一种高钢级感应加热弯管双温煨制方法与流程

本发明涉及高钢级弯管加热技术领域，尤其涉及一种高钢级感应加热弯管双温煨制方法。

背景技术：

弯管是油气输送管道的重要组成构件，是管线中承载较为苛刻的结构件之一，弯管综合质量的优劣是制约管线安全、平稳运行的瓶颈，其质量主要与化学成分和热煨制工艺有关。感应加热弯管技术作为当前先进的热加工技术，由于具有加热速度迅速，加热带宽度、冷却速度可调整，所加工的弯管具有椭圆度小、壁厚减薄率小、弯曲半径、角度调整方便等诸多优点，被广泛用于油气管道用热煨弯管的生产中。

目前，国内各大弯管制造企业都使用图1所示方式煨制弯管。采用此种加热方式，感应线圈中产生的感应磁场如图2所示。企业在热煨过程中会尽量缩短线圈电源接触端之间的间距L(间距L为7～15mm)，使得线圈中的磁场更为均匀。从而使得感应线圈中钢管的加热温度更加均匀。这种方法在制造较低钢级(如X52、X60等)的感应加热弯管时，得到的弯管焊缝性能在煨制前后没有变化。但是，使用该方法在煨制高钢级(如X80、X90等)弯管时，焊缝性能在煨制前后存在较大差异，所以，应对现有的感应加热弯管技术进行调整，使得高钢级感应加热弯管焊缝性能更加稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高钢级感应加热弯管双温煨制方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高钢级感应加热弯管双温煨制方法，包括如下步骤：

S1，确定感应加热时钢管母材的加热温度；

S2，根据所述母材的加热温度确定加热电流；

S3，确定感应线圈与钢管外壁之间的间隙；

S4，调节感应线圈的局部间隙，得到感应线圈上的间隙调整区；

S5，按照S3确定的感应线圈与钢管外壁之间的间隙，将钢管放置在所述感应线圈之内；

S6，将所述焊缝置于S4确定的所述间隙调整区；

S7，按照S2确定的所述加热电流进行感应加热煨制弯管。

优选地，所述感应线圈与钢管外壁之间的间隙，具体范围为20～30mm。

优选地，所述调节感应线圈的局部间隙，具体为增加感应线圈电源接触端的间距。

优选地，所述感应线圈电源接触端的间距按照如下方法进行确定：

确定感应加热时钢管焊缝的加热温度范围；

增加感应线圈电源接触端的间距；

按照确定的钢管母材的加热温度感应加热煨制弯管，同时测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

优选地，所述感应线圈电源接触端的间距设置为：15～25mm。

优选地，所述调节感应线圈的局部间隙，具体为在感应线圈的内壁上设置凹陷。

优选地，所述凹陷的深度按照如下方法进行确定：

确定感应加热时钢管焊缝的加热温度范围；

调节所述凹陷的深度，即调节焊缝与感应线圈之间的间隙；

按照确定的钢管母材的加热温度感应加热煨制弯管，同时测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

优选地，所述凹陷的深度为：10～15mm。

优选地，所述凹陷的宽度略大于焊缝的宽度，且所述凹陷的宽度为：25-40mm。

优选地，所述凹陷的位置处于所述感应线圈垂直方向的0～10°的范围内。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的高钢级感应加热弯管双温煨制方法，通过调整感应线圈的局部间隙，并将钢管焊缝置于调整间隙后的位置处，从而使得感应线圈中，调整间隙的位置与其他位置产生的磁通量不同，进而使得加热温度不同，实现了基于钢管母材正常热煨制时的加热温度，以感应圈的局部间隙大小来实现对焊缝加热温度的特殊控制，从而实现双温煨制，弯管焊缝性能得到有效优化。

附图说明

图1是钢管被感应线圈加热示意图；

图2是弯管加热线圈中产生的感应磁场；

图3是感应加热弯管加工示意图；

图4是通电线圈产生的感应磁场；

图5是拉大感应线圈电源接触端之间的距离进行弯管感应加热煨制的示意图；

图6是采用图5的方式进行弯管加热煨制时，感应线圈中产生的感应磁场；

图7是在感应线圈的内壁设置凹陷后进行弯管感应加热煨制的示意图；

图8是采用图7的方式进行弯管加热煨制时，感应线圈中产生的感应磁场。

图中，各符号的含义如下：

1焊缝，2交变电流，3钢管，4感应线圈，5绝缘材料，6电源接触端，7尾座，8导向轮，9弯曲段，10摇臂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3为感应加热弯管加工示意图。图中直缝钢管通过尾座在一定的压力P和速度V下持续向右推进，摇臂用来保证弯管的弯曲直径和弯曲角度。借助感应加热线圈对钢管弯曲截面局部进行加热，使得钢管温度上升到奥氏体转变温度(Ac3)点以上，以便于钢管塑性形变弯曲加工。

感应加热原理是在感应加热线圈中加载某一频率的交变电流I，交变电流在感应线圈周围产生交变磁场B，如图4所示，交变磁场又会在被加热的金属导体(钢管)中产生感应电动势E，进而产生电流，这种感应电流在金属导体中的分布是不均匀的，在表面强，而在内部弱，即趋肤效应现象，利用趋肤效应可使金属导体迅速加热，在适当的交变频率下几秒钟内可使材料温度上升到800-1000℃。交变电流使金属导体(钢管)产生的感应电动势E可用式(1)表示。

E＝4.44×f×Φ (1)

式(1)中：E——交变电流在感应导体上产生的感应电动势，V；

f——交流发电机给激磁线圈的交流电流频率，Hz；

Φ——电磁感应回路的磁通量，Wb。

被加热金属导体(钢管)通过焦耳汤姆逊效应从中获得的功率P见式2。

式(2)中：

P——被加热导体从电磁感应中获得的功率，kW；

I——交流发电机输出的电流，A；

——交流发电机的功率因数。

采用现有的感应加热弯管技术煨制高钢级X80弯管，采用的参数为：推进速度为30mm/min，冷却方式为水冷，煨制完成后进行650℃回火处理，感应线圈与钢管外壁的间隙h为25mm，电源接触端间隙L为8mm。

煨制前后的钢管母材和焊缝性能参见表1。

表1 X80焊接钢管煨制弯管前后性能对比

由表1可知，钢管焊缝性能在煨制前后存在较大差异，焊缝冲击韧性出现明显的下降趋势，性能急剧恶化。

发生上述性能变化的原因是，在高钢级管线钢的焊接过程中，为了保证焊缝性能，在焊接材料中加入较多的合金元素，钢中加入合金元素后会对奥氏体相区产生影响，一些合金元素(如Mo、Cu、Ni等)可以扩大奥氏体相区，降低奥氏体相变临界点(Ac3)。由此可知，因为母材和焊缝熔融金属中的合金元素含量的差异而导致管体母材和焊缝的奥氏体相变临界点Ac3的不同，这种温差在高钢级中表现尤为突出。

通过上述分析可知，如若高钢级焊接钢管在温度均匀环境中加热煨制弯管，由于母材与焊缝Ac3相差较大，在正常工艺参数控制状态下，若以母材为基准，当前者材料加热到奥氏体化时，后者材料已经发生过热或过烧现象，即两者不能同步达到奥氏体化状态，其最终的力学性能可能会因工艺的匹配不当而显著恶化，不能满足设计要求。例如，在高钢级钢管煨制过程中，为了保证母材性能，则在母材Ac3以上某个合理的温度(母材的奥氏体晶粒还未长大)进行冷却；这时焊缝的加热温度已经远远超过焊缝的Ac3，焊缝的奥氏体晶粒因加热温度过高，晶粒长大而粗化，最终使焊缝的性能恶化(如表1中的性能)。如果以焊缝熔融金属材料的Ac3为基准，在焊缝Ac3以上某个合理的温度进行加热并冷却，则母材会因加热温度还未达到或未完全达到奥氏体相变临界点，母材金属可能处于两相区，使得弯管其最终的力学性能不稳定，出现较大波动。

可见，高钢级焊接钢管不适合在温度均匀环境中加热煨制弯管。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种高钢级感应加热弯管双温煨制方法，包括如下步骤：

S1，确定感应加热时钢管母材的加热温度；

S2，根据所述母材的加热温度确定加热电流；

S3，确定感应线圈与钢管外壁之间的间隙；

S4，按照S3确定的感应线圈与钢管外壁之间的间隙，将钢管放置在所述感应线圈之内；

S5，调节感应线圈的局部间隙，得到感应线圈上的间隙调整区；

S6，将所述焊缝置于所述间隙调整区；

S7，按照S2确定的所述加热电流进行感应加热煨制弯管。

上述方法中，调节感应线圈的局部间隙后，通电后，在间隙调整区产生的感应强度与其他位置的感应强度不同，磁通量不同，进而使得间隙调整区与感应线圈上其他位置的加热温度不同，即产生了两种加热温度，如果将钢管焊缝放置在间隙调整区，则在以母材的Ac3(奥氏体相变临界点)以上某个合理的温度为基准加热过程中，焊缝处的加热温度能够不同于钢管母材的加热温度，能够在焊缝材料的Ac3(奥氏体相变临界点)以上某个合理的温度进行加热，即母材和焊缝分别在各自的Ac3(奥氏体相变临界点)以上某个合理的温度进行加热，从而使得母材和焊缝能够同步达到奥氏体化状态，则焊缝不会发生过热或过烧现象而影响焊缝的性能。

所以，采用本发明实施例提供的双温煨制方法，实现了基于钢管母材正常热煨制时的加热温度，以感应圈的局部间隙大小来实现对焊缝加热温度的特殊控制，从而实现双温煨制，弯管焊缝性能得到有效优化。

其中，所述感应线圈与钢管外壁之间的间隙，具体范围可以为20～30mm。

在本发明的一个优选实施例中，所述调节感应线圈的局部间隙，具体可以为增加感应线圈电源接触端的间距。

所述感应线圈电源接触端的间距可以按照如下方法进行确定：

确定感应加热时钢管焊缝的加热温度范围；

增加感应线圈电源接触端的间距；

按照确定的钢管母材的加热温度感应加热煨制弯管，同时测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

在本实施例中，所述感应线圈电源接触端的间距可以设置为：15～25mm。

焊缝的加热温度范围为在焊缝的奥氏体相变临界点以上的合理的温度，不能远超过焊缝的奥氏体相变临界点。

在实际操作过程中，可以在15～25mm的范围内，调整感应线圈电源接触端的间距为L，然后测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，即确定调整后的间距L即为感应线圈电源接触端的间距，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

在本发明的一个优选实施例中，所述调节感应线圈的局部间隙，具体为在感应线圈的内壁上设置凹陷。

除了可以通过增加感应线圈电源接触端的间距来增加感应线圈的局部间隙外，还可以通过在应线圈的内壁上设置凹陷的方式，来增加感应线圈的局部间隙。

在本发明的一个优选实施例中，所述凹陷的深度可以按照如下方法进行确定：

确定感应加热时钢管焊缝的加热温度范围；

调节所述凹陷的深度，即调节焊缝与感应线圈之间的间隙；

按照确定的钢管母材的加热温度进感应加热煨制弯管，同时测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

焊缝的加热温度范围为在焊缝的奥氏体相变临界点以上的合理的温度，不能远超过焊缝的奥氏体相变临界点。

在实际操作过程中，调节凹陷的深度，然后测量焊缝处的实际温度，如果该实际温度在焊缝的加热温度范围内，则结束，并确定此时凹陷的深度即为感应线圈凹陷的深度，否则，重复上述操作，直至焊缝处的实际温度在焊缝的加热温度范围内。

本实施例中，所述凹陷的深度为：10～15mm，凹陷的宽度为：25-40mm。

所谓凹陷的深度，就是在现有的线圈和钢管之间的间距基础上，增加的距离。而由于凹陷的存在，拉大了线圈与钢管之间的间距，即增加了感应线圈的局部间隙。

而在本实施例中，所述凹陷的位置处于线圈垂直方向的0～10°的范围内。

具体实施例一：

采用本发明实施例提供的通过增加感应线圈电源接触端的间距的方法，对X80钢级焊接钢管进行加热煨制弯管，采用的参数为：推进速度为30mm/min，冷却方式为水冷，煨制完成后进行650℃回火处理，感应线圈与钢管外壁的间隙h为25mm，电源接触端间隙L由8mm增加至18mm，将焊缝置于此间隙处。

加热煨制弯管后，钢管母材和焊缝的拉伸性能及冲击韧性如表2所示。

表2增加感应线圈电源接触端的间距的方法弯管性能

从表2可以看出：由本方法煨制的弯管焊缝冲击韧性比表1中钢管煨制后韧性大有改善。

具体实施例二：

采用本发明实施例提供的通过在感应线圈的内壁上设置凹陷的方法，对X80钢级焊接钢管进行加热煨制弯管，采用的参数为：推进速度为30mm/min，冷却方式为水冷，煨制完成后进行650℃回火处理，感应线圈与钢管外壁的间隙h为25mm，电源接触端间隙L为8mm，凹陷深度为10mm，凹陷宽度为30mm，将焊缝置于此凹陷处。

加热煨制弯管后，钢管母材和焊缝的拉伸性能及冲击韧性如表3所示。

表3在感应线圈的内壁上设置凹陷的方法弯管性能

从表3可以看出：由本方法煨制的弯管焊缝冲击韧性比表1中钢管煨制后韧性有所改善。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的高钢级感应加热弯管双温煨制方法，通过调整感应线圈的局部间隙，并将钢管焊缝置于调整间隙后的位置处，从而使得感应线圈中，调整间隙的位置与其他位置产生的磁通量不同，进而使得加热温度不同，实现了基于钢管母材正常热煨制时的加热温度，以感应圈的局部间隙大小来实现对焊缝加热温度的特殊控制，从而实现双温煨制，弯管焊缝性能得到有效优化。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。