CN118218732B - 一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法。本装置包括两个位置调整机构，其中一个所述位置调整机构的上端部设有第一转动组件，所述第一转动组件上设有用于对产品进行加热的加热炉，所述加热炉的侧面开设有焊接口，所述焊接口处设有补偿块；另一个所述位置调整机构的上端部设有第二转动组件，所述第二转动组件上设有用于支承待堆焊工件的工件夹具，所述工件夹具可沿工件轴向回转的设于第二转动组件上。减少了筒体类核电工件在制造过程中因预热温度不够或加热温度不均匀或升降温度较快或多次转移加热导致的堆焊质量问题，降低了堆焊过程进行转移保温和热处理的经济成本和安全隐患，可以提高堆焊质量且降低制造成本。

Description

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法

技术领域

本发明涉及堆焊技术领域，尤其是一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法。

背景技术

反应堆冷却剂泵，即主泵，是核电站回路主系统中唯一连续运转的设备，是核电站的心脏。主泵的运行条件十分苛刻，所输送的介质是压力152bar、温度290℃且兼具有高辐射性和一定腐蚀性的核电站一回路主冷却剂---硼酸溶液。考虑到核安全和环保，要求制造主泵泄露量要小、运转可靠性要高，而且还须考虑核电站长期运行的经济性，因此，主泵必须安全运行。主泵轴承座体和轴套作为构成主泵的关键筒体状部件之一，是直接承受高速旋转磨损的关键部件，寿命设计高达60年，其制造工艺技术特别是焊接工艺过程参数的控制一直是核电行业重点攻关的内容。该部件在焊接堆焊过程，为确保焊接产品的合格，要求严格控制焊接加热温度及其在工件整体上均匀性。

为了解决加热温度的问题，现有的焊接工艺方法需要在工件周围加载多个火焰加热装置或者感应加热装置，虽然在一定程度上解决了加热温度的问题，却在多个方面带来新的问题：其一，火焰加热装置对工件温度提升不理想，带来工件局部温度的差异也较大，不利于堆焊层的收缩应力控制，容易引起堆焊层裂纹，且需要实用乙炔和氧气等气体，对安全管理和安全应用提出了较高要求；其二，感应加热装置对解决温度不够的问题比较有利，但是也容易形成工件局部温度差异较大及升温和降温速率较大的问题，且此类装置成本通常较高，因此对堆焊层质量控制和成本控制存在不足；第三，这两种加热方式加热以后需要将工件进行包裹保温或者转入保温炉进行焊后处理才能消除焊后应力，有时需要操作数次才能满足要求。因此，本发明考虑了现有焊接加热和保温方式带来的不利影响，探索了一种适用的新型加热保温装置及其使用方法。

并且，截止目前，筒体状零部件进行硬质合金前都需要进行焊前预热、焊中保温和焊后保温或热处理，其目的是为了获得综合性能合格甚至良好的硬质合金焊堆焊层金属。但是，由于硬质合金焊堆焊层金属本身属于焊接性能并不良好的高合金金属，其焊接质量极易受到焊接过程温度大小、温度均匀程度和保温效果的影响，而且通常以焊接热裂纹和冷裂纹居多，因此国内外的堆焊件在设备制造过程中或者设备运行后出现较多的裂纹失效案例，在设备运行中不仅留下了质量隐患，而且造成制造成本大幅增加。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法，减少了筒体类核电工件在制造过程中因预热温度不够或加热温度不均匀或升降温度较快或多次转移加热导致的堆焊质量问题，降低了堆焊过程进行转移保温和热处理的经济成本和安全隐患，可以提高堆焊质量且降低制造成本，是核电主泵产品甚至同类型产品制造中的关键技术。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，包括两个位置调整机构，其中一个所述位置调整机构的上端部设有第一转动组件，所述第一转动组件上设有用于对产品进行加热的加热炉，所述加热炉的侧面开设有焊接口，所述焊接口处设有补偿块；另一个所述位置调整机构的上端部设有第二转动组件，所述第二转动组件上设有用于支承待堆焊工件的工件夹具，所述工件夹具可沿工件轴向回转的设于第二转动组件上。

可供选择的，所述位置调整机构包括轴向移动小车，所述轴向移动小车的上方设有水平移动组件和垂直升降组件。

可供选择的，两个所述位置调整机构的轴向移动小车通过轨道进行同轴移动，且所述轴向移动小车的底部设置有锁扣装置。

可供选择的，所述轴向移动小车包括下方设有滚轮的第一支撑板，所述第一支撑板的上方设有导轨和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过第一手轮进行转动，所述滚珠丝杠上设有滚珠螺母，所述滚珠螺母的上方设有第二支撑板，所述第二支撑板的上方设有至少两个蜗杆蜗轮升降机，所述蜗杆蜗轮升降机之间通过驱动杆和第二手轮实现联动，所述蜗杆蜗轮升降机的上方设有第三支撑板，所述第一转动组件和第二转动组件分别设于两个第三支撑板上；所述第二支撑板的上方还设有辅助推动件，所述辅助推动件向上穿过第三支撑板。

可供选择的，所述第一转动组件和/或第二转动组件包括固定设置于位置调整机构上的驱动电机和轴承座，所述驱动电机和轴承座之间连接有主动齿轮，所述主动齿轮啮合有从动齿轮，所述从动齿轮通过转动耳轴可转动的设于位置调整机构上，且所述从动齿轮连接有用于支撑加热炉或工件夹具的背板。

可供选择的，所述加热炉包括设于第一转动组件上的第一隔热板，所述第一隔热板的上方设有炉本体，所述炉本体的内部设有保温件，所述保温件的内部设有炉膛加热元件；所述炉本体的两端部均设有法兰，所述炉本体的上端部设有第一密封圈。

可供选择的，所述炉本体的外侧设有激光测温记录装置。

可供选择的，所述工件夹具包括设于第二转动组件上的底板，所述底板的上方设有第二密封圈，所述密封圈内设有第二隔热板，所述第二隔热板的上方设有底座，所述底座上方还设有起吊支撑组件，所述底板、第二密封圈、第二隔热板、底座和起吊支撑组件通过螺杆固定于底板上，所述螺杆的上端部还设有压板。

可供选择的，所述第一密封圈和第二密封圈均呈中空结构，并设有多个迷宫齿，径向最内侧的所述迷宫齿长于外侧。

可供选择的，所述焊接口的上方吊装有等离子焊枪。

可供选择的，所述等离子焊枪套设有防护套，防护套沿着等离子焊枪轴线呈变径形状，所述防护套的周详设有若干散热翅片。

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法，包括以下步骤：

步骤1、安装加热炉至第一转动组件、安装工件夹具至第二转动组件；

步骤2、将工件安装至工件夹具上；

步骤3、转动第一转动组件和第二转动组件使加热炉和工件的轴线水平；

步骤4、调整工件夹具以及加热炉的位置以实现同轴；

步骤5、沿轴向移动至少一个位置调整机构，使工件进入加热炉内；

步骤6、转动工件观察是否可以顺利回转；

步骤7、启动加热炉电源开始加热，同时通过激光温度记录仪监控工件表面温度变化情况；

步骤8、待工件表面温度达到堆焊工艺参数的预定温度范围内时，移除加热炉最顶端的补偿块，缓慢下降等离子焊枪，直到达到规定的位置后停止；

步骤9、开始启动堆焊过程，过程中继续记录监督工件表面温度变化情况；

步骤10、完成堆焊时，撤离等离子焊枪至规定位置后，将加热炉补偿块再次放置到炉膛上焊接区域上，恢复炉膛的完整性，继续对工件进行焊后加热，直到达到规定的焊后热处理时间；

步骤11、停止加热工件并让炉内的工件缓慢降温至室温，分离加热炉和工件及其各自的装置；

步骤12、转动第一转动组件和第二转动组件使加热炉和工件的轴线竖直；

步骤13、取出工件。

可供选择的，所述步骤4中，开始推动带有工件的位置调整机构缓慢与加热炉对中移动，当工件待焊表面即将进入加热炉内腔时，停止移动并测量工件外表面距离炉膛加热元件内表面的距离，验证工件轴线相对用于加热炉轴线的偏移状态，并验证工件表面最高点与炉膛内炉膛加热元件表面最高点的距离是否满足焊接工艺要求。

可供选择的，所述步骤9中，堆焊过程中，加载微型真空泵对迷宫式密封环的内部持续通入冷空气，强制进行密封环的冷却，以免加热炉的高温传入其他部位；或者，抽出密封环内的热空气，用环境空气进行补充到密封圈内腔中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法，满足各种材质的核电关键设备堆焊工艺过程需求，可用于圆筒状不锈钢核电产品堆焊预热、焊接过程控温和焊后保温或热处理，不会对工件本身结构造成影响，减少了筒体类工件在堆焊制造过程中容易出现的局部加热、快速加热和多次转移加热导致的温度不均匀风险，以及因预热温度不够的堆焊质量问题。

2、本发明所提供的一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置及方法，具备广泛的适用性，可以解决高温圆筒形工件反复吊装、加热过程带来的额外成本和安全风险。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置的结构示意图。

图2是第一转动组件及加热炉的示意图一。

图3是第一转动组件及加热炉的示意图二。

图4是第二转动组件及工件夹具的示意图一。

图5是第二转动组件及工件夹具的示意图二。

图6是等离子焊枪的示意图。

图中标记：1-位置调整机构，11-轴向移动小车，111-第一支撑板，112-滚轮，113-侧板，12-水平移动组件，121-导轨，122-滚珠丝杠，123-第一手轮，124-第二支撑板，13-垂直升降组件，131-蜗杆蜗轮升降机，132-第二手轮，133-第三支撑板，14-辅助推动件，15-轨道，2-第一转动组件，3-加热炉，31-第一隔热板，32-炉本体，321-焊接口，322-法兰，33-保温件，34-炉膛加热元件，35-激光测温记录装置，36-第一密封圈，37-橡胶板，4-第二转动组件，41-驱动电机，42-轴承座，43-主动齿轮，44-从动齿轮，45-转动耳轴，46-背板，5-工件夹具，51-底板，52-第二密封圈，53-第二隔热板，54-底座，551-连接板，552-固定板，56-螺杆，57-压板，6-等离子焊枪。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，如图1-6所示，包括两个位置调整机构1，其中一个所述位置调整机构1的上端部设有第一转动组件2，所述第一转动组件2上设有用于对产品进行加热的加热炉3，所述加热炉3的侧面开设有焊接口321，所述焊接口321处设有补偿块；另一个所述位置调整机构1的上端部设有第二转动组件4，所述第二转动组件4上设有用于支承待堆焊工件的工件夹具5，所述工件夹具5可沿工件轴向回转的设于第二转动组件4上。

本方案针对现有圆筒状工件起吊加热和转移方法出现的相关焊接质量问题，通过合理设计，将焊接过程和焊前预热、焊后保温等设施集中于一体，可以提到工件加热均匀性，避免局部加热和骤冷骤热带来的堆焊裂纹问题，还能够提高加热效率和降低焊接成本问题，还避免工件加热和转移过程中的能源损失浪费，节约吊装时间，提高焊接生产效率，缩短加工周期，减少高温部件转移过程中安全事故风险。具体的，圆筒状工件和加热炉3在工作时呈轴向对中放置，且工件在工件夹具5的支撑下沿着轴向可以进入或撤离加热炉3的炉膛，加热炉3实现对工件的全周加热，并且配合工件的回转保证工件的受热均匀。位置调整机构1能够在xyz三轴方向上实现移动，进而调整工件以及加热炉3的轴线位置以及相对距离。所述工件夹具5和加热炉3均安装在不同的转动组件上，可以进行垂直方向和水平方向之间的变换。焊接口321能够为焊接枪头提供靠近工件的通道；补偿块能够防止在加温过程中因为焊接口321处的空气而造成加热不均匀的问题。进一步的，所述焊接口321为矩形开口，当加热炉3由垂直方向转为水平方向时，该矩形开口位于加热炉3外圆的顶部，用于等离子焊枪6接近工件进行堆焊。

作为另一具体的实施方式，所述位置调整机构1包括轴向移动小车11，所述轴向移动小车11的上方设有水平移动组件12和垂直升降组件13。

作为另一具体的实施方式，两个所述位置调整机构1的轴向移动小车11通过轨道15进行同轴移动，且所述轴向移动小车11的底部设置有锁扣装置。

具体的，所述轨道15由两组槽钢背对背组成，用于对加热炉3和工件沿轴线对接移动形成导向作用，确保此二者同轴度，每一对槽钢的背部预留一定的间隙。锁扣装置防止在堆焊过程中发生移动。所述锁扣由两部分组成，分别设置在所述加热炉3位置调整机构1和所述工件位置调整机构1上，用于工作时实现两部分变位机构的牢固连接，避免加热过程中发生加热炉3和工件的脱离。进一步的，所述轴向移动小车11的一侧具有工件轴线测量与对中显示功能。

作为另一具体的实施方式，所述轴向移动小车11包括下方设有滚轮112的第一支撑板111，所述第一支撑板111的上方设有导轨121和滚珠丝杠122，所述滚珠丝杠122通过第一手轮123进行转动，所述滚珠丝杠122上设有滚珠螺母，所述滚珠螺母的上方设有第二支撑板124，所述第二支撑板124的上方设有至少两个蜗杆蜗轮升降机131，所述蜗杆蜗轮升降机131之间通过驱动杆和第二手轮132实现联动，所述蜗杆蜗轮升降机131的上方设有第三支撑板133，所述第一转动组件2和第二转动组件4分别设于两个第三支撑板133上；所述第二支撑板124的上方还设有辅助推动件14，所述辅助推动件14向上穿过第三支撑板133。

具体的，所述滚轮112分别安装在所述加热炉3位置调整机构1和所述工件位置调整机构1的第一支撑板111下，滚轮112主体由三部分组成，其中中间区域的直径明显大于两侧的直径，因此外观上呈现中间凸出形状，能够卡入轨道15中。工作时两侧直径区域放置在所述轨道15槽钢的肩上承载滚轮112以上的装置和工件重量，中间较大直径区域放置在中间预留的空间，避免脱轨，移动时形成导向作用。滚珠丝杆用于实现工件沿着垂直于工件轴向的水平方向移动，用于调整工件与加热炉3的同轴度，所述滚珠螺母的上平面与第二支撑板124通过螺栓连接，滚珠螺母的水平移动能够带动第二支撑板124的水平移动。所述第二支撑板124的上平面与蜗杆蜗轮升降机131通过螺栓连接，蜗杆蜗轮升降机131优选为3~4件，从而驱动工件实现垂直升降。并且所述蜗轮蜗杆不仅沿着垂直方向调整工件与加热炉3的同轴度，而且还调整工件堆焊表面与等离子焊枪6的距离，实现堆焊工艺预置的目标所述辅助推动件14为型钢，能够在第二支撑板124水平移动过程中辅助推动上方工件的移动，减少蜗杆蜗轮升降组件的水平载荷，从而减少升降杆的变形及其升降故障。所述蜗杆蜗轮升降机131的升降杆与上方的第三支撑板133下平面通过螺栓进行固接，所述第三支撑板133在所述蜗杆蜗轮升降机131之升降杆与辅助型钢的共同推动下可以实现上下升降运动和水平移动，从而带动上方工件实现升降运动和水平移动。

作为另一具体的实施方式，所述第一转动组件2和/或第二转动组件4包括固定设置于位置调整机构1上的驱动电机41和轴承座42，所述驱动电机41和轴承座42之间连接有主动齿轮43，所述主动齿轮43啮合有从动齿轮44，所述从动齿轮44通过转动耳轴45可转动的设于位置调整机构1上，且所述从动齿轮44连接有用于支撑加热炉3或工件夹具5的背板46。

具体的，所述驱动电机41和轴承座42均通过螺栓固接在第三支撑板133的上表面，二者通过轴和联轴器与主动齿轮43进行轴向连接，从动齿轮44为半齿轮，从动半齿轮固接在背板46的一个平面上，且分布在相对的两边附近，以保证传动受力的稳定性。所述第一支撑板111上设有侧板113，所述侧板113上设有腰型孔，所述转动耳轴45的端部设有耳轴护套，所述耳轴护套穿过设置在侧板113上的腰型孔，所述耳轴和耳轴护套之间的转动可以实现背板46与背板46上工件的90°变位转动，所述耳轴和耳轴护套之间的轴向移动可以实现背板46与背板46上的工件完成短距离的平移，耳轴护套和侧板113腰型孔之间相对运动可以保证第二支撑板124、第三支撑板133和工件等实现垂直运动。进一步的，所述转动耳轴45与耳轴护套之间的间隙内涂抹有润滑油，方便转动耳轴45与耳轴护套的转动，并且所述转动耳轴45与耳轴护套之间设有密封环以防止润滑油泄露。

作为另一具体的实施方式，所述加热炉3包括设于第一转动组件2上的第一隔热板31，所述第一隔热板31的上方设有炉本体32，所述炉本体32的内部设有保温件33，所述保温件33的内部设有炉膛加热元件34；所述炉本体32的两端部均设有法兰322，所述炉本体32的上端部设有第一密封圈36。

具体的，所述第一密封圈36为迷宫式密封圈。所述法兰322通过螺栓螺母将炉本体32以及第一隔热板31固定在第一转动组件2的背板46上，所述炉本体32用于支承内部的保温件33和炉膛加热元件34，所述保温件33用于隔离内部向外部传热，所述炉膛加热元件34均匀布置在保温件33的内壁，确保工件的受热均匀。所述第一密封圈36通过螺栓螺母可轴向移动的设于炉本体32上方的法兰322端面；所述第一密封圈36与法兰322之间设有橡胶板37，用于向第一密封圈36提供一定弹力。

作为另一具体的实施方式，所述炉本体32的外侧设有激光测温记录装置35。所述激光测温记录装置35用于连续测量和记录工件表面的温度，为正式施焊和焊后保温提供依据。

作为另一具体的实施方式，所述工件夹具5包括设于第二转动组件4上的底板51，所述底板51的上方设有第二密封圈52，所述密封圈内设有第二隔热板53，所述第二隔热板53的上方设有底座54，所述底座54上方还设有起吊支撑组件，所述底板51、密封圈、第二隔热板53、底座54和起吊支撑组件通过螺杆56固定于底板51上，所述螺杆56的上端部还设有压板57。

具体的，所述第二密封圈52为迷宫式密封圈。所述底座54和隔热板通过一组螺栓固接到所述背板46上，所述螺杆56穿过所述底座54、第二隔热板53和背板46中央的孔，由螺母从所述底座54的一侧和背板46的一侧进行限位，所述迷宫式密封圈由所述底座54压在背板46上并保持同心。所述压板57通过向工件端面预加载荷将工件夹持在所述底座54上，并通过所述螺母与所述螺杆56旋合的方式进行轴向锁紧，所述压板57上设有多个孔，用于避免工件内腔形成密闭空间，加热过程产生空气膨胀，此外还能实现热空气向工件内腔流动，有助于工件内外整体的加热均匀性。所述起吊支撑组件包括连接板551，所述连接板551的周向设有多个固定板552，所述固定板552的上端部与所述连接板551连接，所述连接板551的中部设有一个光孔，可以保证所述螺杆56穿过而实现连接板551和固定板552整体缓慢放置在所述底座54上，当所述固定板552完全落在所述底座54上时，其底部准确落入到所述底座54上的卡槽中，从而实现对固定板552的限位；所述连接板551的上端面设有螺母，通过螺纹与所述螺杆56进行旋合，从而实现对所述连接板551和固定板552的预加载荷，确保此二者完全紧固在所述底座54上。具体的，所述底座54上设置了不同直径的台阶，可以用于不同直径的工件。具体而言，对于内圆直径更小或者更大的工件，可以在不更换底座54的情况下，只需要更换固定板552并缓慢将固定板552落入到对应的槽部位上，最终用螺母锁紧螺杆56和固定板552之间的相对位置；其次，起吊工件并缓慢落在底座54中较小或较大直径区域上；第三；起吊较小或较大直径圆形压板57放置工件的上端面并用螺母锁紧压板57。

作为另一具体的实施方式，所述第一密封圈36和第二密封圈52均呈中空结构，并设有多个迷宫齿，径向最内侧的所述迷宫齿长于外侧。可以对外侧的迷宫齿形成热屏蔽作用。进一步的，所有迷宫齿的端部均设置成圆弧外形，能够减少摩擦阻力。

作为另一具体的实施方式，所述焊接口321的上方吊装有等离子焊枪6。所述等离子焊枪6设置在所述焊接口321的正上方，用于对工件表面实施堆焊操作。

作为另一具体的实施方式，所述等离子焊枪6套设有防护套，防护套沿着等离子焊枪6轴线呈变径形状，所述防护套的周详设有若干散热翅片。具体的，外表面呈密集的轴向的薄翅片结构，厚度较小，可以形成较大的散热面积有利于等离子焊枪6上的热量向环境中充分散热；且所述翅片的长度较大，对来自工件和加热炉3辐射热量进行隔离，将等离子焊枪6的热量传导至远离工件的低温环境中，有利于等离子焊枪6的温度进一步降低，并通过多翅片的散热表面进行散热，此外翅片的长度还可以将等离子焊枪6的问题导向远离工件和加热炉3的距离，有利于等离子焊枪6进一步散热。

其中，本发明所述各部件可选用低合金钢和不锈钢进行制作，需进行表面涂漆进行防护，所述螺栓、螺母、滚珠丝杆、蜗杆蜗轮、耳轴选用高强度合金钢进行制作，也可进行镀铬处理提高耐磨性，所述密封圈采用耐磨系数较高、耐油脂性能和耐老化性能较高的氢化丁腈橡胶材质，迷宫式密封环和等离子焊枪6保护套采用高强度铝合金材质，并采用阳极氧化提高表面光洁度，从而提高热辐射的反射程度，隔热材料采用玄武岩或硅酸铝板，加热炉3中间层采用常规耐火材料，内部炉膛加热元件34为陶瓷式电阻加热器。

底座54作为直接接触工件的夹具组件，其材质选用需要满足高强度和高硬度的要求，且不能对不锈钢工件带来污染，因此可以选用牌号为1Cr13的马氏体不锈钢制作，并进行表面磨削处理，采用磨削处理提高表面光洁度，增加对热辐射的反射程度。此外，底座54也可以采用高强度碳钢进行制作，但是要进行表面镀铬处理，采用镀铬可以提高耐磨性和防锈蚀甚至对不锈钢工件的污染，镀铬之后再磨削到较高的光洁度以提高热辐射的反射。

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法，包括以下步骤：

步骤1、安装加热炉3至第一转动组件2、安装工件夹具5至第二转动组件4；

步骤2、将工件安装至工件夹具5上；

步骤3、转动第一转动组件2和第二转动组件4使加热炉3和工件的轴线水平；

步骤4、调整工件夹具5以及加热炉3的位置以实现同轴；

步骤5、沿轴向移动至少一个位置调整机构1，使工件进入加热炉3内；

步骤6、转动工件观察是否可以顺利回转；

步骤7、启动加热炉3电源开始加热，同时通过激光温度记录仪监控工件表面温度变化情况；

步骤8、待工件表面温度达到堆焊工艺参数的预定温度范围内时，移除加热炉3最顶端的补偿块，缓慢下降等离子焊枪6，直到达到规定的位置后停止；

步骤9、开始启动堆焊过程，过程中继续记录监督工件表面温度变化情况；

步骤10、完成堆焊时，撤离等离子焊枪6至规定位置后，将加热炉3补偿块再次放置到炉膛上焊接区域上，恢复炉膛的完整性，继续对工件进行焊后加热，直到达到规定的焊后热处理时间；

步骤11、停止加热工件并让炉内的工件缓慢降温至室温，分离加热炉3和工件及其各自的装置；

步骤12、转动第一转动组件2和第二转动组件4使加热炉3和工件的轴线竖直；

步骤13、取出工件。

作为另一具体的实施方式，所述步骤4中，开始推动带有工件的位置调整机构1缓慢与加热炉3对中移动，当工件待焊表面即将进入加热炉3内腔时，停止移动并测量工件外表面距离炉膛加热元件34内表面的距离，验证工件轴线相对用于加热炉3轴线的偏移状态，并验证工件表面最高点与炉膛内炉膛加热元件34表面最高点的距离是否满足焊接工艺要求。

作为另一具体的实施方式，所述步骤9中，堆焊过程中，加载微型真空泵对迷宫式密封环的内部持续通入冷空气，强制进行密封环的冷却，以免加热炉3的高温传入其他部位；或者，抽出密封环内的热空气，用环境空气进行补充到密封圈内腔中。特别地，如果加热温度较高，在加热工件过程中热传导较大，导致加热炉3和工件变位机构上的温度明显增加时，可以开启迷宫式密封环上的空气冷却系统，此时微型泵将抽取密封环内部的热空气，并补充环境中的冷空气，或者对密封环内部冲入冷却水进行循环冷却，或者提前填充环岩棉粉末等保型阻热粉末材料，确保加热炉3和工件变位机构的温度控制在50℃。

实施例

一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法实施例，包括以下步骤：

步骤1.1、将加热炉3和工件夹具5各自的旋转机构背板46调整至水平状态。预先在背板46上放置阻热板；

步骤1.2、起吊加热炉3并缓慢落在对应的背板46卡槽内和阻热板上，调整螺孔对中后，用螺栓固接加热炉3和背板46；

步骤1.3、起吊支撑组件沿螺杆56方向缓慢落在对应的底座54支撑面卡槽里面，用螺母锁紧螺杆56和连接板551之间的相对位置。

步骤2.1、起吊工件并缓慢落在对应的底座54支撑面上，保证工件的轴线处于垂直状态；

步骤2.2、起吊圆形压板57放置在工件的上端面并用螺母锁紧压板57。

步骤3、分别转动加热炉3和工件的转动组件90°，此时加热炉3和工件的轴线处于水平状态，并近似处于轴向对中状态。

步骤4、启动两侧位置调整机构1中的一侧或两侧进行轴线重合，开始推动带有工件的位置调整机构1缓慢与加热炉3对中移动；

步骤4.1、当工件待焊表面即将进入加热炉3内腔时，停止移动并测量工件外表面距离炉膛加热元件34内表面的距离，验证工件轴线相对用于加热炉3轴线的偏移状态，并验证工件表面最高点与炉膛内炉膛加热元件34表面最高点的距离是否满足焊接工艺要求。

其中，在测量工件与炉膛轴线垂直距离时，可以在工件位置调整机构1或者加热炉3位置调整机构1的一侧设置轴线位置显示屏幕，通过屏幕显示轴线位点计算偏离的程度。

其中，对于加热炉3和工件重量较大的情况，为了调整工件轴线和加热炉3轴线同心度，手轮可以更换成电机驱动方式。

步骤5、继续移动工件进入炉膛，直接工件夹具5底座54上的迷宫式密封圈完全接触加热炉3端面的迷宫式密封圈，此时两侧位置调整机构1底部的锁扣装置进入互锁状态，并发出“啪”的声响，说明两侧装置连成一体。

对于加热炉3和工件重量较大的情况，两侧小车的移动可以采用电机驱动方式完成，此时小车下方的轮子承载面需要设置为齿轮面，轨道15的承载面需要固接水平齿条。

步骤6、转动工件观察是否可以顺利转动，必要时在密封齿上涂抹润滑油。

步骤7、启动加热炉3电源开始加热，同时通过激光温度记录仪监控工件表面温度变化情况。

步骤8、待工件表面达到堆焊工艺参数的预定范围内时，例如350-450℃，移除加热炉3最顶端的补偿块，缓慢下降等离子焊枪6的位置，直到达到规定的位置后停止。

步骤9、开始启动堆焊过程，过程中继续记录监督工件表面温度变化情况。堆焊过程中，可以加载微型真空泵对迷宫式密封环的内部持续通入冷空气，强制进行密封环的冷却，以免加热炉3的高温传入其他部位。也可以抽出密封环内的热空气，用环境空气进行补充到密封圈内腔中。

步骤10、完成堆焊时，撤离等离子焊枪6至规定位置后，将加热炉3补偿块再次放置到炉膛上焊接区域上，恢复炉膛的完整性，继续对工件进行焊后加热，直到达到规定的焊后热处理时间。

步骤11、停止加热工件并让炉内的工件缓慢降温至室温，拆除锁扣，分离加热炉3和工件及其各自的装置。

步骤12、转动第一转动组件2和第二转动组件4各自的背板46至水平状态，此时加热炉3和工具均处于垂直状态，不仅可以减少变形，也方便后续起吊撤离。

步骤13、取出工件。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明堆焊装置可以顺利实现圆筒状工件堆焊。本发明可通过工件夹具5将工件安全固定在变位机上，通过调整工件的高度和水平位置以此将工件夹具5送入到加热炉3的炉膛区域，当加热炉3端面的迷宫式密封环与夹具上的迷宫式密封环进行穿插过程中，位于加热炉3下部的锁扣和夹具下部的锁扣进行互锁，整个焊接装置连接一体，确保加热炉3和工件夹具5之间紧密相连。继而开启加热炉3电源，对工件开始施加预热热量并通过加热炉3外的激光测温记录仪监控和记录工件表面温度，同时保持工件在加热炉3中进行缓慢回转，进一步确保表面温度比较均匀。当工件表面温度进入到堆焊工艺参数范围时，缓慢驱动等离子焊枪6在加热炉3上端等待，同时移除加热炉3上端的补偿块，等离子焊枪6靠近工件加热表面开始施焊，一直到焊接结束，撤离等离子焊枪6并及时恢复补偿块，确保工件焊后继续在加热炉3中受热，直到达到规定的焊后热处理时间，关闭加热炉3电源，保持工件在封闭的炉膛内缓慢降温，最终达到室温，因此本发明吊具各部分的制作和装配简单方便，没有特殊要求，可根据不同的尺寸进行修改复制，具有广泛的通用性；

(2)本发明装置在工件焊接后可以实现撤离。本发明的装置各部分完成工件堆焊后，先解锁互锁的两部分，再采用手动或电动方式撤离工件所在变位装置，实现工件从加热炉3炉膛中逐渐撤离。撤离后的工件距离加热炉3适当距离后，再对工件和加热炉3分别进行90°变位到竖直状态，工件可以在竖直状态进行吊装，加热炉3在竖直状态具有良好的应力状态，便于长久使用，或者对加热炉3进行吊装检修和更换。

(3)本发明具备应对热传导导致机械故障的能力。

本发明在进行以上（1）所述的加热过程时，如果因为加热温度较高导致热传导现象明显时，甚至明显增加相连机构温度时，可以开启迷宫式密封环上的空气冷却系统，此时电机将抽取密封环内部的热空气，并补充环境中的冷空气不断对密封环进行冷却，或者对密封环内部冲入冷却水进行循环冷却，确保加热炉3和工件变位机构的温度控制在50℃以内。避免因相连机构温度过高引起高温烫伤风险，还可以避免引起转动组件和位置调整机构1组件变形导致机械故障。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (12)

1.一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：包括两个位置调整机构(1)，其中一个所述位置调整机构(1)的上端部设有第一转动组件(2)，所述第一转动组件(2)上设有用于对产品进行加热的加热炉(3)，所述加热炉(3)的侧面开设有焊接口(321)，所述焊接口(321)处设有补偿块；另一个所述位置调整机构(1)的上端部设有第二转动组件(4)，所述第二转动组件(4)上设有用于支承待堆焊工件的工件夹具(5)，所述工件夹具(5)可沿工件轴向回转的设于第二转动组件(4)上；

所述第一转动组件(2)和/或第二转动组件(4)包括固定设置于位置调整机构(1)上的驱动电机(41)和轴承座(42)，所述驱动电机(41)和轴承座(42)之间连接有主动齿轮(43)，所述主动齿轮(43)啮合有从动齿轮(44)，所述从动齿轮(44)通过转动耳轴(45)可转动的设于位置调整机构(1)上，且所述从动齿轮(44)连接有用于支撑加热炉(3)或工件夹具(5)的背板(46)；

所述加热炉(3)包括设于第一转动组件(2)上的第一隔热板(31)，所述第一隔热板(31)的上方设有炉本体(32)，所述炉本体(32)的内部设有保温件(33)，所述保温件(33)的内部设有炉膛加热元件(34)；所述炉本体(32)的两端部均设有法兰(322)，所述炉本体(32)的上端部设有第一密封圈(36)；

所述工件夹具(5)包括设于第二转动组件(4)上的底板(51)，所述底板(51)的上方设有第二密封圈(52)，所述密封圈内设有第二隔热板(53)，所述第二隔热板(53)的上方设有底座(54)，所述底座(54)上方还设有起吊支撑组件，所述底板(51)、第二密封圈(52)、第二隔热板(53)、底座(54)和起吊支撑组件通过螺杆(56)固定于底板(51)上，所述螺杆(56)的上端部还设有压板(57)。

2.如权利要求1所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述位置调整机构(1)包括轴向移动小车(11)，所述轴向移动小车(11)的上方设有水平移动组件(12)和垂直升降组件(13)。

3.如权利要求2所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：两个所述位置调整机构(1)的轴向移动小车(11)通过轨道(15)进行同轴移动，且所述轴向移动小车(11)的底部设置有锁扣装置。

4.如权利要求2所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述轴向移动小车(11)包括下方设有滚轮(112)的第一支撑板(111)，所述第一支撑板(111)的上方设有导轨(121)和滚珠丝杠(122)，所述滚珠丝杠(122)通过第一手轮(123)进行转动，所述滚珠丝杠(122)上设有滚珠螺母，所述滚珠螺母的上方设有第二支撑板(124)，所述第二支撑板(124)的上方设有至少两个蜗杆蜗轮升降机(131)，所述蜗杆蜗轮升降机(131)之间通过驱动杆和第二手轮(132)实现联动，所述蜗杆蜗轮升降机(131)的上方设有第三支撑板(133)，所述第一转动组件(2)和第二转动组件(4)分别设于两个第三支撑板(133)上；所述第二支撑板(124)的上方还设有辅助推动件(14)，所述辅助推动件(14)向上穿过第三支撑板(133)。

5.如权利要求1所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述炉膛加热元件(34)为电阻加热器。

6.如权利要求1所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述炉本体(32)的外侧设有激光测温记录装置(35)。

7.如权利要求1所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述第一密封圈(36)和第二密封圈(52)均呈中空结构，并设有多个迷宫齿，径向最内侧的所述迷宫齿长于外侧。

8.如权利要求1所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述焊接口(321)的上方吊装有等离子焊枪(6)。

9.如权利要求8所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，其特征在于：所述等离子焊枪(6)套设有防护套，防护套沿着等离子焊枪(6)轴线呈变径形状，所述防护套的周详设有若干散热翅片。

10.一种用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法，应用如权利要求1-9任一所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热装置，包括以下步骤：

步骤1、安装加热炉(3)至第一转动组件(2)、安装工件夹具(5)至第二转动组件(4)；

步骤2、将工件安装至工件夹具(5)上；

步骤3、转动第一转动组件(2)和第二转动组件(4)使加热炉(3)和工件的轴线水平；

步骤4、调整工件夹具(5)以及加热炉(3)的位置以实现同轴；

步骤5、沿轴向移动至少一个位置调整机构(1)，使工件进入加热炉(3)内；

步骤6、转动工件观察是否可以顺利回转；

步骤7、启动加热炉(3)电源开始加热，同时通过激光温度记录仪监控工件表面温度变化情况；

步骤8、待工件表面温度达到堆焊工艺参数的预定温度范围内时，移除加热炉(3)最顶端的补偿块，缓慢下降等离子焊枪(6)，直到达到规定的位置后停止；

步骤9、开始启动堆焊过程，过程中继续记录监督工件表面温度变化情况；

步骤10、完成堆焊时，撤离等离子焊枪(6)至规定位置后，将加热炉(3)补偿块再次放置到炉膛上焊接区域上，恢复炉膛的完整性，继续对工件进行焊后加热，直到达到规定的焊后热处理时间；

步骤11、停止加热工件并让炉内的工件缓慢降温至室温，分离加热炉(3)和工件及其各自的装置；

步骤12、转动第一转动组件(2)和第二转动组件(4)使加热炉(3)和工件的轴线竖直；

步骤13、取出工件。

11.如权利要求10所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法，其特征在于：所述步骤4中，开始推动带有工件的位置调整机构(1)缓慢与加热炉(3)相对移动，当工件待焊表面即将进入加热炉(3)内腔时，停止移动并测量工件外表面距离炉膛加热元件(34)内表面的距离，检测工件轴线相对用于加热炉(3)轴线的偏移程度，并验证工件表面最高点与炉膛内炉膛加热元件(34)表面最高点的距离是否满足焊接工艺要求。

12.如权利要求11所述的用于圆筒状工件表面堆焊的加热方法，其特征在于：所述步骤9中，堆焊过程中，加载微型真空泵对迷宫式密封环的内部持续通入冷空气，强制进行密封环的冷却，以免加热炉(3)的高温传入其他部位；或者，抽出密封环内的热空气，用环境空气进行补充到密封圈内腔中。