CN203401231U - 一种连续管对接焊用冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种连续管对接焊用冷却装置，该冷却装置系统由冷却块、水泵、流量调节装置、温度测控装置、以及连接管线和供回水装置等组成，工作时，根据待焊连续管的外径选择并加装与之配套的铜质的冷却块，连接管路和电路，用于在连续管管与管焊接时，降低焊接热过程对焊缝区域的热作用，加速接头及焊接热影响区的冷却速度，达到减小焊接热影响区的宽度、降低高温停留时间、减缓晶粒长大倾向和改善焊接接头性能的目的。

Description

一种连续管对接焊用冷却装置

技术领域

本实用新型涉及材料热加工技术领域，特别涉及一种连续管对接焊用冷却装置，适用于目前使用的各种尺寸规格且屈服强度等级为482.65-689.5Mpa（70-100Kpsi）的钢制连续管的管-管对接焊，同时也适用于其他管-管对接焊需要进行焊接接头加速冷却的场合。 

背景技术

连续管（Coiled Tubing，简称CT，又被称作连续油管、挠性油管、蛇形管或盘管）是指采用金属材料，主要是钢材制成可盘绕在大直径（一般约为1m以上）卷筒上，一种长达几百米至几千米的没有接头的管子。连续管及其作业机组成的连续管作业技术，在石油勘探、钻井、洗井、石油运输等领域有着广泛的应用，被誉为21世纪的“万能作业设备”。 

连续管在连续管作业中扮演着十分重要的角色。施工过程中，盘绕在卷筒上的连续管经过牵引、拉直、弯曲转向和再次校直后，作为施工作业介质输送的工作管柱，被送入井下；作业后，卷筒反向运动，将连续管由井下拽扯提升出来，重新盘绕到卷筒上，以便反复使用。不同的工作内容、作业环境及工作参数，要求连续管具备有优良的综合力学性能，可满足在复杂的拉、压、挤、胀、冲刷、腐蚀、疲劳等综合作用条件下工作。 

研究表明，超细晶粒是连续管管材在显微组织上的一个重要特征，通 过特定冶炼、轧制过程获取细晶粒和超细晶粒，从而形成细晶强化，是连续管优良综合力学性能的保证。换句话说就是，连续管的优良综合力学性能，主要基于管材具有的超细晶粒显微组织。 

连续管的管与管对接焊是连续管制造和连续管技术应用中不可或缺的内容。然而，焊接热过程会促使焊接热影响区的晶粒长大，导致焊接接头性能下降。为此，通过一定的冷却手段，减小焊接热过程对焊缝区域的热输入，对焊接热影响区(HAZ)的焊接热循环进行控制，尽可能的减少焊接热影响区的宽度、降低高温停留时间，减少细晶的长大，是有效保障和改善连续管管与管对接环焊缝组织性能的核心技术之一。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种连续管对接焊用冷却装置，用于在连续管管与管焊接时，降低焊接热过程对焊缝区域的热作用，加速接头及焊接热影响区的冷却速度，达到减小焊接热影响区（heat affected zone，缩写HAZ）的宽度、降低高温停留时间、减缓晶粒长大倾向和改善焊接接头性能的目的。 

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为： 

一种连续管对接焊用冷却装置，包括水泵2，水泵2放置在盛有足够水的供回水装置6内，水泵2出水口通过管线与五通接头7相连，在水泵2出水管路上安装流量调节装置3，调节装置3与温度测控装置4相连接，五通接头7固定在隔板8上，五通接头7上部的4个接头分别与4根冷却块进水管线5相连并连接至两个相对设置的冷却块1；每个冷却块1均由两个半圆基体9组成，每个半圆基体9上分别安装有2个快速接头10，分别为 进、出水口；4根冷却块进水管线5通过固定在两个冷却块上的快速接头与每个冷却块的2个半圆基体相连。 

所述的4根冷却块进水管线5连接在冷却块1每个半圆基体9的出水口与供回水装置之间，其中一端与两个冷却块1通过快速接头10相连，另一端与固定在隔板8上的回水接头相连。 

所述的冷却块1外型是一个前端为锥台的圆筒，壁厚10-20mm，每个前端为锥台的圆筒由两个半圆基体9通过铰链或活页16连接组成，冷却块1内径与被焊连续管外经相同，每个半圆基体9内部加工有2个直孔13和1个环形凹槽15，相互联通构成密封的循环水通道，直孔13尾端与进、出水接头连接；循环水通道上部的槽用等宽、等厚的环状条形铜加工盖板14镶入并密封，环状条形铜加工盖板一个较长，一个较短，在两个半圆基体扣合时，其中盖板长出来的部分将插入到另一个半圆基体的加工槽中。 

本实用新型通过在管体上加装冷却块1，利用热传导方式来实现对焊缝的强制冷却的。施焊前，在被焊连续管靠近焊缝的管体上对称的加装一副铜制冷却块1，冷却块为筒状，内壁与连续管管体外壁贴合。焊接时，近缝区的热量通过管体传导到冷却块，冷却块侧面有进、出水接口，来自水泵的水流经进水口进入冷却块内部的密封循环通道，带走热量，再经出水口及管道回到供回水装置，实现对冷却块的降温冷却和对焊缝HAZ的强制冷却。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

图2是冷却块1的示意图，其中图2-A是主视图，图2-B是轴向截面 视图，图2-C是侧视图。 

图3是供回水部分结构简图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细叙述。 

参照图1：一种连续管对接焊用冷却装置，包括水泵2，水泵2放置在盛有足够水的供回水装置6内，水泵出水口通过管线与五通接头7相连，在水泵出水管路上安装流量调节装置3，流量调节装置3与温度测控装置4相连接，通过人工手动调节和和温度测控装置4控制流量调节两种方式调节闸阀的开合大小来改变水泵的流量大小；五通接头7固定在隔板8上；五通接头7上部的4个接头分别与4根冷却块进水管线5相连并连接至两个相对设置的冷却块1；每个冷却块1均由两个半圆基体9组成，每个半圆基体9上分别安装有2个快速接头10，分别为进、出水口；4根冷却块进水管线5通过固定在两个冷却块上的快速接头与每个冷却块的2个半圆基体相连。 

所述的4根冷却块进水管线5连接在冷却块1每个半圆基体9的出水口与供回水装置之间，其中一端与两个冷却块1通过快速接头10相连，另一端与固定在隔板8上的回水接头相连。 

参照图2，所述的冷却块1外型是一个前端为锥台的圆筒，壁厚10-20mm，每个“前端为锥台的圆筒”由两个半圆基体9通过铰链或活页16连接组成，冷却块1内径与被焊连续管外经相同，每个半圆基体9内部加工有2个直孔13和1个环形凹槽15，相互联通构成密封的循环水通道，直孔尾端与进、出水接头连接；循环水通道上部的槽用等宽、等厚的环状 条形铜加工盖板镶入并密封，环状条形铜加工盖板一个较长，一个较短，在两个半圆基体扣合时，其中盖板长出来的部分将插入到另一个半圆基体的加工槽中。施焊前，通过铰链或活页的开合和扣板定位销将铜制水冷却块套扣安装在被焊连续管上焊缝两侧由焊接工艺所确定的位置，前端锥台对着焊缝，便于焊接操作和观察，尾端与进、出水接头接上水管，内径壁与连续管管体接触贴合，从而实现焊缝HAZ的强制冷却。 

所述的水泵2采用小型淡水潜水泵，参数选用范围：交流220～240V，50Hz；功率100～300W；最大流量3000～6000L/h；扬程5～10m。功能是为铜制水冷却块提供冷却循环水。 

所述的流量调节装置3当水泵具有流量调节功能时，流量的手动预置和温度反馈流量调节将直接利用水泵的流量调节装置来实现。当水泵自身不具备流量调节功能时，将采用节流调节（又称为变阀调节）方法，即在水泵出水管路上安装闸阀，通过调节闸阀的开合大小来改变水泵的流量大小。尽管这种方法，在减少流量时会导致一定的水头损失，不很经济，但该方法简便易行，对于小型水泵以及连续管焊接中的短时使用还是十分合适的。闸阀流量调节装置安装在水泵出水管路中，用于手动预置及温度反馈的水流量调节。 

4）温度测控装置由测温和放大驱动两部分组成。测温元件采用热电偶，选用条件是最高测量温度不低于1300℃，直径不大于0.5mm，建议选用价格便宜的镍铬－镍硅丝热电偶。工作时，将热电偶的工作端点焊在焊接热影响区由焊接工艺确定需要温度控制的位置；热电偶的自由端与放大驱动部分的测量电路端连接。放大驱动由测量电路、电压比较器、延时电 路、驱动元件继电器等主要部分组成。测量电路接收来自热电偶温度信号所转换成的热电动势信号，并与电压比较器设定的电压（根据热电动势与温度的函数关系）比较，当热电偶的电压达到并超过设定的电压时，电压比较器的输出就会发生翻转，根据控制参数的不同，经延时或不延时后驱动流量调节闸阀进一步打开，达到流量增大的调节。温度反馈调节根据焊接热循环的温度测试可完成有2种控制参量的选择：一种是对测点处最高加热温度的控制，该方法是将比较电压设定为测点处预定最高加热温度的热电动势，当热电偶的电压达到并超过设定电压时，闸阀被直接驱动，循环冷却水流量增大，实现对测点处预定最高加热温度的控制。另一种是对测点处高温停留时间的控制，该方法是将比较电压设定为测点处预定的高温温度的热电动势，并将延时电路设定到预定的高温停留时间，当热电偶的电压达到并超过设定电压后，延时电路开始计时，当计时达到设定的高温停留时间，闸阀被驱动，循环冷却水流量增大，实现对测点处预定高温停留时间的控制。 

5）连接管线由通水管线、五通接头、快速接头组成。连接方式见图3，来自水泵的水从五通接头底部进入，通过五通上部的4个接头分配到各个管线，泵入各管线的水经铜制水冷却块的进水口分头进入4个半圆基体（2个铜制水冷却块）内的循环水通道，再经出水口及管线回到供回水装置。与铜制水冷却块连接的管线共8根，4根为进水管线，连接在五通上部接头与冷却块进水口之间；4根为回水管线，连接在冷却块出水口与供回水装置之间。管线选用耐压不小于0.6MPa，耐温不低于80℃的PVC软管。为减少水头损失和便于施工操作，管内径不小于4mm，每根管长度不大于3m， 均采用快速接头连接。 

6）供回水装置是一个容积为30～50升的敞口可加盖的容器，用于冷却水循环的输送和回流。基本结构如图3，容器从下到上，依次为水泵、流量闸阀、隔板，隔板上安装有五通接头、回水管接头以及开有用于水泵电源线和流量调节通过的孔洞。 

本实用新型的工作原理为： 

步骤一、点固热电偶丝，将热电偶丝点焊在管体表面需要控制最高加热温度或高温停留时间的监测点上，在焊接过程中起到测量温度的作用；根据待焊连续管的外径选择并加装与之配套的铜质的冷却块1，铜质的冷却块1距离管端距离以尽可能靠近坡口且不妨碍焊接操作为宜，一般控制在10～15mm左右； 

步骤二、连接管路；将冷却块1进出水端与水泵2及隔板8通过塑料管相连，确保水路畅通； 

步骤三、将温度测控装置4与热电偶丝及流量调节装置相连； 

步骤四、将供回水装置6加入30-50L水，确保焊接过程对焊接接头的冷却效果； 

步骤五、温度调控，开始焊接，将温度测控装置4和水泵2通电，使冷却装置工作，本实用新型是通过调节冷却块循环水流量的方法来实现焊缝冷却速度在一定范围内的变化，调节有2种方式，一种是手动预置方式；另一种是温度反馈调节方式，手动预置方式是在焊前或焊接过程中通过手动的方式来调节流量调节装置3以控制循环水流量；该方法适用于连续管焊接工艺成熟稳定的情况；温度反馈调节方式是在连续管HAZ设定的控制 点处进行测温，以测点处的最高加热温度或高温停留时间为采样信号，将测得的温度信号转换为电信号来控制流量调节装置3得以控制循环水流量的调节；通过对测点焊接热循环的控制，达到减小焊接热影响区的宽度、降低高温停留时间、减缓晶粒长大倾向和改善焊接接头性能的目的。 

Claims (3)

1.一种连续管对接焊用冷却装置，其特征在于，包括水泵（2），水泵（2）放置在盛有足够水的供回水装置（6）内，水泵出水口通过管线与五通接头（7）相连，在水泵出水管路上安装流量调节装置（3），调节装置（3）与温度测控装置（4）相连接，五通接头（7）固定在隔板（8）上，五通接头（7）上部的4个接头分别与4根冷却块进水管线（5）相连并连接至两个相对设置的冷却块（1）；每个冷却块（1）均由两个半圆基体（9）组成，每个半圆基体（9）上分别安装有2个快速接头（10），分别为进、出水口；4根冷却块进水管线（5）通过固定在两个冷却块上的快速接头与每个冷却块的（2）个半圆基体相连。 

2.根据权利要求1所述的一种连续管对接焊用冷却装置，其特征在于，所述的4根冷却块进水管线（5）连接在冷却块（1）每个半圆基体（9）的出水口与供回水装置之间，其中一端与两个冷却块（1）通过快速接头（10）相连，另一端与固定在隔板（8）上的回水接头相连。 

3.根据权利要求1所述的一种连续管对接焊用冷却装置，其特征在于，所述的冷却块（1）外型是一个前端为锥台的圆筒，壁厚10-20mm，每个前端为锥台的圆筒由两个半圆基体（9）通过铰链或活页（16）连接组成，冷却块（1）内径与被焊连续管外经相同，每个半圆基体（9）内部加工有2个直孔（13）和1个环形凹槽（15），相互联通构成密封的循环水通道，直孔（13）尾端与进、出水接头连接；循环水通道上部的槽用等宽、等厚的环状条形铜加工盖板（14）镶入并密封，环状条形铜加工盖板一个较长，一个较短，在两个半圆基体扣合时，其中盖板长出来的部分将插入到另一 个半圆基体的加工槽中。 

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