CN114406534B - 厚壁管道焊缝多级加热装置及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种厚壁管道焊缝多级加热装置，它包括电极组、可升降龙门架、左挤压辊、焊接平台和右挤压辊；电极组悬固在可升降龙门架的下方，对焊缝进行多级加热。电极组包括一对位于管坯V形角缺口附近的普通电极和N组间隔设置的活动电极组。本发明还提供了一种使厚壁管坯焊缝均匀加热的方法，先根据生产要求确定活动电极组的位置，然后同时通电加热，管坯焊缝侧面多个位置形成多个加热回路，进而形成多个局部加热电流，使管坯焊缝历经充分的N次热传导后到达V形角缺口顶点，管坯焊缝处温度分布更均匀。本发明通过普通电极和N组活动电极组形成多级加热模式，即通过多组间隔设置的活动电极对管坯焊缝处进行多级加热，使管坯焊缝处均匀加热。
Description
技术领域
本发明涉及一种厚壁管道焊缝加热装置及加热方法，具体地说，本发明涉及一种通过对厚壁管道焊缝进行多级加热，从而使厚壁管道焊缝被均匀加热的厚壁管道焊缝多级加热装置及其加热方法。本发明属于高频电阻焊管技术领域。
背景技术
20世纪后，随着全世界石油供应形势的紧张，一些地质和环境条件十分苛刻的油气田相继投入开发，对输送原油的管道要求更加苛刻，从而使管道工业进入一个新的时期。特别是，用于远距离输送原油的管道和海底管道朝着厚壁化的时代发展。
由于厚壁的无缝焊管成本过高，故，用于远距离输出原油的管道和海底管道基本上都是通过电阻焊工艺焊接的厚壁管道。目前，生产厂家多采用增大电源功率的方法来应对壁厚较大的管道焊接，其目的是使更多电流流经焊缝加热管坯。此传统生产工艺的弊端是：1、使管坯焊缝处存在较大的壁厚温差。2、不仅效率低下，且因为集肤效应，管坯内侧熔化金属滴落，损伤磁棒。3、因增大电源功率进一步增大设备制造成本。
专利CN110000456B公开了一种REW管侧向负载施加装置及其侧向负载施加方法。该方法欲通过在管坯侧面厚度方向设置多个电极来减小焊接点温差，但是，由于其将多个电极设置在管坯侧面对管坯侧表面施加了较大的压力，焊接过程中，电极与管坯侧面存在摩擦，使待焊接表面质量下降，而且，该方法中流经管坯焊缝处的电流依旧只是通过焊缝V形角顶点的单一回路，焊缝两侧管坯侧壁受热仍不均匀，本质上仍然不能避免集肤效应。
也有人采用感应加热的方式预热管坯，但感应加热的速度远不及电阻加热，而且需要增设电源，增大制造成本。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种厚壁管道焊缝多级加热装置。该多级加热装置通过在管坯焊缝开口处形成多级加热回路，对管坯焊缝进行多级加热，使焊缝处管坯内、外表面及厚度中心温度分布均匀，进而提高管坯焊缝焊接质量。
本发明的另一目的是提供一种厚壁管道焊缝加热方法。该加热方法是在管坯焊缝开口处形成多级加热回路，对管坯焊缝进行多级加热，使焊缝处管坯内、外表面及厚度中心温度分布均匀，避免集肤效应，提高管坯焊缝焊接质量。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种厚壁管道焊缝多级加热装置，它包括电极组、可升降龙门架、左挤压辊、焊接平台和右挤压辊；所述可升降龙门架固定在所述焊接平台上，所述电极组悬固在所述可升降龙门架中间处的下方，通过调节所述可升降龙门架的高度调节所述电极组的高度；厚壁管坯位于所述左挤压辊和所述右挤压辊之间，管坯焊缝位于所述电极组的下方；
所述电极组包括活动电极平台、导轨、下导轨、一对位于管坯V形角缺口附近的普通电极和N组间隔设置的活动电极组；所述每组活动电极组包括一对普通电极和一个连接电极；
所述普通电极与焊缝处管坯的外表面接触，所述连接电极与焊缝处管坯侧面接触；
沿所述活动电极平台的水平方向，在所述活动电极平台的两侧各设有一条所述导轨，在所述活动电极平台的背面、两侧所述导轨的中间设有一条所述下导轨；
所述普通电极通过电极支架、滑块嵌在所述活动电极平台两侧的导轨内，并沿所述导轨移动；嵌在所述活动电极平台两侧的所述导轨内的滑块分别与高频电源的电源输出端相连；
所述连接电极通过滑块嵌在所述下导轨内，并沿所述下导轨移动；
所述位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极与高频电源相连，形成加热回路；
所述N组活动电极组与高频电源相连，形成N个加热回路；
所述位于管坯V形角缺口附近的普通电极和N组间隔设置的所述活动电极组形成多个加热回路，随着管坯的移动对管坯的焊缝进行多次加热，形成多级加热模式。
优选地，所述位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极位于所述活动电极平台的前端，焊接时为最终加热电极；所述N组间隔设置的活动电极组位于所述活动电极平台的后部，焊接时对管坯焊缝侧面多次加热。
优选地，所述活动电极平台通过螺栓与一L形板相连，所述L形板通过螺栓与一滑块相连；所述滑块嵌在一固定板背面的导轨内，所述固定板通过螺栓固定在所述可升降龙门架中间位置处；所述活动电极平台为绝缘材料。
优选地，在所述固定板的背面还安装有一伺服电机和一丝杆，所述伺服电机通过所述丝杆推动所述滑块沿所述固定板背面的导轨移动，带动所述活动电极平台沿所述固定板水平方向移动。
优选地，所述连接电极包括上伸缩柱、下伸缩柱、电刷、连接柱和至少两片电刷连接板；所述下伸缩柱内套在所述上伸缩柱内，所述上、下伸缩柱活动连接，且所述下伸缩柱可沿所述上伸缩柱的内壁上下移动，所述上伸缩柱的顶端通过滑块与所述下导轨连接，并通过滑块沿所述下导轨移动；在所述下伸缩柱的底端固定有两片所述电刷连接板，所述两片电刷连接板通过螺栓组固定在一起，在所述两片电刷连接板的中间设有所述弹簧，所述弹簧顶推所述连接柱，所述连接柱的端部固定有所述电刷，所述电刷依靠所述弹簧紧贴焊缝处管坯侧面下方；所述电刷、连接柱、电极连接板导电，所述定位夹片、下伸缩柱绝缘。
优选地，所述普通电极与所述电极支架铰接，所述普通电极可在10°～20°自由旋转，与管坯外表面接触；所述连接电极还包括一U形定位夹片，所述电刷镶嵌在横置的所述U形定位夹片侧壁上，所述U形定位夹片横置夹在管坯焊缝处的侧壁上，使所述电刷始终接触焊缝处管坯侧面下方。
本发明还提供了一种利用上述厚壁管道焊缝多级加热装置对厚壁管道焊缝多级加热方法，即利用设置在厚壁管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极和间隔地设置在V形角缺口后部的N组活动电极组形成N+1个加热回路，对移动的管坯焊缝进行多级加热，使焊缝处管坯内、外表面和厚度中心温度分布均匀。
所述厚壁管道焊缝多级加热方法具有包括如下步骤：
S1：根据生产目标，确定被焊接厚壁管道的壁厚h、管坯移动速度V、高频电源输出电流 A、最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT；
S2：确定普通电极和活动电极组与被焊接管坯焊缝的位置关系
S2.1、根据活动电极组的组数和最终期望的管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT，计算得出管坯每经过一组活动电极组加热后的管坯侧面温差ΔTN，管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2；
S2.2、根据焊缝处管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2和管坯移动速度 V计算出位于管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点的距离，普通电极与最近的活动电极组之间的距离、间隔设置的活动电极组之间的距离和每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离；
S3：根据步骤S2的计算，调节可升降龙门架和活动电极平台，使普通电极和N组活动电极组与管坯焊缝之间满足上述位置关系，通电使普通电极和N组活动电极组形成N+1个加热回路，对管坯焊缝进行加热。
优选地，所述步骤S2.2中，每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离等于管坯移动速度V与焊缝处管坯侧面热扩散时间t1的乘积；位于管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点的距离等于管坯移动速度V与V形角缺口处热扩散时间t2的乘积。
优选地，间隔设置的活动电极组之间的距离等于每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离的3～5倍；普通电极与最近的活动电极组之间的距离等于每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离的3～5倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过在管坯焊缝处增设多组活动电极组，在管坯焊缝多个位置形成多个加热回路，产生多个加热电流，对管坯焊缝进行多级加热，从而使管坯焊缝经历多个加热散热过程。由于管坯焊缝处经过多次加热和热传导，其热量扩散效果明显优于现有的生产模式，并且电流流过焊缝处管坯侧壁，规避了集肤效应，大大减少了管坯表面与其侧面厚度中心两者之间存在的温度差，使焊缝处管坯温度分布均匀，进而避免因管坯表面和侧面温度分布不均匀带来的冷焊和过烧等缺陷，显著地提高管坯焊缝焊接质量。
2、本发明可以根据被焊接管道的规格，设置活动电极组，调整活动电极组间距，改变管坯电流布局，控制管坯焊缝处的加热、散热间隔，适应不同生产规格的厚壁管道焊接，生产不同型号的厚壁钢管。
3、由于构成本发明活动电极组的连接电极的电刷设置在焊缝处管坯侧壁的下方，使活动电极组形成的加热回路中的加热电流从焊缝一侧管坯的上表面开始，流经该侧管坯整个侧壁到侧壁下方，经连接电极的电刷，从另一侧管坯的侧壁下方流经该侧管坯的整个侧壁到管坯的上表面，集肤效应被削减，使焊缝处两侧管坯的内、外表面和厚度中心均被加热，且温度分布均匀，故，利用本发明公开的装置及方法焊接的管坯内壁不会低落熔化的金属，不会损伤磁棒。
4、本发明虽然设计了多组活动电极组，通过活动电极组形成多个加热回路，但每个加热回路彼此之间是并联，可以不改变电源数量，设备成本较低。
5、本发明对焊缝处管坯加热时，电流流经焊缝处两侧的管坯，对焊缝处两侧的管坯侧壁均进行加热，故加热对称，常见的管道焊缝处左右管坯温度不等的现象可以避免。
附图说明
图1为本发明厚壁管道焊缝多级加热装置结构示意图；
图2为本发明电极组仰视结构示意图；
图3为本发明电极组局部结构示意图；
图4为本发明连接电极局部结构示意图；
图5为本发明连接电极内部局部结构示意图；
图6为本发明电极组与管坯焊缝位置关系示意图及管坯焊缝处电流流经示意图；
图7为本发明厚壁管道焊缝多级加热装置等效电路图；
图8a为现有设备及工艺焊接的厚壁管坯侧面温度分布示意图；
图8b为采用本发明提供的装置及工艺焊接的厚壁管坯侧面温度分布示意图。
附图标号：1-电极组，11-活动电极平台，12-导轨，121-下导轨，13-电极支架，131-滑块，14-普通电极，15-连接电极，151-上伸缩柱，152-下伸缩柱，153-螺栓组，154-电刷，155-连接柱，156-定位夹片，157-电刷连接板，158-弹簧，16-L形板，17-滑块，18-丝杠， 19-伺服电机，110-固定板，20-活动电极组，2-可升降龙门架，21-齿条伸缩柱，22-旋钮， 23-支撑柱，3-左挤压辊，4-焊接平台，5-右挤压辊，6-管坯，61-管坯侧面，62-V形角缺口顶点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。
如图1、图2所示，本发明厚壁管道焊缝多级加热装置包括电极组1、可升降龙门架2、左挤压辊3、焊接平台4和右挤压辊5。可升降龙门架2固定在焊接平台4上，电极组1悬固在可升降龙门架2中间处的下方，并可通过调节可升降龙门架2的高度调节电极组1的高度。管坯6位于左挤压辊3和右挤压辊5之间，管坯6的焊缝位于电极组1的下方，电极组1对其下方的管坯6的焊缝进行焊接，从而形成一根完整的钢管。管坯6的壁厚在20mm以上，管坯6焊接后形成一厚壁管道。
如图2和图3所示，电极组1包括活动电极平台11、导轨12、下导轨121、一对位于管坯V形角缺口附近的普通电极14和N组间隔设置的活动电极组20；每组活动电极组20包括一对普通电极14和一个连接电极15。
沿活动电极平台11的水平方向，在活动电极平台11的两侧各设有一条导轨12，在活动电极平台11的背面、两侧导轨12的中间设有一条下导轨121。
位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极14位于活动电极平台11的前端，分别嵌在活动电极平台两侧的导轨12内。
N组间隔设置的活动电极组位于活动电极平台11的后部，构成每组活动电极组的两个普通电极14分别嵌在活动电极平台两侧的导轨12内，构成每组活动电极组的连接电极15嵌在下导轨121内。
如图3、图6所示，在本发明较佳实施例中，电极组包括一对位于管坯V形角缺口附近的普通电极14和两组活动电极组20，位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极14位于活动电极平台11的前端，另外两组活动电极组20位于活动电极平台11的中部和后部。如图6所示，靠近管坯V形角缺口顶点62的一对普通电极14和另外两组活动电极组20均对管坯焊缝进行加热，且随着管坯的移动对管坯的焊缝进行多次加热，伴随着管坯内、外表面的传热，热量被均匀地扩散。
本发明通过位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极14和N组间隔设置的活动电极组 20构成对管坯的多级加热，使管坯焊缝处内、外表面以及管坯侧面61温度分布均匀。管坯被逐级加热，获得充足的热扩散时间，减小由于集肤效应带来温差。
如图3、图6所示，普通电极14与管坯外表面接触，其通过电极支架13与一滑块131相连，滑块131嵌在导轨12内，普通电极14通过滑块131沿导轨12移动。同时，普通电极 14还通过滑块131、导线与高频电源电连接。在本发明较佳实施例中，普通电极14与电极支架13铰接，普通电极14可在一定角度(例如10°～20°)内自由旋转，更好地与管坯外表面接触。
如图4和图5所示，连接电极15包括上伸缩柱151、下伸缩柱152、电刷154、连接柱155、定位夹片156和两片电刷连接板157。
下伸缩柱152内套在上伸缩柱151内，上、下伸缩柱活动连接，且下伸缩柱152可沿上伸缩柱151的内壁上下移动，上伸缩柱151的顶端通过滑块与下导轨121连接，并通过滑块沿下导轨121移动。
在下伸缩柱152的底端固定有两片电刷连接板157，两片电刷连接板157通过螺栓组153 固定在一起，在两片电刷连接板157的中间设有一弹簧158，弹簧158顶推连接柱155，连接柱155的端部固定有一电刷154，电刷154紧贴焊缝处管坯侧面61，如图6所示，电刷154的高度随管坯而定。
为使电刷154始终与焊缝处管坯侧面接触，连接电极15还包括一U形定位夹片156，电刷154镶嵌在横置的U定位夹片156的侧壁上，通过定位夹片156使电刷154始终接触焊缝处管坯侧面。在本发明较佳实施例中，定位夹片156采用耐磨陶瓷材料制成，其与管坯侧面接触的上下面呈楔形，定位夹片156与管坯接触部分为斜面，以减小与管坯的摩擦阻力。连接柱155的端部设有通孔并削平，与方形电刷154通过一销轴铰链，使电刷157只能在一个平面转动。
如图2和图1所示，活动电极平台11通过螺栓与一L形板16相连，L形板16通过螺栓与一滑块17相连，滑块17嵌在固定板110背面的导轨内，固定板110通过螺栓固定在可升降龙门架2上。
在固定板110的背面还安装有一伺服电机19和一丝杆18，伺服电机19通过丝杆18可推动滑块17沿固定板110背面的导轨移动，进而带动活动电极平台11沿固定板110水平方向微动。
本发明厚壁管道焊缝多级加热装置与传统的电阻焊管道装置的区别在于，如图6所示，本发明通过间隔设置的多组活动电极组形成多个加热回路，且随着管坯的移动对管坯焊缝进行多级加热，管坯经历多次热扩散，形成多级加热模式，伴随着管坯内、外表面的传热，热量被均匀地扩散。图中靠近管坯V形角缺口顶点62处的一对普通电极14，同其它组间隔设置的活动电极组构成多级加热模式。图中箭头表示电流路径即管坯通电加热时电流的流经路径I1、I2、I3。本发明通过多组活动电极组对管坯焊缝进行多级加热的设计，其优点：使焊缝处管坯侧面61的温度分布均匀，减小由于集肤效应带来的管坯表面温度高于管坯侧面中间位置的温度。
而传统的电阻焊管道焊接装置只依靠管坯焊缝V形角缺口顶点处的一组普通电极产生的热量进行焊接，实际生产中只有电流I1进行加热，在焊接加热过程中，由于无法避免的集肤效应，使得管坯表面温度高于焊缝处管坯侧面厚度中心的温度，形成较大温差，出现冷焊或过烧现象，降低焊接质量，这也是传统的电阻焊在厚壁管坯焊缝焊接时出现的问题。
图8a为现有设备及工艺焊接的厚壁管坯侧面61的温度分布示意图，图中颜色越深表示温度越高，如图所示管坯侧面厚度中心处的温度较低，而管坯表面温度较高。图8b为利用本发明提供的厚壁管道焊缝多级加热装置对厚壁管坯焊缝进行焊接，管坯侧面的温度分布图，如图所示，管坯侧面厚度中心的温度几乎等于管坯表面温度，其原因是：如图4、图6所示，构成本发明活动电极组20的连接电极15的电刷154设置在焊缝处管坯侧壁的下方，使活动电极组形成的加热回路中的加热电流从焊缝一侧的普通电极14开始，经管坯的上表面、该侧管坯的整个侧壁61到侧壁下方，经连接电极15的电刷154到另一侧管坯侧壁下方、流经该侧管坯的整个侧壁61到管坯的上表面、最后经焊缝另一侧的普通电极14流回高频电源，使焊缝两侧管坯的侧壁61最大程度上被对称、均匀地加热，且焊缝处管坯被多级加热，从而，使焊缝处管坯内、外表面、厚度中心处温度分布均匀，温度差小，焊接质量高。
图7为本发明厚壁管道焊缝多级加热装置的等效电路图，图中箭头代表电流方向。如图 6、图7所示，位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极14，其中一个普通电极通过滑块与高频电源的一个电源输出端相连，同时，与V形角缺口一侧的管坯外表面接触；另一个普通电极通过滑块与高频电源的另一电源输出端相连，同时，与V形角缺口另一侧管坯外表面接触；这样高频电流I1经一个普通电极、V形角缺口一侧的管坯外表面、管坯V形角缺口顶点62、V形角缺口另一侧的管坯外表面、另一个普通电极，形成电流回路，高频电流产生的热量对管坯焊缝进行加热。
同时，高频电源、N组间隔设置的活动电极组20中的一侧普通电极14、连接电极15、另一侧普通电极14形成高频电流I2、I3回路。高频电流I2、I3流经N组活动电极组产生的热量也对管坯焊缝进行加热。
焊接时，管坯6是移动的，在管坯侧面61到达第一对活动电极组20时开始进行加热，经过多次加热过程以及充分的热传导，管坯运动到V形角缺口顶点62处开始焊接，此时温度分布已经均匀。
如图2所示，在焊接时，可通过旋钮22、齿条伸缩柱21调节可升降龙门架2两侧支撑柱23的高度，进而调节电极组1的高度，使普通电极14接触到管坯6的表面，连接电极15 的定位夹片156卡住管坯的侧面，连接电极15的电刷154与管坯侧面接触。
在不同生产要求下，通过丝杠导轨机构可以精确调节活动电极平台11的整体位置，即整个电极组和管坯的相对位置。为了得到不同时间的热扩散效果，可以通过导轨12，下导轨121 调节每组电极支架13和连接电极15的相对位置。针对不同型号钢管的生产，为满足高速生产的要求，可以扩大电极之间的距离；当生产速度慢即管坯前进速度低时，可以缩小电极之间的距离。具体做法如下
本发明利用厚壁管道焊缝多级加热装置焊接管坯时，使焊缝处管坯外表面、内表面及厚度中心位置均匀加热的方法为：利用设置在厚壁管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极和间隔地设置在V形角缺口后部的N组活动电极组形成N+1个加热回路，对移动的管坯焊缝进行多级加热，使焊缝处管坯内、外表面和厚度中心温度分布均匀；具有包括如下步骤：
S1：根据生产目标，确定被焊接厚壁管道的壁厚h、管坯移动速度V、高频电源输出电流 A、最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT。
S2：确定普通电极和活动电极组与被焊接管坯焊缝的位置关系。
S2.1、根据活动电极组的组数，以及最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT，计算得出管坯每经过一组活动电极组加热后的管坯侧面温差ΔTN，管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2。
当管坯厚度h、高频电源输出电流A、每级加热后期望温差ΔTN确定后，时间t1也随之确定，它随着厚度h增加而增加，随着高频电源输出电流A增加而减少。当h＝20mm时，管坯在 t1＝1.5秒，管坯焊缝即可达到焊接温度且温差小于ΔTN，h＝25mm时，管坯在t1＝2秒左右即达到焊接温度且温差小于ΔTN。当高频电源输出电流从4000A增加到5000A时，管坯侧面热扩散时间t1可以缩短时间约0.2秒。
当管坯厚度h、高频电源输出电流A、最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT确定后，时间t2也随之确定，它随着厚度h增加而增加，随着高频电源输出电流A增加而减少。当h＝20mm时，V形角缺口处管坯在4秒即可达到焊接温度且温差小于ΔT，h＝25mm时，V形角缺口处管坯需要4.5秒左右达到焊接温度且温差小于ΔT。当高频电源输出电流从4000A增加到5000A时，V形角缺口处管坯达到最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT的时间 t2可以缩短约0.5秒。
S2.2、根据焊缝处管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2和管坯移动速度V 计算出位于管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点62的距离L2，普通电极与最近的活动电极组之间的距离L4、每组活动电极组之间的距离L3和每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离L1。
当时间t1、t2确定之后，根据管坯的移动速度V，即可计算出每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离L1和V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点62的距离L2。
L1＝V×t1；L2＝V×t2；
为了减少相互影响，每组活动电极组之间的距离L3和普通电极与最近的活动电极组之间的距离L4为4～5倍的L1。
S3：根据步骤S2的计算，调节可升降龙门架和活动电极平台，使普通电极和N组活动电极组与管坯焊缝之间满足上述位置关系，通电使普通电极和N组活动电极组形成N+1个加热回路，对管坯焊缝进行加热。
在焊接管坯时，在管坯V形角缺口两边套上略厚于管坯的定位夹片156(参见图4)，定位夹片起到定位作用，然后搭接连接电极，使电流从活动电极组的普通电极经连接电极到对面的普通电极，从而导通管坯侧面。管坯侧面被第一组活动电极组加热后，经过所设置的间隔时间t1，到第二组活动电极组时已进行了t1秒的热扩散，有效减少了温差。
每增加一组活动电极组形成的新加热回路，ΔTN逐级递减，最后根据想要足够小的ΔT搭建足够多的N组活动电极组，在管坯侧面之间形成N组新回路。
电源线连接到电极支架上方的滑块上，焊接时，使N组活动电极组同时通电，管坯先后经历N次加热，最终在V形角顶点处，由最后一对普通电极加热焊合。
针对不同壁厚的管坯以及焊接时管坯的移动速度，为保证钢管的质量，需要调节N组活动电极组之间的距离。
例1，使用6000A、290KHz的高频电源焊接h为20mm壁厚钢管、管坯的移动速度为60mm/s、想要的最终温差为ΔT。通过上述条件可以得出：管坯侧面61需要的t1为1.5秒左右来进行温度扩散初步减小温差达到ΔT1。随后，设置活动电极平台后部2组活动电极组中的电极14 和连接电极15之间的间距L1。L1在约100mm以上即可完成一次加热，此时管坯侧面61温差为ΔT1。第二次加热后温差减小至ΔT2。在焊接时ΔTN比ΔTN-1减少约60％。最终焊接时管坯在经过t2为4秒L2为240毫米的部分完成焊接。L3、L4设置在300mm左右。
例2，使用6000A、290KHz的高频电源焊接h为25mm壁厚钢管、管坯的移动速度为60mm/s、想要的最终温差为ΔT。通过上述条件可以得出：管坯侧面61需要的t1为2秒左右来进行温度扩散初步减小温差达到ΔT1。随后，设置活动电极平台后部3组活动电极组中的电极14和连接电极15之间的间距L1。L1在约120mm以上即可完成一次加热，此时管坯侧面61温差为ΔT1。第二次加热后温差减小至ΔT2，第三次加热后温差减小至ΔT3。在焊接时ΔTN比ΔTN-1减少约50％。最终焊接时管坯在经过t2为4.5秒L2为270毫米的部分完成焊接。L3、L4设置在360mm。
例3，使用6000A、290KHz的高频电源焊接h为25mm壁厚钢管、管坯的移动速度为80mm/s、想要的最终温差为ΔT。通过上述条件可以得出：管坯侧面61需要的t1为2秒左右来进行温度扩散初步减小温差。随后，设置活动电极平台后部3组活动电极组中的电极14和连接电极 15之间的间距L1。L1在约160mm以上即可完成一次加热，此时管坯侧面61温差为ΔT1。第二次加热后温差减小至ΔT2。第三次加热后温差减小至ΔT3。在焊接时ΔTN比ΔTN-1减少约45％。最终焊接时管坯在经过t2为4.5秒L2为300毫米的部分完成焊接。L3、L4设置在460mm。
从上可以看出，当管坯生产速度提高时，可以扩大的活动电极组中的电极14和连接电极 15距离；当移动速度降低即管坯前进速度低时，可以缩小活动电极组中的电极14和连接电极15的距离。同时壁厚和功率、焊缝温差也相互制约。传统工业生产时，由于单一电极提高功率也只能一定范围内增加生产速度，电流过大管道熔化，但是此方法加热分散均匀，如果增加活动电极组的数目N，可以进一步提高生产速度。
以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种厚壁管道焊缝多级加热装置，它包括电极组、可升降龙门架、左挤压辊、焊接平台和右挤压辊；所述可升降龙门架固定在所述焊接平台上，所述电极组悬固在所述可升降龙门架中间处的下方，通过调节所述可升降龙门架的高度调节所述电极组的高度；厚壁管坯位于所述左挤压辊和所述右挤压辊之间，管坯焊缝位于所述电极组的下方；其特征在于：
所述电极组包括活动电极平台、导轨、下导轨、一对位于管坯V形角缺口附近的普通电极和N组间隔设置的活动电极组；所述每组活动电极组包括一对普通电极和一个连接电极；
所述普通电极与焊缝处管坯的外表面接触，所述连接电极与焊缝处管坯侧面接触；
沿所述活动电极平台的水平方向，在所述活动电极平台的两侧各设有一条所述导轨，在所述活动电极平台的背面、两侧所述导轨的中间设有一条所述下导轨；
所述普通电极通过电极支架、滑块嵌在所述活动电极平台两侧的导轨内，并沿所述导轨移动；嵌在所述活动电极平台两侧的所述导轨内的滑块分别与高频电源的电源输出端相连；
所述连接电极通过滑块嵌在所述下导轨内，并沿所述下导轨移动；所述连接电极包括上伸缩柱、下伸缩柱、电刷、连接柱和至少两片电刷连接板；所述下伸缩柱内套在所述上伸缩柱内，所述上、下伸缩柱活动连接，且所述下伸缩柱可沿所述上伸缩柱的内壁上下移动，所述上伸缩柱的顶端通过滑块与所述下导轨连接，并通过滑块沿所述下导轨移动；在所述下伸缩柱的底端固定有两片所述电刷连接板，所述两片电刷连接板通过螺栓组固定在一起，在所述两片电刷连接板的中间设有弹簧，所述弹簧顶推所述连接柱，所述连接柱的端部固定有所述电刷，所述电刷依靠所述弹簧紧贴焊缝处管坯侧面下方；所述电刷、连接柱、电极连接板导电，所述下伸缩柱绝缘；
所述位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极与高频电源相连，形成加热回路；
所述N组活动电极组与高频电源相连，形成N个加热回路；
所述位于管坯V形角缺口附近的普通电极和N组间隔设置的所述活动电极组形成多个加热回路，随着管坯的移动对管坯的焊缝进行多次加热，形成多级加热模式。
2.根据权利要求1所述的厚壁管道焊缝多级加热装置，其特征在于：所述位于管坯V形角缺口附近的一对普通电极位于所述活动电极平台的前端，焊接时为最终加热电极；
所述N组间隔设置的活动电极组位于所述活动电极平台的后部，焊接时对管坯焊缝侧面多次加热。
3.根据权利要求1或2所述的厚壁管道焊缝多级加热装置，其特征在于：所述活动电极平台通过螺栓与一L形板相连，所述L形板通过螺栓与一滑块相连；
所述滑块嵌在一固定板背面的导轨内，所述固定板通过螺栓固定在所述可升降龙门架中间位置处；
所述活动电极平台为绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的厚壁管道焊缝多级加热装置，其特征在于：在所述固定板的背面还安装有一伺服电机和一丝杆，所述伺服电机通过所述丝杆推动所述滑块沿所述固定板背面的导轨移动，带动所述活动电极平台沿所述固定板水平方向移动。
5.根据权利要求1所述的厚壁管道焊缝多级加热装置，其特征在于：所述普通电极与所述电极支架铰接，所述普通电极可在10°~20°自由旋转，与管坯外表面接触；
所述连接电极还包括一U形定位夹片，所述电刷镶嵌在横置的所述U形定位夹片侧壁上，所述U形定位夹片横置夹在管坯焊缝处的侧壁上，使所述电刷始终接触焊缝处管坯侧面下方，所述U形定位夹片绝缘。
6.一种利用权利要求1-5之一所述的厚壁管道焊缝多级加热装置对厚壁管道焊缝多级加热方法，其特征在于：利用设置在厚壁管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极和间隔地设置在V形角缺口后部的N组活动电极组形成N+1个加热回路，对移动的管坯焊缝进行多级加热，使焊缝处管坯内、外表面和厚度中心温度分布均匀；
包括如下步骤：
S1：根据生产目标，确定被焊接厚壁管道的壁厚h、管坯移动速度V、高频电源输出电流A、最终期望管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT；
S2：确定普通电极和活动电极组与被焊接管坯焊缝的位置关系
S2.1、根据活动电极组的组数和最终期望的管坯焊缝表面与厚度中心的温差ΔT，计算得出管坯每经过一组活动电极组加热后的管坯侧面温差ΔTN，管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2；
S2.2、根据焊缝处管坯侧面热扩散时间t1、V形角缺口处热扩散时间t2和管坯移动速度V计算出位于管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点距离（L2），普通电极与最近的活动电极组之间的距离（L4）、间隔设置的活动电极组之间的距离（L3）和每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离（L1）；
S3：根据步骤S2的计算，调节可升降龙门架和活动电极平台，使普通电极和N组活动电极组与管坯焊缝之间满足上述位置关系，通电使普通电极和N组活动电极组形成N+1个加热回路，对管坯焊缝进行加热。
7.根据权利要求6所述的厚壁管道焊缝多级加热方法，其特征在于：所述步骤S2.2中，每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离（L1）等于管坯移动速度V与焊缝处管坯侧面热扩散时间t1的乘积；
位于管坯焊缝V形角缺口前部的一对普通电极与V形角缺口顶点的距离（L2）等于管坯移动速度V与V形角缺口处热扩散时间t2的乘积。
8.根据权利要求6所述的厚壁管道焊缝多级加热方法，其特征在于：
间隔设置的活动电极组之间的距离（L3）等于每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离（L1）的3~5倍；
普通电极与最近的活动电极组之间的距离（L4）等于每组活动电极组内普通电极与连接电极轴向之间的距离（L1）的3~5倍。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB652289A (en) * | 1946-04-29 | 1951-04-18 | Fed Machine & Welder Co | Method and apparatus for electric welding pipe |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB652289A (en) * | 1946-04-29 | 1951-04-18 | Fed Machine & Welder Co | Method and apparatus for electric welding pipe |
| CH331299A (fr) * | 1955-06-25 | 1958-07-15 | Magnetic Heating Corp | Procédé pour souder un tube métallique et dispositif pour la mise en eouvre de ce procédé |
| CN102548704A (zh) * | 2009-09-16 | 2012-07-04 | 新日本制铁株式会社 | 电焊管焊接装置 |
| CN104475952A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-01 | 北京航星机器制造有限公司 | 对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法 |
| CN207386788U (zh) * | 2017-07-13 | 2018-05-22 | 燕山大学 | 一种erw钢管电极压紧及电极间距同步调整实验装置 |
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