本發(fā)明涉及管道焊接領(lǐng)域，特別是涉及一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置及工藝。

背景技術(shù)：

管道運(yùn)輸作為鐵路、公路、海運(yùn)、民用航空和長(zhǎng)輸管道五大運(yùn)輸行業(yè)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。其輸送介質(zhì)以常見(jiàn)的石油、天然氣為主，另外還有工業(yè)用氣體和化學(xué)液體。管道網(wǎng)的構(gòu)建需要有效的管道焊接工藝來(lái)實(shí)施；此外，高效節(jié)能理念的提倡，對(duì)管道的高效連接提出了要求。

常見(jiàn)的焊接方法有電弧焊、激光焊、閃光對(duì)焊、高頻旋弧焊、軸向摩擦焊、徑向摩擦焊等。電弧焊是應(yīng)用最為廣泛的熔焊方法，也是管道焊接中常用的焊接工藝之一。在管道焊接過(guò)程中，常常由于焊接引起的局部過(guò)熱現(xiàn)象，出現(xiàn)穿透、合金元素?zé)龘p以及焊后應(yīng)力集中等現(xiàn)象。不僅僅影響焊縫的良好成形，同時(shí)也嚴(yán)重影響了管道的生產(chǎn)質(zhì)量。另一方面，TP304和TP347兩種奧氏體耐熱不銹鋼是受壓管道常用材料。但是，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在焊接過(guò)程中，焊接接頭非常容易停留在400～500℃這個(gè)溫度區(qū)間。根據(jù)“碳化物析出造成晶間貧鉻”理論，在450～850℃溫度范圍內(nèi)，碳和鉻非常容易在奧氏體晶粒邊界處聚集形成碳化鉻，使得在奧氏體晶粒邊界處出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，極易引起晶間腐蝕。同時(shí)，F(xiàn)e-Gr合金在400～550℃溫度區(qū)間長(zhǎng)期停留，極易出現(xiàn)一種特殊脆性，稱為437℃脆性。因此，為了實(shí)現(xiàn)在焊接過(guò)程中獲得成形良好的焊縫，消除局部過(guò)熱是管道制造過(guò)程中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

對(duì)管道焊接過(guò)程中，消除過(guò)熱的常用方法是采用冷水強(qiáng)制降溫的方法，即焊工在施焊時(shí)，旁邊放上一桶冷水，每焊完一層焊道就采用浸透冷水的棉紗頭擦拭冷卻焊縫，使得焊縫金屬的溫度驟降到150℃左右，在進(jìn)行下一道的焊接。除此之外，在焊接過(guò)程中，采用手工氬弧焊的方法進(jìn)行打底，利用氬氣的保護(hù)效果，防止合金元素氧化和燒損。但是，利用手動(dòng)的方式進(jìn)行消除局部過(guò)熱的方式，管道生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品優(yōu)化率不高。而且傳統(tǒng)冷卻方法應(yīng)用比較局限，對(duì)于大口徑管道焊接并不適用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的問(wèn)題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置及工藝，采用機(jī)械自動(dòng)化的方式，實(shí)現(xiàn)高效消除焊縫局部過(guò)熱現(xiàn)象。

一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置，包括機(jī)械骨架、冷卻套I、冷卻套II、冷卻套III、冷卻套IV、懸掛桿I、懸掛桿II、注水管和注氬氣管；所述的冷卻套III和冷卻套IV的內(nèi)側(cè)與焊接管道接觸，所述的冷卻套III和冷卻套IV的外側(cè)設(shè)有機(jī)械骨架，所述的機(jī)械骨架的外側(cè)設(shè)有冷卻套I和冷卻套II，所述的冷卻套I、機(jī)械骨架與冷卻套III之間形成的空腔為蓄水腔，所述的冷卻套II、機(jī)械骨架與冷卻套IV之間形成的空腔為氬氣腔；所述的冷卻套I的外側(cè)設(shè)有懸掛桿I和注水管，所述的冷卻套II的外側(cè)設(shè)有懸掛桿II和注氬氣管。

進(jìn)一步的，所述的冷卻套I、冷卻套II、冷卻套III和冷卻套IV為半圓柱形。

進(jìn)一步的，所述的冷卻套III和冷卻套IV上設(shè)有均勻分布的通氣孔。

進(jìn)一步的，所述的機(jī)械骨架由三個(gè)半圓弧形支撐件連接而成；所述的機(jī)械骨架和冷卻套I、冷卻套II通過(guò)緊固件連接；通過(guò)機(jī)械骨架的將兩個(gè)腔室分開(kāi)，從而避免氬氣與水蒸氣混合。

進(jìn)一步的，所述的懸掛桿I和懸掛桿II分別設(shè)于冷卻套I和冷卻套II的外側(cè)邊緣位置。

進(jìn)一步的，所述的注水管與蓄水腔連通，所述的注氬氣管與氬氣腔連通。

一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的工藝，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1對(duì)管道焊接處進(jìn)行清洗，除去氧化物、油漬、其他雜質(zhì)等，以免影響焊接質(zhì)量；

步驟2將蓄水腔和氬氣腔分別充入冷水和氬氣，利用懸掛桿I和懸掛桿II將裝置懸掛在空中，避免裝置與焊接管道緊密接觸；

步驟3采用TIG/MAG復(fù)合焊接方式，先利用TIG焊槍焊接打底，再利用MAG焊槍對(duì)焊縫進(jìn)行覆蓋，通過(guò)氬氣保護(hù)的方式，保證焊縫的良好成形以及防止合金元素?zé)龘p；

步驟4焊接結(jié)束后，利用懸吊車使裝置脫離焊接管道。

進(jìn)一步的，所述的步驟2中在氬氣腔充入氬氣，在蓄水腔充入冷水，在氣壓和水壓的作用下，通過(guò)通氣孔形成水蒸氣以及保護(hù)氣，起到保護(hù)焊縫以及消除局部過(guò)熱現(xiàn)象的作用。

進(jìn)一步的，所述的步驟3中利用氬氣和水蒸氣對(duì)焊縫降溫，將焊縫溫度快速冷卻至150℃以下，避免焊縫在400～500℃這個(gè)溫度區(qū)間停留，進(jìn)而消除焊縫局部過(guò)熱現(xiàn)象。

進(jìn)一步的，所述的步驟3中TIG焊槍采用直流正接方式，MAG焊接采用直流反接方式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、在焊接過(guò)程中，采用在氬氣腔充入氬氣，在蓄水腔充入冷水的方式，且保證兩個(gè)腔室內(nèi)足夠的氣壓和水壓，由于在兩個(gè)腔室下面有多個(gè)均勻排列的通氣孔，在氣壓和水壓的作用下，通過(guò)通氣孔形成水蒸氣以及保護(hù)氣，充分起到保護(hù)焊縫以及消除局部過(guò)熱現(xiàn)象；

2、焊接過(guò)程完全由焊接設(shè)備自動(dòng)控制，人為因素很小；焊接過(guò)程中只需控制水壓、氣壓、焊接速度、電壓、電流以及焊槍的姿勢(shì)即可，有利于實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，具有高效、高質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)；

3、用TIG/MAG復(fù)合焊接方式，兩個(gè)焊槍的姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)焊槍角度和高度的自由調(diào)節(jié)；在焊接前，通過(guò)焊槍緊固夾片將焊槍固定在底板上，通過(guò)焊槍在底板調(diào)角槽上滑動(dòng)而實(shí)現(xiàn)焊槍角度的調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的裝配圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解圖；

其中，1-懸掛桿I，2-注水管，3-注氬氣管，4-懸掛桿II，5-MAG焊槍，6-TIG焊槍，7-冷卻套II，8-機(jī)械骨架，9-冷卻套I，10-冷卻套III，11-焊接管道，12-焊縫，13-蓄水腔，14-氬氣腔，15-通氣孔，16-冷卻套IV。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在不能充分消除管道焊接中局部過(guò)熱效應(yīng)的不足，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置及工藝。

本發(fā)明的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，提供了一種用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置，包括機(jī)械骨架8、冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10、冷卻套IV16、懸掛桿I1、懸掛桿II4、注水管2和注氬氣管3；其中，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16的內(nèi)側(cè)與焊接管道11接觸，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16的外側(cè)設(shè)有機(jī)械骨架8，所述的機(jī)械骨架8的外側(cè)設(shè)有冷卻套I9和冷卻套II7，所述的冷卻套I9、機(jī)械骨架8與冷卻套III10之間形成的空腔為蓄水腔13，所述的冷卻套II7、機(jī)械骨架8與冷卻套IV16之間形成的空腔為氬氣腔14；所述的冷卻套I9的外側(cè)設(shè)有懸掛桿I1和注水管2，所述的冷卻套II7的外側(cè)設(shè)有懸掛桿II4和注氬氣管3。

上述的冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10和冷卻套IV16為半圓柱形，冷卻套III10和冷卻套IV16的內(nèi)徑與焊接管道11的外徑相近，保證裝置與焊接管道的貼合。

為了進(jìn)一步保證裝置的冷卻作用，在所述的冷卻套III10和冷卻套IV16上設(shè)有均勻分布的通氣孔15，水蒸氣與氬氣由通氣孔15進(jìn)入到焊縫周圍。

上述的機(jī)械骨架8由三個(gè)半圓弧形支撐件連接而成，位于機(jī)械骨架8一端的半圓弧形支撐件的邊緣與冷卻套I9、冷卻套III10的邊緣對(duì)齊，位于機(jī)械骨架8另一端的半圓弧形支撐件的邊緣與冷卻套II7、冷卻套IV16的邊緣對(duì)齊，中間的半圓弧形支撐件將蓄水腔13與氬氣腔14分隔開(kāi)，形成的蓄水腔13的空間大于氬氣腔14的空間。所述的機(jī)械骨架8和冷卻套I9、冷卻套II7通過(guò)緊固件連接；所述的緊固件可以是螺釘、螺栓等連接件。通過(guò)機(jī)械骨架8的將兩個(gè)腔室分開(kāi)，從而避免氬氣與水蒸氣混合。

上述的懸掛桿I1和懸掛桿II4分別設(shè)于冷卻套I9和冷卻套II7的外側(cè)邊緣位置，通過(guò)懸吊懸掛件I和懸掛件II，使裝置與焊接管道11不至于緊密接觸，從而避免影響到水蒸氣與氬氣的順利排出。

上述的注水管2與蓄水腔13連通，注氬氣管3與氬氣腔14連通，通過(guò)注水管2將冷水注入蓄水腔13中，通過(guò)注氬氣管3將氬氣通入氬氣腔14中。

上述的用于消除管道焊接過(guò)程中局部過(guò)熱效應(yīng)的裝置的安裝過(guò)程為：

將冷卻套III10和冷卻套IV16并列貼合，在冷卻套III10和冷卻套IV16的外側(cè)放置機(jī)械骨架8，在機(jī)械骨架8的外側(cè)放置冷卻套I9和冷卻套II7，用固定件將機(jī)械骨架8與冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10和冷卻套IV固定在一起，形成蓄水腔13和氬氣腔14。

本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述的冷卻套I9和冷卻套II7可以做成一體結(jié)構(gòu)作為上冷卻套，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16可以做成一體結(jié)構(gòu)作為下冷卻套，所述的下冷卻套上設(shè)有均勻分布的通氣孔15，所述的上冷卻套與下冷卻套之間設(shè)有機(jī)械骨架8，所述的機(jī)械骨架8與上冷卻套和下冷卻套之間形成兩個(gè)空腔，即蓄水腔13和氬氣腔14；所述的機(jī)械骨架8的厚度與上冷卻套和下冷卻套形成的空間間隔相等。

本發(fā)明的又一實(shí)施例中，以TP304奧氏體耐熱不銹鋼管道焊接為例具體說(shuō)明消除過(guò)熱效應(yīng)裝置在管道焊接中的連接工藝以及使用。管道焊接的消除局部過(guò)熱效應(yīng)的工藝與裝置適用于石油、天然氣管道的焊接。焊前的準(zhǔn)備工作是確保焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

第一步，首先對(duì)管道焊接處進(jìn)行清洗，除去氧化物、油漬、其他雜質(zhì)等。

第二步，通過(guò)注水管2和注氬氣管3提前對(duì)蓄水腔13和氬氣腔14分別充入冷水以及氬氣。通過(guò)機(jī)械骨架8的方式將兩個(gè)腔室分開(kāi)，從而避免氬氣與水蒸氣混合。利用兩個(gè)懸掛桿將裝置懸掛在空中，避免冷卻裝置與焊接管道11緊密接觸。

第三步，采用TIG/MAG復(fù)合焊接方式，利用TIG焊槍進(jìn)行打底，利用MAG焊槍進(jìn)覆蓋。TIG-MAG復(fù)合焊接的高效焊接裝置中兩個(gè)焊槍的姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)焊槍角度和高度的自由調(diào)節(jié)。在焊接前，是通過(guò)焊槍緊固夾片將焊槍固定在底板上，通過(guò)焊槍在底板調(diào)角槽上滑動(dòng)而實(shí)現(xiàn)焊槍角度的調(diào)節(jié)。在雙焊槍水平、垂直位置及各自傾斜角度的調(diào)節(jié)完成后開(kāi)始焊接，TIG焊接采用直流正接，MAG焊接采用直流反接，TIG焊槍在前，MAG焊槍在后。

第四步，在焊槍進(jìn)行焊接過(guò)程中，利用氬氣和冷水蒸氣對(duì)焊接管道11的焊縫12進(jìn)行降溫，通過(guò)紅外線測(cè)溫裝置對(duì)焊縫溫度進(jìn)行快速檢測(cè)，以保證焊縫溫度低于150℃，進(jìn)而消除焊縫局部過(guò)熱現(xiàn)象。

第五步，焊接結(jié)束后，利用懸吊車將冷卻裝置緩慢撤離。

具體焊接過(guò)程如下：

(1)參數(shù)設(shè)置：將焊接工藝參數(shù)設(shè)置為焊接速度0.5m/min，送絲速度為6m/min，MAG電流200A，MAG電壓22V，MAG焊槍導(dǎo)電嘴高度18mm，MAG焊槍氣流量15L/min；TIG電流90A，TIG電流11V，焊接速度0.05m/min；

(2)調(diào)節(jié)焊槍位置：將TIG焊槍的鎢極與不銹鋼管道焊縫的高度調(diào)節(jié)為3mm，MAG焊槍的導(dǎo)電嘴距不銹鋼管道焊縫的高度調(diào)節(jié)為18mm；TIG焊槍設(shè)置于MAG焊槍的前面；

(3)焊接：利用TIG焊槍和MAG焊槍進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程中氬氣腔的氬氣和蓄水腔的水蒸氣通過(guò)通氣孔進(jìn)入焊縫周圍，對(duì)不銹鋼管道的焊縫進(jìn)行降溫，將焊縫溫度迅速冷卻到150℃以下，通過(guò)紅外線測(cè)溫裝置對(duì)焊縫溫度進(jìn)行檢測(cè)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。