CN114012230A - 用于不锈钢管的在线加热方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于不锈钢管的在线加热方法及其装置，加热方法具体步骤为：S1、将板带放置在板带传送装置上，并启动不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件；S2、在板带两侧对称设置n组预热点；S3、在板带向靠近不锈钢管焊接区移动时，感应加热线圈开始对板带的左右两侧进行加热，同时X射线应力检测装置开始实时检测板带两侧的应力，根据实时检测板带的应力值调整预热点的温度值或间距值；S4、板带两侧温度达到不锈钢管的焊接温度时，进行板带的焊接。在加热装置中，感应加热线圈对板带预热，温度传感器和X射线应力检测装置实时监测板带的温度和应力。本发明避免出现焊接应力过大的问题，提高不锈钢管的材料性能和质量，为企业生产提高效益。

Description

用于不锈钢管的在线加热方法及其装置

技术领域

本发明涉及不锈钢管生产技术领域，特别涉及一种用于不锈钢管的在线加热方法及其装置。

背景技术

不锈钢的焊接管可以在制造各种结构的低压锅炉中使用，替代部分无缝钢管，从而可以降低各种结构低压锅炉的生产成本，但是不锈钢管焊接的水准直接影响到低压锅炉的使用，所以对不锈钢管的质量要求是十分苛刻的。不锈钢的焊接管一般是通过板带经过卷曲成型后焊接制造而成的，可利用高频感应电流进行焊接，高频感应焊接的焊接速度快，热影响区小，而且焊接质量很好。但是感应焊接也存在着其不足之处，主要是由于在焊接过程中对板边加热产生不均匀的温度场，造成温度梯度大，从而会产生残余应力，残余应力的出现对不锈钢管有着很多不利的影响，会降低不锈钢管的刚度和稳定性，严重影响不锈钢管的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂等能力，从而导致不锈钢管达不到质量要求。因此，非常有必要对焊接过程中产生的焊接应力进行调控，需要研发一种不锈钢管的生产装置及方法，在加热过程中降低温度梯度，把焊接应力值控制在合理的范围内，大大提高不锈钢管的材料性能，使不锈钢管达到质量要求，为企业生产提高效益。

专利号为CN209773968U公开了一种高频焊管生产装置，该装置实现机械化生产，提高了生产效率和操作的安全性，但是该装置不能调控焊接加热过程中的温度和产生的焊接应力，会影响焊管的材料性能和成材率，不能保证焊管的使用寿命符合预期的要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，针对不锈钢管在加热焊缝及其热影响区温度分布梯度过大，导致焊接应力过大的问题，本发明提供一种用于不锈钢管的在线加热方法及装置，通过安装在两侧框架上的感应加热线圈对板带两侧进行预热，同时板带两侧的温度传感器和X射线应力检测装置，能够实时监测板带的加热情况及加热过程中产生的应力，通过确定各个感应加热线圈之间最佳的间距来保证应力值在允许的范围值之内，能够有效解决焊接区残余应力较大的问题，从而提高不锈钢管的材料性能和质量，为企业生产提高效益。

本发明提供了一种用于不锈钢管的在线加热方法，具体实施步骤如下：

S1、将板带放置在板带传送装置上，并启动不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件；

S2、在板带两侧对称设置n组预热点，设距离不锈钢管焊接区最远的预热点为第一组预热点，所述第一组预热点的预热温度为T₁，则第n组预热点的预热温度为T_n＝n*T₁；

S3、在板带向靠近不锈钢管焊接区移动时，感应加热线圈开始对板带的左右两侧进行加热，同时X射线应力检测装置开始实时检测板带两侧的应力，设板带两侧应力的允许最大应力值为σ_Max，根据实时检测板带的应力值调整预热点的温度值或间距值：

S31、若板带两侧应力满足：σ≥σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距小于0.5d cm，则将每组预热点的预热温度同时降低原来预热温度的10％，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S32、若板带两侧应力满足：σ_Max＜σ≤1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5d cm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.1d cm，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S33、若板带两侧应力满足：σ＞1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5dcm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.2d cm，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S34、若板带两侧应力满足：σ＜σ_Max，则提高每组预热点的预热温度，且每次预热温度增加量为ΔT，每提高一次预热温度需进行如下判断：

S341、若板带两侧应力满足：σ＜σ_Max，则继续提高每组预热点的预热温度，每次预热温度增加量为ΔT；

S342、若板带两侧应力满足：σ≥σ_Max，则将每组预热点在提高之前的预热温度作为最佳预热温度，并将感应加热线圈保持最佳预热温度对板带两侧进行加热；

S4、通过温度传感器对板带两侧温度实时监测的结果，保证板带两侧的温度均匀升高，且圆形感应加热线圈对板带进行补热，当温度达到不锈钢管的焊接温度时，进行板带的焊接。

可优选的是，在步骤S2中，相邻两组预热点之间的间距为d cm。

可优选的是，在步骤S2中，靠近不锈钢管焊接区最近的预热点和不锈钢管焊接区的距离为50cm。

可优选的是，在步骤S3中，所述预热点，其包括两个结构相同的感应加热线圈，感应加热线圈沿着框架的长度方向等距排布。

可优选的是，所述X射线应力检测装置和所述温度传感器均是成对存在，对称分布在所述板带的两侧，且X射线应力检测装置和温度传感器沿着框架的长度方向等距排布。

本发明的另外一方面，提供一种用于前述不锈钢管的在线加热方法的在线加热装置，所述加热装置包括工作台、不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件。所述不锈钢管预热组件，其包括感应加热线圈、温度传感器、X射线应力检测装置、框架和板带传送装置，所述板带传送装置的下端和所述工作台的中部固定连接，所述板带位于所述板带传送装置上端，所述框架对称分布在所述板带传送装置的两侧，所述框架的下端和所述工作台的两侧固定连接，从所述框架上端的第一侧向第二侧看，所述感应加热线圈、所述温度传感器和所述X射线应力检测装置依次分布，所述X射线应力检测装置位于相邻两个感应加热线圈之间，所述X射线应力检测装置的上端设有X射线管，所述X射线应力检测装置的下端设有线型成像系统。所述不锈钢管成型组件，其包括挤压辊、上成型辊、下成型辊和圆形感应加热线圈，所述挤压辊和所述下成型辊的下端分别与所述工作台的第一安装端和第二安装端连接，所述上成型辊和所述圆形感应加热线圈分别与所述工作台的第三安装端和第四安装端连接，并依次安装在不锈钢管焊接区，所述下成型辊位于所述不锈钢管焊接区的下端，所述上成型辊和所述圆形感应加热线圈分别位于所述不锈钢管焊接区的上端，所述上成型辊与所述不锈钢管焊接区贴合。

可优选的是，所述感应加热线圈和所述温度传感器的数量相等，所述X射线应力检测装置的数量比所述感应加热线圈的数量少一个；所述下成型辊的数量比所述挤压辊的数量多一个。

可优选的是，所述下成型辊位于所述挤压辊之后，每一组两个挤压辊的间距小于所述板带的宽度，且下一组两个挤压辊的间距要小于上一组两个挤压辊的间距；每一组两个下成型辊的间距要小于上一组两个下成型辊的间距置。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明在板带卷曲成型之前，设置了感应加热线圈对板带两侧进行预热，可以大大降低焊接时由于温度过高产生的温度梯度，从而避免出现焊接应力过大的问题。

2.本发明在板带两侧设置温度传感器和X射线应力检测装置，能够实时监测板带的加热情况及加热过程中产生的应力，通过确定各个感应加热线圈之间最佳的间距来保证应力值在允许的范围值之内。

3.本发明确定各个感应加热线圈之间最佳的间距之后，确保应力值在允许范围值之内的情况下，进而确定一个最佳的预热温度，提高加热质量，从而显著提高不锈钢管的材料性能和质量，为企业生产提供更高的成材率，带来更多的效益。

附图说明

图1为本发明用于不锈钢管的在线加热方法及装置的加热方法流程图；

图2为本发明用于不锈钢管的在线加热方法及装置的加热装置的整体结构轴侧图；

图3为本发明用于不锈钢管的在线加热方法及装置中感应加热线圈与板带的位置图。

主要附图标记：

板带传送装置1，温度传感器2，感应加热线圈3，X射线应力检测装置4，框架5，板带6，下成型辊7，不锈钢管焊接区8，上成型辊9，圆形感应加热线圈10，挤压辊11，X射线管12，线型成像系统13，工作台14。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明用于不锈钢管的在线加热方法用于在板带卷曲成型之前，该加热方法通过安装在两侧框架5上的感应加热线圈3对板带6两侧进行预热，同时板带6两侧的温度传感器2和X射线应力检测装置4，能够实时监测板带6的加热情况及加热过程中产生的应力，通过确定各个感应加热线圈3之间最佳的间距来保证应力值在允许的范围值之内，这样就可以大大降低焊接时由于温度过高产生的温度梯度，从而可以避免出现焊接应力过大的问题，可以显著提高不锈钢管的材料性能和质量，为企业生产提供更高的成材率，带来更多的效益，如图1所示，具体实施步骤如下：

S1、将板带6放置在板带传送装置上，并启动不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件。

S2、在板带6两侧对称设置n组预热点，设距离不锈钢管焊接区8最远的预热点为第一组预热点，第一组预热点的预热温度为T₁，则第n组预热点的预热温度为T_n＝n*T₁。

具体而言，相邻两组预热点之间的间距为d cm，切靠近不锈钢管焊接区8最近的预热点和不锈钢管焊接区8的距离为50cm。

S3、在板带6向靠近不锈钢管焊接区8移动时，感应加热线圈3开始对板带6的左右两侧进行加热，同时X射线应力检测装置4开始实时检测板带6两侧的应力，设板带6两侧应力的允许最大应力值为σ_Max，根据实时检测板带6的应力值调整预热点的温度值或间距值。

具体而言，上述预热点，其包括两个结构相同的圆形感应加热线圈10，圆形感应加热线圈10沿着框架5的长度方向等距排布。在本发明的一个优选实施例中，两个框架上共2n个感应加热线圈组成了n组预热点。

如图3所示，X射线应力检测装置4和温度传感器2均是成对存在，对称分布在板带6的两侧，且X射线应力检测装置4和温度传感器2沿着框架5的长度方向等距排布。

S4、通过板带6左右两侧的温度传感器2对板带6两侧温度实时监测的结果，保证板带6两侧的温度均匀升高，且圆形感应加热线圈10对板带6进行补热，当温度达到不锈钢管的焊接温度时，进行板带6的焊接，并通过不锈钢管成型组件卷曲和焊接制造成不锈钢管。

优选地，步骤S3中根据实时检测板带的应力值调整预热点的温度值或间距值的具体步骤包括，

S31、若板带6两侧应力满足：σ≥σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距小于0.5d cm，则将每组预热点的预热温度同时降低原来预热温度的10％，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜σ_Max。

S32、若板带6两侧应力满足：σ_Max＜σ≤1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5d cm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.1d cm，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜σ_Max。

S33、若板带6两侧应力满足：σ＞1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5dcm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.2d cm，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜σ_Max。

S34、若板带6两侧应力满足：σ＜σ_Max，则提高每组预热点的预热温度，且每次预热温度增加量为ΔT，每提高一次预热温度需进行如下判断。

进一步地，步骤S34的具体判断步骤如下：

S341、若板带6两侧应力满足：σ＜σ_Max，则继续提高每组预热点的预热温度，每次预热温度增加量为ΔT。

S342、若板带6两侧应力满足：σ≥σ_Max，则将每组预热点在提高之前的预热温度作为最佳预热温度，并将感应加热线圈3保持最佳预热温度对板带6两侧进行加热。

另一方面，一种用于不锈钢管的在线加热装置，如图2所示，包括工作台14、不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件。

不锈钢管预热组件，其包括感应加热线圈3、温度传感器2、X射线应力检测装置4、框架5和板带传送装置1，板带传送装置1的下端和工作台14的中部固定连接，板带6位于板带传送装置1的上端，框架5对称分布在板带传送装置1的两侧，框架5的下端和工作台14的两侧固定连接，从框架5上端的第一侧向第二侧看，依次分布温度传感器2，X射线应力检测装置4和感应加热线圈3，X射线应力检测装置4位于相邻两个感应加热线圈3之间，X射线应力检测装置4的上端设有X射线管12，X射线应力检测装置4的下端设有线型成像系统13，温度传感器2，X射线应力检测装置4和感应加热线圈3可以在框架5上移动，如图3所示，感应加热线圈3靠近板带6两侧的边缘位置，温度传感器2和X射线应力检测装置4的测量数据都会实时反馈到电脑上，能够及时地对板带6的加热温度和加热时产生的应力进行调整和控制。

不锈钢管成型组件，其包括挤压辊11、上成型辊9、下成型辊7和圆形感应加热线圈10，挤压辊11和下成型辊7的下端分别与工作台14的第一安装端和第二安装端连接，上成型辊9和圆形感应加热线圈10分别与工作台14的第三安装端和第四安装端连接，并依次安装在不锈钢管焊接区8，下成型辊7位于不锈钢管焊接区8的下端，上成型辊9和圆形感应加热线圈10分别位于不锈钢管焊接区8的上端，上成型辊9与不锈钢管焊接区8贴合，设置上成型辊9可以使不锈钢管的焊接效果更好。

感应加热线圈3和温度传感器2的数量相等，X射线应力检测装置4的数量比感应加热线圈3的数量少一个；下成型辊9的数量比挤压辊11的数量多一个。下成型辊9位于挤压辊11之后，每一组两个挤压辊11的间距小于板带6的宽度，且下一组两个挤压辊11的间距要小于上一组两个挤压辊11的间距；每一组两个下成型辊9的间距要小于上一组两个下成型辊9的间距。

以下结合实施例对本发明一种用于不锈钢管的在线加热方法及装置做进一步描述：

本发明装置的组装过程如下：

首先，在工作台14的中间位置安装板带传送装置1，在板带传送装置1的两侧分别设置框架5，根据板带6的实际加热需求，在两个框架5上分别均匀地设置七个温度传感器2，六个X射线应力检测装置4和七个感应加热线圈3，其中两个框架5上的十四个感应加热线圈3组成七组预热点。

接着，将感应加热线圈3靠近板带6两侧的边缘位置，将温度传感器2安装在感应加热线圈3和X射线应力检测装置4之间，温度传感器2将实时监测板带6在感应加热过程中的温度变化情况，保证板带6左右两侧温度是均匀上升的，X射线应力检测装置4将实时检测板带6在感应加热过程中产生的应力情况。

然后，在工作台14上均匀地设置2组挤压辊11和3组下成型辊7，安装中要保证每一组中两个挤压辊11的间距要小于板带6的宽度，且下一组两个挤压辊11的间距要小于上一组中两个挤压辊11的间距；下成型辊7设置在挤压辊11之后，同理，每一组中两个下成型辊7的间距要小于上一组两个下成型辊7的间距，板带6通过挤压辊11和下成型辊7的挤压成型形成圆环状。

最后，在接近不锈钢管焊接区8的位置设置圆形感应加热线圈10，当板带6两侧的温度没有达到焊接温度时，通过圆形感应加热线圈10对板带6两侧进行补热，并将上成型辊9紧挨着不锈钢管焊接区8的上方部分安装。

通过上述装置的组装，本发明在线加热方法由以下步骤实现：

S1、将板带6放置在板带传送装置上，并启动不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件。

S2、在板带6两侧对称设置7组预热点，每组预热点包括了两个感应加热线圈3，两个感应加热线圈3对称分布在板带6两侧，每组预热点之间的间距为20cm，与不锈钢管焊接区8最近的预热点距离为50cm，选择不锈钢的材质为304(0Cr18Ni9)，同时设距离不锈钢管焊接区8最远的预热点为第一组预热点，第一组预热点的预热温度为T1＝60℃，则第7组预热点的预热温度为T₇＝7*T₁＝420℃。

S3、在板带6向靠近不锈钢管焊接区8移动时，感应加热线圈3开始对板带6的左右两侧进行加热，同时X射线应力检测装置4开始实时检测板带6两侧的应力，设板带6两侧应力的允许最大应力值为σ_Max＝200MPa，根据实时检测板带6的应力值调整预热点的温度值或间距值。

S31、若板带6两侧应力满足：σ≥200MPa，且相邻两组预热点之间的间距小于10cm，则将每组预热点的预热温度同时降低原来预热温度的10％，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜200MPa。

S32、若板带6两侧应力满足：200MPa＜σ≤240MPa，且相邻两组预热点之间的间距大于4cm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小2cm，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜200MPa。

S33、若板带6两侧应力满足：σ＞240MPa，且相邻两组预热点之间的间距大于4cm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小4cm，重复此步骤，直到板带6两侧应力σ＜200MPa。

S34、若板带6两侧应力满足：σ＜200MPa，则提高每组预热点的预热温度，且每次预热温度增加量为5℃，每提高一次预热温度需进行如下判断。

进一步地，步骤S34的具体判断步骤如下：

S341、若板带6两侧应力满足：σ＜200MPa，则继续提高每组预热点的预热温度，每次预热温度增加量为5℃。

S342、若板带6两侧应力满足：σ≥200MPa，则将每组预热点在提高之前的预热温度作为最佳预热温度，并将感应加热线圈3保持最佳预热温度对板带6两侧进行加热。

S4、通过板带6左右两侧的温度传感器2对板带6两侧温度实时监测的结果，保证板带6两侧的温度均匀升高，且圆形感应加热线圈10对板带6进行补热，当温度达到不锈钢管的焊接温度时，进行板带6的焊接，并通过不锈钢管成型组件卷曲和焊接制造成不锈钢管。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于不锈钢管的在线加热方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

S1、将板带放置在板带传送装置上，并启动不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件；

S2、在板带两侧对称设置n组预热点，设距离不锈钢管焊接区最远的预热点为第一组预热点，所述第一组预热点的预热温度为T₁，则第n组预热点的预热温度为T_n＝n*T₁；

S3、在板带向靠近不锈钢管焊接区移动时，感应加热线圈开始对板带的左右两侧进行加热，同时X射线应力检测装置开始实时检测板带两侧的应力，设板带两侧应力的允许最大应力值为σ_Max，根据实时检测板带的应力值调整预热点的温度值或间距值：

S31、若板带两侧应力满足：σ≥σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距小于0.5d cm，则将每组预热点的预热温度同时降低原来预热温度的10％，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S32、若板带两侧应力满足：σ_Max＜σ≤1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5dcm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.1d cm，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S33、若板带两侧应力满足：σ＞1.2σ_Max，且相邻两组预热点之间的间距大于0.5d cm，则将相邻两组预热点之间的间距缩小0.2d cm，重复此步骤，直到板带两侧应力σ＜σ_Max；

S34、若板带两侧应力满足：σ＜σ_Max，则提高每组预热点的预热温度，且每次预热温度增加量为ΔT，每提高一次预热温度需进行如下判断：

S341、若板带两侧应力满足：σ＜σ_Max，则继续提高每组预热点的预热温度，每次预热温度增加量为ΔT；

S342、若板带两侧应力满足：σ≥σ_Max，则将每组预热点在提高之前的预热温度作为最佳预热温度，并将感应加热线圈保持最佳预热温度对板带两侧进行加热；

S4、通过温度传感器对板带两侧温度实时监测的结果，保证板带两侧的温度均匀升高，且圆形感应加热线圈对板带进行补热，当温度达到不锈钢管的焊接温度时，进行板带的焊接。

2.根据权利要求1所述的用于不锈钢管的在线加热方法，其特征在于，在步骤S2中，相邻两组预热点之间的间距为d cm。

3.根据权利要求1或者2所述的用于不锈钢管的在线加热方法，其特征在于，在步骤S2中，靠近不锈钢管焊接区最近的预热点和不锈钢管焊接区的距离为50cm。

4.根据权利要求1或者2所述的用于不锈钢管的在线加热方法，其特征在于，在步骤S3中，所述预热点，其包括两个结构相同的感应加热线圈，感应加热线圈沿着框架的长度方向等距排布。

5.根据权利要求1所述的用于不锈钢管的在线加热方法，其特征在于，所述X射线应力检测装置和所述温度传感器均是成对存在，对称分布在所述板带的两侧，且X射线应力检测装置和温度传感器沿着框架的长度方向等距排布。

6.一种根据权利要求1-5之一所述的用于不锈钢管的在线加热方法的在线加热装置，其特征在于，其包括工作台、不锈钢管预热组件和不锈钢管成型组件；

所述不锈钢管预热组件，其包括感应加热线圈、温度传感器、X射线应力检测装置、框架和板带传送装置，所述板带传送装置的下端和所述工作台的中部固定连接，所述板带位于所述板带传送装置上端，所述框架对称分布在所述板带传送装置的两侧，所述框架的下端和所述工作台的两侧固定连接，从所述框架上端的第一侧向第二侧看，所述感应加热线圈、所述温度传感器和所述X射线应力检测装置依次分布，所述X射线应力检测装置位于相邻两个感应加热线圈之间，所述X射线应力检测装置的上端设有X射线管，所述X射线应力检测装置的下端设有线型成像系统；

所述不锈钢管成型组件，其包括挤压辊、上成型辊、下成型辊和圆形感应加热线圈，所述挤压辊和所述下成型辊的下端分别与所述工作台的第一安装端和第二安装端连接，所述上成型辊和所述圆形感应加热线圈分别与所述工作台的第三安装端和第四安装端连接，并依次安装在不锈钢管焊接区，所述下成型辊位于所述不锈钢管焊接区的下端，所述上成型辊和所述圆形感应加热线圈分别位于所述不锈钢管焊接区的上端，所述上成型辊与所述不锈钢管焊接区贴合。

7.根据权利要求6所述的用于不锈钢管的在线加热装置，其特征在于，所述感应加热线圈和所述温度传感器的数量相等，所述X射线应力检测装置的数量比所述感应加热线圈的数量少一个；所述下成型辊的数量比所述挤压辊的数量多一个。

8.根据权利要求6或者7所述的用于不锈钢管的在线加热装置，其特征在于，所述下成型辊位于所述挤压辊之后，每一组两个挤压辊的间距小于所述板带的宽度，且下一组两个挤压辊的间距要小于上一组两个挤压辊的间距；每一组两个下成型辊的间距要小于上一组两个下成型辊的间距。

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