CN117146983A - 堆焊复合管外壁测温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合管堆焊工艺技术领域，尤其涉及一种堆焊复合管外壁测温装置及方法。测温装置用于衡量所述复合管轴向转动时内部焊接的焊接温度，包含有滑轨，设置于所述复合管的一侧、并提供测温仪做滑动动作的基础，所述滑轨的延伸方向平行于所述复合管的延伸方向；测温仪，滑动的设置于所述滑轨上，用于测量测温点的温度，所述测温点位于所述复合管的外壁上；测温时，所述测温点与焊接区域之间保持有稳定的间距，所述稳定的间距通过所述测温仪在所述滑轨上的滑动实现。其能够获得可靠焊接温度信息，进而获得了性能可靠的复合管材。

Description

堆焊复合管外壁测温装置及方法

技术领域

本发明涉及复合管堆焊工艺技术领域，尤其涉及一种堆焊复合管外壁测温装置及方法。

技术背景

在复合管的内壁堆焊工艺中，复合管本身在做周向旋转转动，焊枪则沿轴向在复合管的内壁边轴向移动边焊接，进而实现复合管内壁的堆焊操作，然而，此工况下，却难以获得品质稳定的复合管材，具体体现在熔池中基层材料被熔化比例有差异，导致焊接残余应力、堆焊层厚度和稀释率不同，并进而导致管材全内壁堆焊层耐腐蚀性能不一致，找到问题产生的根源并加以克服是发明人亟需完成的技术任务。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请发明人对现有技术中复合管材产生缺陷的根源进行分析，寻找技术问题产生的原因，进一步对复合管堆焊工序进行了设计和改进，以期解决上述问题，本发明的发明目的之一是提供一种堆焊复合管外壁测温装置、目的之二是提供使用该装置的测温方法。

具体的技术方案在下方分别予以说明：

发明人通过对现有技术的分析和排查后认为，因管内空间狭小，行业中通常将旋转接近熔池的温度作为层间温度进行控制，导致堆焊焊道之间温度的不同；因此堆焊的温度不稳定、不能及时准确的获取堆焊温度参数是导致上述复合管材产品性能缺陷的根本原因。

为此，发明人曾考察了如下的现有技术：

授权公告号为CN 205085524 U的中国实用新型专利公开了一种深孔及腔体内壁堆焊焊枪用监测装置，其焊枪用于孔内或管内的堆焊，并通过设置于焊枪头附近的检测仪来检测焊接参数，其中就包含了微型红外测温仪，然而，在焊接环境下，其附近的气氛十分不稳定，会导致微型红外测温仪接收的信号也不稳定，进而难以准确、客观的反映真实的焊接温度，当焊接温度超出设定范围时，时而出现得不到及时反馈的状况，进而使得焊接的品质不稳定、产品的性能也得不到保证。

鉴于对上述技术问题的认识，发明人认为将测温点的选择设置于复合管材的外壁、并使测温点与焊接区域之间保持相对稳定的间距是获得可靠焊接温度信息的技术路线，进而采取了如下对应的技术方案：

堆焊复合管外壁测温装置，用于衡量所述复合管轴向转动时内部焊接的焊接温度，包含有：

滑轨，设置于所述复合管的一侧、并提供测温仪做滑动动作的基础，所述滑轨的延伸方向平行于所述复合管的延伸方向；

所述的测温仪，滑动的设置于所述滑轨上，用于测量测温点的温度，所述测温点位于所述复合管的外壁上；

测温时，所述测温点与焊接区域之间保持有稳定的间距，所述稳定的间距通过所述测温仪在所述滑轨上的滑动实现。

此处焊接区域指的是焊枪电弧作用的管材侧壁区域。

与复合管材相平行的滑轨、配合其上的测温仪的速度控制，使得测温仪跟随焊枪的轴向运动而滑动，保障了测温点与焊接区域的相对位置的稳定，所测得的温度能够即时随着焊接温度同步变化，进而获得准确可靠的焊接温度参数，在焊接温度异常时，能够及时干预并调整焊接参数，进而保障复合管材性能的稳定。

优选的，测温时，为了保障焊接熔池的稳定运行，所述焊接区域位于所述复合管内壁的底部 ，所述测温点位于所述焊接区域一侧的复合管外壁上，进一步优选的，所述测温点位于脱离所述焊接区域的一侧上。

焊接区域位于复合管材的底部，而复合管在焊接时下方往往设置有支撑结构，难以设置贯通的滑轨，导致不便于直接在底部向上设置测温点，因此，通常将测温点设置于复合管外壁的侧部。

发明人发现，在复合管以一定方向转动时，将测温点选自刚刚脱离所述焊接区域的一侧上，往往更能够准确的反映焊接温度变化情况。因为焊接参数稳定后，焊接热输入基本均匀，但如果因为焊后温度高低有差异，则能直接反应焊接熔池深度有影响，熔池越深，则稀释率越大，则堆焊焊缝合金成分降低，并可能最终导致堆焊层耐腐蚀性能不合格。

通过分析以究其原因，发明人认为：

对于即将进入焊接区域的一侧而言，焊接热量的传递方向是相悖于复合管的转动方向的，因此会造成焊接温度状况反馈的延迟，不利于焊接参数的及时调整，也不利于复合管材性能的稳定；

而对于刚刚脱离焊接区域的一侧而言：①焊接热量的传递方向是顺应于复合管的转动方向的，并且，②热量通过管壁从内传递至外侧也需要一点时间间隔，脱离焊接区域的一侧刚好能够匹配上述两种状况，即顺应于管材的转动方向，将焊接所在区域传递至测温点，又使得测温和焊接之间存有时间差，考虑到了热量传递至外壁的测温点的间隔，进而获得了更准确可靠的堆焊温度信息。

本质上，获悉复合管材的转动速率后，可通过控制焊接区域到达测温点的间距来控制上述时间差，通常而言，沿所述复合管的外壁，所述焊接区域经20~60mm后到达所述测温点的所在处。

对于红外测温仪来说，距离测温点的间距太远则难以获得红外信号，距离测温点的间距太近则会导致误差增加、不易对焦的问题，通常而言，所述测温仪距离所述复合管的间距为300~1000mm。

优选的，还包括信号输入模块和信号输出模块，所述信号输入模块包括可编程逻辑控制器和工控机；所述信号输出模块包括报警器和/或温度数据显示屏。

对应的堆焊复合管外壁测温方法，包括如下步骤：

S-1：驱动平行于复合管的滑轨上的测温仪，使其以与焊枪相一致的速度沿所述复核管的一侧运动，并测量温度，获得测量信号；

S-2：所述测量信号传输至信号输入模块，经处理后传输至信号输出模块；

S-3：若测得的温度高于设定温度，则由信号输出模块输出报警信号，以提醒调整焊接参数。

该方法中，参考上述内容，优选的，测温时，测温点位于脱离所述焊接区域一侧的复合管外壁上，所述焊接区域经20~60mm后到达所述测温点的所在处。

可选的，所述信号输入模块包括可编程逻辑控制器和工控机；所述信号输出模块包括报警器和/或温度数据显示屏。

综上所述，本发明所述的技术方案具有以下主要的有益效果：

和现有技术相比，本发明找到了复合管材产生缺陷的根源，并依据对技术问题的深入认识，改进复合管堆焊工序，获得了可靠焊接温度信息，进而获得了性能可靠的复合管材。

并且，在上述基础上，本发明进一步发现了将测温点选自刚刚脱离所述焊接区域的一侧上，更能够准确的反映焊接温度变化情况。

进一步地或者更细节的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。

附图说明

图1为堆焊复合管外壁测温装置的侧视结构示意图；

图2为实施例1所述的堆焊复合管外壁测温装置的截面结构示意图；

图3为实施例2所述的堆焊复合管外壁测温装置的截面结构示意图；

图4为在线测温控制逻辑控制示意图；

图中：1-滑轨、2-测温仪、3-信号线、4-可编程逻辑控制器、5-工控机、6-报警器、7-焊枪、7.1-焊枪头、7.2-焊枪梁、7.3-电弧、8-管材、8.1-堆焊层；

a-测温点、b-焊接区域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的解释：

本申请实施例的技术方案所面临的核心技术问题来源于发明人对现有技术中技术问题的深入认识。

因此，在对技术问题深入认识的基础上，如何及时准确的获取堆焊温度参数是发明人亟需解决的技术问题。

同时，进一步优化堆焊温度测试方法也是发明人着力想要同步解决的技术问题。

需要说明的是，实施例并不构成对本发明权利要求保护范围的限制，根据实施例所提供/证明的技术构思，所属技术领域技术人员能够合理预期的技术方案均应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

实施例详述如下：

实施例1：

堆焊复合管外壁测温装置，用于准确、及时的衡量圆形复合管周向转动、焊枪沿轴向移动时内部堆焊的焊接温度。

参考图1和图2，测温装置包含有一滑轨1，设置于待堆焊的管材8的一侧，并且滑轨1与管材8的延伸方向相平行，以便于在其上滑动的硕舟品牌SZSD-01B型号红外测温仪2跟踪焊枪头7.1进行滑动，具体的，管材8内部架设有钢丝梁，焊枪梁7.2通过电机驱动，使得焊枪在钢丝梁上做轴向运动。

红外测温仪2滑动的设置于上述滑轨1上，用于测量测温点a的温度，红外测温仪2距离管材8的水平间距为750mm，测温点a位于管材8的外壁上，红外测温仪2与焊枪7之间形成随动结构，保障二者在轴向方向的相对位置一致。

堆焊测温时，焊枪7的焊枪头7.1深入管材8内部，焊枪头7.1向下发射出电弧7.3进行焊接，焊枪头7.1随着焊枪梁7.2沿管材8呈轴向移动，配合管材8的周向转动，在管材8内壁形成连续且完整的堆焊层8.1，具体的，卡盘在管材8的一端夹住管壁进而实现管材8的周向运动，并避免对焊枪梁7.2产生影响。

测温点a位于管材8外壁上即将进入焊接区域b的一侧，沿管材8的外壁，焊接区域b与测温点a之间的周向间距为50mm，该间距使得测温点a经稳定速度旋转到达管材外壁焊接处的底端的时间不至于太长，一般不超过3秒时间，能够体现管体堆焊前的实际温度。

控制红外测温仪2在滑轨1上的滑动速度与焊枪头7.1的移动速度相同，使得测温点a与焊接区域b之间保持有稳定的间距，进而所测得的温度能够即时随着焊接温度同步变化，获得了准确可靠的焊接温度参数，在焊接温度异常时，能够及时干预并调整焊接参数，进而保障复合管材性能的稳定。

本实施例所述的测温装置还包括信号输入模块和信号输出模块，其中，信号输入模块包括可编程逻辑控制器4和工控机5，信号输出模块为报警器6和温度数据显示屏。

本领域技术人员容易得知，焊接区域b与测温点a之间的间距可根据实际情况-如复合管尺寸、转速等参数-进行适应性的调整，一般在20~60mm之间；

红外测温仪2距离管材8的水平间距亦可根据对焦情况和红外测温仪2的具体型号进行调整，一般在300~1000mm之间。

参考说明书附图4，本实施例的测温方法为：

S-1：测量温度时，驱动滑轨1上的红外测温仪2，使其以与焊枪头7.1相一致的速度沿管材8的一侧运动，并测量测温点a的温度，获得测量信号；

S-2：测量信号经信号线3传输至可编程逻辑控制器（PLC）4，再传输至工控机5，经处理后传输至温度数据显示屏；

S-3：若测得的温度高于设定温度时，则由报警器6输出报警信号，以提醒操作工调整焊接参数。

测量温差在±20℃范围内，获得的堆焊层厚度公差0.1-0.6mm范围内，稀释率范围3%-6%，试验后管体堆焊层的腐蚀性能都满足要求。

实施例2：

参考图1和图3，本实施例所述的的测温装置与实施例1的不同之处在于：

测温点a位于脱离焊接区域b的一侧上，沿管材8的外壁，焊接区域b与测温点a之间的间距为50mm，该间距使得管材外壁测温点a较为直接的位于焊接区域b后，能够较为直接的反应焊接区域b的温度均匀性。

发明人发现，将测温点a选自刚刚脱离所述焊接区域的一侧上，相较于实施例1的技术方案，往往更能够准确的反映焊接温度变化情况。

对于本实施例的测温点的选择而言：

焊接热量的传递方向顺应于复合管的转动方向传递至测温点a所在处；

热量通过管壁从内传递至外侧也需要一点时间间隔，而焊接区域b转动至测温点a也需要一点时间间隔；

脱离焊接区域的一侧刚好能够匹配上述两种状况，进而获得了更准确可靠的堆焊温度信息。

测量温差在±12℃范围内，获得的堆焊层厚度公差0.1-0.4mm范围内，稀释率范围2%-4%，全部低于5%，试验后管体堆焊层的腐蚀性能都满足要求。

由实施例1和实施例2的测量数据对比可知，实施例1的测温装置已经能够保障获得性能合格且稳定的复合管材，而实施例2的测温装置测温后则使得复合管的性能稳定性更进一步，其原因在于：实施例2的测温装置及方法能够更准确及时的获得堆焊温度参数，使得操作工能够更加快速地相应、并对堆焊参数进行调整，因此，实施例2相较于实施例1而言属于更优的技术方案。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“基础实施例”、“优选实施例”、“其他实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.堆焊复合管外壁测温装置，用于衡量所述复合管轴向转动时内部焊接的焊接温度，其特征在于，包含有：

滑轨（1），设置于所述复合管的一侧、并提供测温仪（2）做滑动动作的基础，所述滑轨（1）的延伸方向平行于所述复合管的延伸方向；

所述的测温仪（2），滑动的设置于所述滑轨（1）上，用于测量测温点（a）的温度，所述测温点（a）位于所述复合管的外壁上；

测温时，所述测温点（a）与焊接区域（b）之间保持有稳定的间距，所述稳定的间距通过所述测温仪（2）在所述滑轨（1）上的滑动实现。

2.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于：测温时，所述焊接区域（b）位于所述复合管内壁的底部，所述测温点（a）位于所述焊接区域（b）一侧的复合管外壁上。

3.根据权利要求2所述的测温装置，其特征在于：所述测温点（a）位于脱离所述焊接区域（b）的一侧上。

4.根据权利要求3中任一条所述的测温装置，其特征在于：沿所述复合管的外壁，所述焊接区域（b）经20~60mm后到达所述测温点（a）的所在处。

5.根据权利要求1~4中任一条所述的测温装置，其特征在于：所述测温仪（2）距离所述复合管的水平间距为300~1000mm。

6.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于，还包括信号输入模块和信号输出模块。

7.根据权利要求6所述的测温装置，其特征在于：所述信号输入模块包括可编程逻辑控制器和工控机；所述信号输出模块包括报警器和/或温度数据显示屏。

8.堆焊复合管外壁测温方法，用于衡量所述复合管轴向转动时内部焊接的焊接温度，其特征在于，包括如下步骤：

S-1：驱动平行于复合管的滑轨（1）上的测温仪（2），使其以与焊枪相一致的速度沿所述复核管的一侧运动，并测量温度，获得测量信号；

S-2：所述测量信号传输至信号输入模块，经处理后传输至信号输出模块；

S-3：若测得的温度高于设定温度，则由信号输出模块输出报警信号，以提醒调整焊接参数。

9.权利要求8所述的测温方法，其特征在于：测温时，测温点（a）位于脱离所述焊接区域（b）一侧的复合管外壁上，所述焊接区域（b）经20~60mm后到达所述测温点（a）的所在处。

10.权利要求8所述的测温方法，其特征在于：所述信号输入模块包括可编程逻辑控制器和工控机；所述信号输出模块包括报警器和/或温度数据显示屏。