管材的焊接质量。

Description

一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺
技术领域
本发明涉及焊管制造领域，特别涉及一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺。
背景技术
双层冷却管，一种外管套合一根或若干根内管构成的双层管道，通常，外管为光管，内管为设置有若干翅片或壁厚不断变化（内和/或外表面设置有凸起或凹槽，从而加快流体流速，同时增大换热面积）的高效换热管。双层冷却管，一方面，如内管在服役过程中突然破裂，外管可以继续工作，从而留有足够的抢修时间，极大减小经济损失；另一方面，双层管道可以保证外管内的流体和内管内的流体不混合，应用于对环境有污染性流体的冷却。目前，针对壁厚不断变化的管材，小口径的可以通过拉拔扩径或粉末冶金等工艺制造，但由于制造成本或技术的限制，大口径的只适合通过焊接工艺制造。然而，因为壁厚不断变化，采用现有焊接技术极易造成厚壁处冷焊或薄壁处过烧等焊接缺陷，严重影响焊接质量。因此，提供一种变壁厚管材的高质量焊接装置及工艺，具有重要的工程实际意义。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种双层冷却管内管的制造装置及其工艺，解决变壁厚管材焊接过程中厚壁处冷焊和薄壁处过烧等焊接缺陷，提高变壁厚管材的焊接质量。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：双层冷却管内管的制造装置，其主要包括磁棒、管坯、龙门架、横梁、第一导轨、电极、挤压辊、红外相机以及控制台等，所述龙门架的数量为二，并通过所述横梁连接，所述横梁上设有三组所述第一导轨，每组所述第一导轨上滑动安装有所述电极，所述横梁下方为所述管坯，所述管坯内部同轴安装有所述磁棒，所述管坯V点两侧安装有所述挤压辊，所述管坯V点上方设有所述红外相机（固定在所述龙门架上），此外，本装置还设有所述控制台。
可优选的是，所述电极包括预热电极、焊接电极和补热电极，所述预热电极、所述焊接电极和所述补热电极结构一致，均主要由平移台、升降臂、水平调节机构和单电极构成，所述平移台滑动安装在所述横梁上的所述第一导轨上，所述升降臂滑动安装在所述平移台上，所述升降臂下端固定连接有所述水平调节机构，每个所述水平调节机构包括两个所述单电极。
可优选的是，所述水平调节机构主要包括底板、电机、电机安装座、联轴器、丝杆座、第二导轨、第一丝杆、滑块、驱动块、安装平台以及第二丝杆，所述底板固定连接在所述升降臂下端，所述底板一端固定安装有所述电机安装座，所述电机安装座上安装有所述电机，所述电机输出轴通过所述联轴器连接所述第一丝杆第一端，所述第一丝杆第二端通过所述联轴器连接所述第二丝杆第一端，所述第一丝杆和所述第二丝杆螺纹旋向相反，所述第一丝杆的第一端、第二端和所述第二丝杆第一端、第二端均由所述丝杆座支承，所述丝杆座安装在所述底板上，所述第一丝杆和所述第二丝杆两侧设有所述第二导轨，所述第二导轨上滑动安装有所述滑块，所述第一丝杆和所述第二丝杆上均安装有所述驱动块，所述滑块和所述驱动块上安装有所述安装平台，所述安装平台上安装有所述单电极。
可优选的是，所述单电极主要包括安装轴、伸缩轴、压紧片、第一弹簧、挡片、连接件、电极座、安装螺母、第二弹簧以及子电极等，所述单电极通过所述安装轴安装在所述安装平台上，所述安装轴内部同轴安装有所述伸缩轴，所述安装轴和所述伸缩轴之间依次同轴安装有所述压紧片、所述第一弹簧和所述挡片，所述伸缩轴下端通过所述连接件连接所述电极座，所述电极座上安装有m行n列所述子电极，每个所述子电极上安装有所述第二弹簧和所述安装螺母。
本发明还提供一种双层冷却管内管的制造工艺，包括如下步骤：
S1、管坯成型工序；
S2、预热工序：
S21、根据管坯规格，调整升降臂高度，使电极下表面与管坯外表面波谷区域紧密接触；
S22、通过预热电极对管坯坡口边缘进行预热，同时采集管坯坡口边缘温度；
S221、若管坯坡口边缘温度低于100℃，提高预热电极的加热功率或减小预热电极与V点之间的距离；
S222、若管坯坡口边缘温度高于100℃而低于200℃，保持预热电极的加热功率和位置参数不变，完成后续坡口预热工序；
S3、焊接工序：
S31、通过焊接电极对坡口进行加热，并以管坯壁厚最薄区域（即V点壁厚最薄时）为基准，通过调整焊接电极的加热功率或位置参数，使V点温度达到1350℃至1450℃范围内；
S32、通过控制台实时计算V点处的管坯壁厚，同时通过红外相机实时采集V点温度；
S33、随着V点管坯壁厚的增加，通过补热电极对坡口进行补热，使不同壁厚时的V点焊接温度均达到1350℃以上且不超过1450℃；
S34、控制台自动学习电极电参数和位置参数的调节程序，并完成管坯V点壁厚与焊接参数的自动匹配；
S4、完成焊接工序，进行焊后处理。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、本发明采用高频接触焊制造双层冷却管内管，先通过预热电极对管坯坡口进行预热，然后通过焊接电极加热和补热电极补热使管坯不同壁厚的焊接点温度均达到焊接温度，有效解决了变壁厚管材焊接时极易发生冷焊或过烧等焊接缺陷；
2、本发明的高频焊接接触器（即电极）由m行n列子电极构成，接触器能更好的适应表面凹凸不平的工件，保证接触器与工件表面的接触面积，提高焊接的稳定性；其次，高频接触器上设有减震机构，在保证焊接稳定性的同时减小高频接触器的磨损，提高高频接触器的使用寿命；
3、本发明提高了变壁厚管材的焊接质量和焊接自动化程度，降低了人为因素对焊接质量的影响，在保证焊接质量稳定性的同时提高了生产效率；此外，本发明可以用于普通焊管或波纹管等变直径管材的高频接触焊。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的双层冷却管内管的制造工艺流程图；
图2是本发明的双层冷却管内管的制造装置正视图；
图3是本发明的双层冷却管内管的制造装置俯视图；
图4是本发明的双层冷却管内管的制造装置局部视图；
图5是本发明的双层冷却管内管的制造装置水平调节机构结构示意图；
图6是本发明的双层冷却管内管的制造装置单电极结构示意图；
图7是本发明的双层冷却管内管的制造装置挤压辊轴线轨迹示意图；
图中标号：1、磁棒；2、管坯；3、龙门架；4、横梁；5、第一导轨；
6、电极；61、预热电极；62、焊接电极；63、补热电极；64、平移台；65、升降臂；
66、水平调节机构；660、电机；661、电机安装座；662、联轴器；663、丝杆座；664、第二导轨；665、第一丝杆；666、滑块；667、驱动块；668、安装平台；669、第二丝杆；
67、单电极；670、安装轴；671、压紧片；672、第一弹簧；673、挡片；674、连接件；675、安装螺母；676、第二弹簧；677、子电极；678、伸缩轴；679、电极座；
7、挤压辊；8、红外相机；9、控制台；10、挤压辊轴线轨迹。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
双层冷却管内管的制造装置，如图2和图3所示，其包括磁棒1、管坯2、龙门架3、横梁4、第一导轨5、电极6、挤压辊7、红外相机8以及控制台9等，龙门架3的数量为二，并通过横梁4连接，横梁4上设有三组第一导轨5（数量为六），每组第一导轨5上滑动安装有电极6，横梁4下方为管坯2，管坯2内部同轴安装有磁棒1，V点两侧安装有挤压辊7，V点上方设有红外相机8（固定在龙门架3上），此外，本装置还设有控制台9。
如图4所示，电极6包括预热电极61、焊接电极62和补热电极63，预热电极61、焊接电极62和补热电极63结构一致，均主要由平移台64、升降臂65、水平调节机构66和单电极67构成，平移台64滑动安装在横梁4上第一导轨5上，升降臂65滑动安装在平移台64上，升降臂65下端固定连接有水平调节机构66，每个水平调节机构66包括两个单电极67。
如图5所示，水平调节机构66主要包括底板、电机660、电机安装座661、联轴器662、丝杆座663、第二导轨664、第一丝杆665、滑块666、驱动块667、安装平台668以及第二丝杆669，底板固定连接在升降臂65下端，底板一端固定安装有电机安装座661，电机安装座661上安装有电机660，电机660输出轴通过联轴器662连接第一丝杆665第一端，第一丝杆665第二端通过联轴器662连接第二丝杆669第一端，第一丝杆665和第二丝杆669螺纹旋向相反，第一丝杆665的第一端、第二端和第二丝杆669第一端、第二端均设有丝杆座663支承，丝杆座663安装在底板上，第一丝杆665和第二丝杆669两侧设有第二导轨664，第二导轨664上滑动安装有滑块666，第一丝杆665和第二丝杆669上均安装有驱动块667，滑块666和驱动块667上安装有安装平台668，安装平台668上安装有单电极67。
如图6所示，单电极67主要包括安装轴670、伸缩轴678、压紧片671、第一弹簧672、挡片673、连接件674、电极座679、安装螺母675、第二弹簧676以及子电极677等，单电极67通过安装轴670安装在安装平台668上，安装轴670内部同轴安装有伸缩轴678，安装轴670和伸缩轴678之间依次同轴安装有压紧片671、第一弹簧672和挡片673，伸缩轴678下端通过连接件674连接电极座679，电极座679上安装有9行7列子电极677，每个子电极677上安装有第二弹簧676和安装螺母675。
在本发明的一个优选实施例中，双层冷却管内管的制造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
S1、管坯2成型工序；
S2、预热工序：
S21、根据管坯2规格，调整升降臂65的高度，保证电极6下表面与管坯2外表面波谷区域紧密接触；
S22、通过预热电极61对管坯2坡口边缘进行预热，同时采集管坯2坡口边缘温度；
S221、若管坯2坡口边缘温度低于100℃，提高预热电极61的加热功率或减小预热电极61与V点之间的距离；
S222、若管坯2坡口边缘温度高于100℃而低于200℃，满足预热温度，则保持预热电极61的加热功率和位置参数不变，完成后续坡口预热工序；
S3、焊接工序：
S31、通过焊接电极62对坡口进行加热，并以V点壁厚最薄时为基准，通过调整焊接电极62的加热功率或位置参数，使V点温度达到1350℃以上且不超过1450℃；
S32、通过控制台9实时计算V点处的管坯2壁厚，同时通过红外相机8实时采集V点温度；
S33、随着V点壁厚的增加，通过补热电极63对坡口进行补热，使不同壁厚时的V点焊接温度均达到1350℃以上且不超过1450℃；
S34、控制台9自动学习电极6电参数和位置参数的调节程序，并完成V点壁厚与焊接参数的自动匹配；
S4、完成焊接工序，进行焊后处理。
在实际生产中，挤压辊7在管坯2轴向上固定不动，管坯2匀速前进，而为了表述清楚，本实施例中，假设管坯2固定不动，挤压辊7在管坯2轴向上匀速后退，满足管坯2和挤压辊7之间的相对运动，基于上述内容，当V点壁厚不同时，挤压辊7的压下量也不同，则挤压辊7的轴线运动轨迹如图7所示。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.双层冷却管内管的制造装置，其主要包括磁棒(1)、管坯(2)、龙门架(3)、横梁(4)、第一导轨(5)、电极(6)、挤压辊(7)、红外相机(8)以及控制台(9)，其特征在于，所述龙门架(3)的数量为二，并通过所述横梁(4)连接，所述横梁(4)上设有三组所述第一导轨(5)，每组所述第一导轨(5)上滑动安装有所述电极(6)，所述横梁(4)下方为所述管坯(2)，所述管坯(2)内部同轴安装有所述磁棒(1)，所述管坯(2)V点两侧安装有所述挤压辊(7)，所述管坯(2)V点上方设有所述红外相机(8)，此外，本装置还设有所述控制台(9)。
2.根据权利要求1所述的双层冷却管内管的制造装置，其特征在于，所述电极(6)包括预热电极(61)、焊接电极(62)和补热电极(63)，所述预热电极(61)、所述焊接电极(62)和所述补热电极(63)结构一致，均主要由平移台(64)、升降臂(65)、水平调节机构(66)和单电极(67)构成，所述平移台(64)滑动安装在所述横梁(4)上所述第一导轨(5)上，所述升降臂(65)滑动安装在所述平移台(64)上，所述升降臂(65)下端固定连接有所述水平调节机构(66)，每个所述水平调节机构(66)包括两个所述单电极(67)。
3.根据权利要求1所述的双层冷却管内管的制造装置，其特征在于，水平调节机构(66)主要包括底板、电机(660)、电机安装座(661)、联轴器(662)、丝杆座(663)、第二导轨(664)、第一丝杆(665)、滑块(666)、驱动块(667)、安装平台(668)以及第二丝杆(669)，所述底板固定连接在升降臂(65)下端，所述底板一端固定安装有所述电机安装座(661)，所述电机安装座(661)上安装有所述电机(660)，所述电机(660)输出轴通过所述联轴器(662)连接所述第一丝杆(665)第一端，所述第一丝杆(665)第二端通过所述联轴器(662)连接所述第二丝杆(669)第一端，所述第一丝杆(665)和所述第二丝杆(669)螺纹旋向相反，所述第一丝杆(665)的第一端、第二端和所述第二丝杆(669)第一端、第二端均设有所述丝杆座(663)支承，所述丝杆座(663)安装在所述底板上，所述第一丝杆(665)和所述第二丝杆(669)两侧设有所述第二导轨(664)，所述第二导轨(664)上滑动安装有所述滑块(666)，所述第一丝杆(665)和所述第二丝杆(669)上均安装有所述驱动块(667)，所述滑块(666)和所述驱动块(667)上安装有所述安装平台(668)，所述安装平台(668)上安装有单电极(67)。
4.根据权利要求1所述的双层冷却管内管的制造装置，其特征在于，单电极(67)主要包括安装轴(670)、伸缩轴(678)、压紧片(671)、第一弹簧(672)、挡片(673)、连接件(674)、电极座(679)、安装螺母(675)、第二弹簧(676)以及子电极(677)，所述单电极(67)通过所述安装轴(670)安装在安装平台(668)上，所述安装轴(670)内部同轴安装有所述伸缩轴(678)，所述安装轴(670)和所述伸缩轴(678)之间依次同轴安装有所述压紧片(671)、所述第一弹簧(672)和所述挡片(673)，所述伸缩轴(678)下端通过所述连接件(674)连接所述电极座(679)，所述电极座(679)上安装有m行n列所述子电极(677)，每个所述子电极(677)上安装有所述第二弹簧(676)和所述安装螺母(675)。
5.根据权利要求1-4之一所述的双层冷却管内管的制造工序，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、管坯(2)成型工序；
S2、预热工序：
S21、根据管坯(2)规格，调整升降臂(65)高度，使电极(6)下表面与管坯(2)外表面波谷区域紧密接触；
S22、通过预热电极(61)对管坯(2)坡口边缘进行预热，同时采集管坯(2)坡口边缘温度；
S221、若管坯(2)坡口边缘温度低于100℃，提高预热电极(61)的加热功率或减小预热电极(61)与V点之间的距离；
S222、若管坯(2)坡口边缘温度高于100℃而低于200℃，保持预热电极(61)的加热功率和位置参数不变，完成后续坡口预热工序；
S3、焊接工序：
S31、通过焊接电极(62)对坡口进行加热，并以管坯(2)壁厚最薄区域为基准，通过调整焊接电极(62)的加热功率或位置参数，使V点温度达到1350℃至1450℃范围内；
S32、通过控制台(9)实时计算V点处的管坯(2)壁厚，同时通过红外相机(8)实时采集V点温度；
S33、随着V点管坯(2)壁厚的增加，通过补热电极(63)对坡口进行补热，使不同壁厚时的V点焊接温度均达到1350℃以上且不超过1450℃；
S34、控制台(9)自动学习电极(6)电参数和位置参数的调节程序，并完成管坯(2)V点壁厚与焊接参数的自动匹配；
S4、完成焊接工序，进行焊后处理。
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