一种直缝焊管在线冷却装置及冷却方法与流程

文档序号:25999076发布日期:2021-07-23 21:14阅读:201来源:国知局
一种直缝焊管在线冷却装置及冷却方法与流程

本发明涉及焊管技术领域,具体为一种直缝焊管在线冷却装置及冷却方法。



背景技术:

hfw(高频焊接)焊管用作油井管或精密冷拔钢管时,对其直线度有严格要求,甚至远超行业标准。在hfw焊管生产过程中,能影响焊管直线度的工序有很多,例如,为了降低焊缝区域的残余应力,高频焊接后需要进行在线中频热处理(正火)及冷却,而冷却时焊管上、下部温度对其直线度有极大影响,表现为冷却后焊管会向温度较高的一侧收缩弯曲,形成“弓形弯”,目前的解决思路都是尽量减小焊管冷却时上、下部的温差,即保持焊管上、下部温度接近或相同,但是,由于焊接时焊缝及热影响区发生了相变和组织转变,导致焊缝及热影响区和母材的热膨胀系数有所差异,因此,一味减小焊管上、下部的温差并直接以温差为判据的冷却方法,虽然一定程度上减小了焊管的弯曲程度,但依旧难以达到hfw焊管用作油井管或精密冷拔钢管等特殊用途的直线度要求。



技术实现要素:

本发明提供一种直缝焊管在线冷却装置及冷却方法,可以有效解决上述背景技术中提出的以焊管上、下部温差为判据进行冷却后,焊管直线度仍难以满足要求的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种直缝焊管在线冷却装置,其主要包括管坯、v型辊、外冷组件、外测温组件、导流组件、内冷组件、直线度测量组件以及控制台等,所述v型辊固定在地基上,所述管坯由数个所述v型辊支承,所述管坯分为冷却段和精整段,所述冷却段上部安装有所述外冷组件,内部安装有所述内冷组件,下部安装有所述导流组件和所述外测温组件,所述精整段前部安装有所述直线度测量组件,装置包含所述控制台。

所述外冷组件由立柱、第一电磁阀、喷嘴、冷却管、第二电磁阀、气嘴、通气管、圆柱齿条、第一液压缸、第一支架、第一直线轴承、第二支架、齿轮、机壳、第二液压缸、升降臂、移动平台、导轨和横梁组成,所述立柱的数量为二,所述立柱第一端固定地基上,所述横梁第一端与所述立柱第二端固定连接,所述导轨的数量为二,所述导轨第一端与所述横梁第二端固定连接,所述导轨第二端与所述移动平台第一端滑动连接,所述移动平台第二端与所述升降臂第一端滑动连接,所述升降臂第二端与所述机壳第一端固定连接,所述第一直线轴承的数量为二,两个所述第一直线轴承的第一端分别与所述机壳第一端和第二端固定连接,所述机壳第三端和第四端与所述第一支架、所述第二支架以及所述齿轮的第一端转动连接,所述第一支架第二端与所述第二支架第二端啮合,所述第一直线轴承的第二端与所述圆柱齿条第一端滑动连接,所述圆柱齿条第二端与所述齿轮第二端啮合,所述冷却管的数量为二,两个所述冷却管的第一端分别与所述第一支架、所述第二支架的第三端转动连接,所述第一液压缸的数量为二,两个所述第一液压缸第一端分别与所述第一支架、所述第二支架的第四端转动连接,两个所述第一液压缸的第二端分别与两个所述冷却管的第二端转动连接,两个所述冷却管的第一端上分别安装有所述第二电磁阀,所述喷嘴均匀分布在所述冷却管第三端上,所述圆柱齿条第三端与所述通气管第一端固定连接,所述通气管第二端安装有所述第一电磁阀,所述通气管第一端对称设有所述气嘴,所述第二液压缸第一端与所述升降臂第三端转动连接,所述第二液压缸第二端与所述第一支架第五端转动连接。

所述内冷组件由第一阀体、第二阀体、连接杆、注水孔、支撑臂以及内测温组件组成,所述第一阀体和所述第二阀体安装在所述连接杆上,且关于第一面对称,所述第一阀体与所述第二阀体之间的所述连接杆下部安装有所述注水孔,上部安装有所述内测温组件,所述连接杆设有数个所述支撑臂,所述第一阀体和所述第二阀体结构相同,均由第一安装台、第二直线轴承、第三液压缸、导向件、注水孔、扇形阀、滚珠以及第二安装台组成,数个所述扇形阀呈圆弧形均匀分布,所述导向件和所述第三液压缸的第一端均与所述扇形阀第一端固定连接,所述扇形阀第二端设有若干所述滚珠,所述第一安装台和所述第二安装台的第一端均与所述连接杆固定连接,所述第一安装台第二端与所述导向件第一端固定连接,数个所述导向件呈圆弧形均匀分布,所述第一安装台第二端与所述第三液压缸第二端固定连接,数个所述第三液压缸呈圆弧形均匀分布,所述第二安装台上设有两排均匀分布的通孔,所述第二安装台第二端与所述第二直线轴承第一端固定连接,数个所述第二直线轴承呈圆弧形均匀分布,所述第三液压缸第三端与所述第二安装台第二端固定连接,所述导向件第二端与所述第二直线轴承第二端滑动连接。

优选的,所述第一阀体、所述第二阀体分别关于第二面对称,关于第二面对称的两个所述扇形阀动作一致;

优选的,所述导流组件由导流板、连接臂、弹簧、螺母和底座组成,所述导流板硬度比所述管坯低,所述弹簧使得所述导流组件可以自动调节所述导流板顶线的高度,从而使所述导流板顶线与所述管坯表面紧密接触。

优选的,所述内测温组件和所述外测温组件结构相同,均由电机、测温仪、丝杆、导向杆和支承组成,所述测温仪可以沿所述管坯轴向作往复运动。

优选的,所述直线度测量组件由机座、标准件、图像采集设备、丝杆、导向杆和支承组成,所述图像采集设备可以沿所述管坯轴向作往复运动。

根据上述一种直缝焊管在线冷却装置,本发明还提供一种直缝焊管在线冷却方法,包括如下步骤:

s1、中频热处理:为了降低焊缝区域的残余应力,高频焊管焊接后需要将焊缝区温度再次提高至奥氏体化温度后保温2~4s,进行模拟正火热处理;

s2、冷却:

s21、管坯上部冷却:通过喷射冷却液对管坯上部进行冷却;

s211、在焊缝及热影响区上方形成气体屏障;

s212、对喷淋区喷射冷却液进行冷却,冷却速率大于第一设定值;

s213、管坯上部冷却终了温度为350~450℃;

s22、管坯下部冷却:通过管内冷却液对管坯下部进行冷却;

s221、通过调节管内冷却液的体积,进而调节管坯下部温度;

s222、管坯下部冷却速率大于第二设定值;

s223、管坯下部冷却终了温度为350~450℃;

s23、将管坯上、下部温差控制在第三设定值±5℃范围内;

s24、再经过空冷,当管坯上、下部温度均低于300℃时,水冷至室温;

s3、直线度测量:

s31、直线度达到第四设定值,重复步骤s2,完成后续管坯的冷却;

s32、直线度未达到第四设定值,修正第三设定值,重复步骤s2,使直线度达到第四设定值,转步骤s31。

与现有技术相比,本发明的有益效果:

1、本发明提供一种基于机器视觉的直缝焊管在线冷却方法,摒弃直接以焊管上、下部温差为判据,而是以冷却后焊管直线度公差为负反馈,不断修正温差判断值,形成闭环控制,从而有效保证直缝焊管直线度。

2、本发明的直缝焊管在线冷却装置通过高压高速气体在焊缝及热影响区上方形成气体屏障,有效避免管坯上部冷却时冷却液直接喷射在焊缝及热影响区表面上而形成淬火组织(淬火组织在高应力作用下会产生严重的应力集中,易造成冷裂纹),从而保证焊缝及热影响区冷却后的力学性能。

3、本发明的直缝焊管在线冷却装置中用来测量管坯上部温度的测温装置(内测温组件)设置在管坯内部,避免了冷却液和水汽对测温精度的影响;用来测量管坯下部温度的测温装置(外测温组件)设置在管坯下部,并设置有导流板,避免了用于管坯上部冷却喷射的冷却液沿管坯外表面流到外测温组件上造成设备损失。

4、本发明的直缝焊管在线冷却装置自动化程度高,操作简便,有利于实现高频焊管的精益生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1是本发明的冷却装置正视图;

图2是本发明的冷却装置俯视图;

图3是本发明外冷组件的结构示意图;

图4是本发明外冷组件的局部零件结构示意图;

图5是本发明内冷组件的轴测图;

图6是本发明内冷组件的正视图;

图7是本发明的冷却方法流程图;

图8是本发明内冷组件的局部零件结构示意图;

图9是本发明的冷却方法示意图;

图中标号:1、管坯;101、气体屏障;102、喷淋区;103、热影响区;104、焊缝;105、管内冷却液;

2、v型辊;

3、外冷组件;301、立柱;302、第一电磁阀;303、喷嘴;304、冷却管;305、第二电磁阀;306、气嘴;307、通气管;308、圆柱齿条;309、第一液压缸;310、第一支架;311、第一直线轴承;312、第二支架;313、齿轮;314、机壳;315、第二液压缸;316、升降臂;317、移动平台;318、导轨;319、横梁;

4、外测温组件;

5、导流组件;501、导流板;502、连接臂;503、弹簧;504、螺母;505、底座;

6、内冷组件;601、第一安装台;602、第二直线轴承;603、第三液压缸;604、导向件;605、注水孔;606、扇形阀;607、滚珠;608、第二安装台;609、支撑臂;610、连接杆;611、第二阀体;612、内测温组件;613、第一面;614、第一阀体;615、电机;616、测温仪;617、丝杆;618、导向杆;619、支承;620、第二面;

7、直线度测量组件;701、标准件;702、图像采集设备;703、机座;

8、控制台;9、冷却段;10、精整段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明公开了一种直缝焊管在线冷却装置,如图1和图2所示,包括管坯1、v型辊2、外冷组件3、外测温组件4、导流组件5、内冷组件6、直线度测量组件7以及控制台8,v型辊2固定在地基上,管坯1由数个v型辊2支承,管坯1分为冷却段9和精整段10,冷却段9上部安装有外冷组件3,内部安装有内冷组件6,下部安装有导流组件5和外测温组件4,精整段10前部安装有直线度测量组件7,装置包含控制台8;

外冷组件3,如图3和图4所示,由立柱301、第一电磁阀302、喷嘴303、冷却管304、第二电磁阀305、气嘴306、通气管307、圆柱齿条308、第一液压缸309、第一支架310、第一直线轴承311、第二支架312、齿轮313、机壳314、第二液压缸315、升降臂316、移动平台317、导轨318和横梁319组成,立柱301的数量为二,立柱301第一端固定地基上,横梁319第一端与立柱301第二端固定连接,导轨318的数量为二,导轨318第一端与横梁319第二端固定连接,导轨318第二端与移动平台317第一端滑动连接,移动平台317第二端与升降臂316第一端滑动连接,升降臂316第二端与机壳314第一端固定连接,第一直线轴承311的数量为二,两个第一直线轴承311的第一端分别与机壳314第一端和第二端固定连接,机壳314第三端和第四端与第一支架310、第二支架312以及齿轮313的第一端转动连接,第一支架310第二端与第二支架312第二端啮合,第一直线轴承311的第二端与圆柱齿条308第一端滑动连接,圆柱齿条308第二端与齿轮313第二端啮合,冷却管304的数量为二,两个冷却管304的第一端分别与第一支架310、第二支架312的第三端转动连接,第一液压缸309的数量为二,两个第一液压缸309第一端分别与第一支架310、第二支架312的第四端转动连接,两个第一液压缸309的第二端分别与两个冷却管304的第二端转动连接,两个冷却管304的第一端上分别安装有第二电磁阀305,喷嘴306均匀分布在冷却管304第三端上,圆柱齿条308第三端与通气管307第一端固定连接,通气管307第二端安装有第一电磁阀302,通气管307第一端对称设有气嘴306,第二液压缸315第一端与升降臂316第三端转动连接,第二液压缸315第二端与第一支架310第五端转动连接;

内冷组件6,如图5和图6所示,由第一阀体614、第二阀体611、连接杆610、注水孔605、支撑臂609以及内测温组件612组成,第一阀体614和第二阀体611安装在连接杆610上,且关于第一面613对称,第一阀体614与第二阀体611之间的连接杆610下部安装有注水孔605,上部安装有内测温组件612,连接杆610设有数个支撑臂609,第一阀体614和第二阀体611结构相同,均由第一安装台601、第二直线轴承602、第三液压缸603、导向件604、扇形阀606、滚珠607以及第二安装台608组成,8个扇形阀606呈半圆均匀分布,导向件604和第三液压缸603的第一端均与扇形阀606第一端固定连接,扇形阀606第二端设有若干滚珠607,第一安装台601和第二安装台608的第一端均与连接杆610固定连接,第一安装台601第二端与导向件604第一端固定连接,8个导向件604呈圆弧形均匀分布,第一安装台601第二端与第三液压缸603第二端固定连接,8个第三液压缸603呈圆弧形均匀分布,第二安装台608上设有两排均匀分布的通孔,第二安装台608第二端与第二直线轴承602第一端固定连接,8个第二直线轴承602呈圆弧形均匀分布,第三液压缸603第三端与第二安装台608第二端固定连接,导向件604第二端与第二直线轴承602第二端滑动连接。

上述技术方案中,第一阀体614、第二阀体611分别关于第二面620对称,关于第二面620对称的两个扇形阀606动作一致,如图8所示,8个扇形阀606组成半圆形阀体,其中,a1和a2动作一致,b1和b2动作一致,c1和c2动作一致,d1和d2动作一致。

进一步地,导流组件5由导流板501、连接臂502、弹簧503、螺母504和底座505组成,导流板501硬度比管坯1低(导流板材质为耐高温尼龙,不会在管坯1表面留下划痕),弹簧503使得导流组件5可以自动调节导流板501顶线的高度,从而使导流板501顶线与管坯1表面紧密接触。

具体地,内测温组件612和外测温组件4结构相同,均由电机615、测温仪616、丝杆617、导向杆618和支承619组成,测温仪616可以沿管坯1轴向作往复运动。

更具体地,直线度测量组件7由机座703、标准件701、图像采集设备702、丝杆617、导向杆618和支承619组成,图像采集设备702可以沿管坯1轴向作往复运动,并采集管坯1上母线和下母线的坐标,并将数据传输给控制台8,控制台8计算出管坯1轴线坐标。

在本具体实施方式中,直缝焊管的钢种为x80,规格为φ508mm×9.53mm,焊接温度控制在1350~1400℃,焊接速度控制在1.5~1.9m/min,中频热处理温度控制在930~950℃,直线度测量段管坯1长度l为2m,冷却段9管坯1长度同样为2m,第一设定值为80℃/s,第二设定值为80℃/s,第三设定值为20℃,第四设定值为0.001l(直线度测量段管坯1轴线与基准的误差值不超过0.001l)。

在本发明的一个优选实施例中,一种直缝焊管在线冷却方法,如图7所示,包括以下步骤:

s1、中频热处理:为了降低焊缝区域的残余应力,高频焊管焊接后需要将焊缝104区域温度再次提高至930℃后保温3s,进行模拟正火热处理;

s2、冷却:管坯1感应加热后沿轴向运行2m后,进行冷却,为抑制焊缝104区晶粒长大,提高焊缝104力学性能,需以冷却速度大于空冷的方式进行冷却;

s21、管坯1上部冷却:通过喷射冷却液对管坯1上部进行冷却;

s211、在焊缝104及热影响区103上方形成气体屏障101,避免冷却液直接喷射在焊缝104及热影响区103表面上而形成淬火组织,如图9所示;

s212、对喷淋区102喷射冷却液进行冷却,启动内测温组件612,扫描管坯1上部内壁温度,计算管坯1上部冷却速率,通过调节冷却液的流速,使焊缝104及热影响区103冷却速率达到100℃/s;

s213、通过调节焊接速度和/或冷却液的流速,使管坯1上部冷却终了温度为400℃;

s22、管坯1下部冷却:通过管内冷却液105对管坯1下部进行冷却;

s221、通过内冷组件调节管内冷却液105的体积,以调节管内冷却液105的温度,进而调节管坯1下部温度;

s222、启动外测温组件4,扫描管坯1下部外表面温度,通过步骤s221使管坯1下部冷却速率达到100℃/s;

s223、通过调节焊接速度和/或管内冷却液105的体积,使管坯1下部冷却终了温度为400℃;

s23、计算管坯1上、下部冷却终了时的温差,通过步骤s2使温差控制在20℃(误差不超过1℃);

s24、管坯1继续向前运行,经过一段时间空冷,当管坯1上、下部温度均低于350℃时,通过水冷使管坯1温度降低至室温25℃;

s3、直线度测量:启动直线度测量组件7,计算管坯1精整段直线度公差;

s31、直线度公差小于φ2mm(测量长度为2m),重复步骤s2,完成后续管坯1的冷却;

s32、直线度公差大于φ2mm,修正第三设定值(调整幅度为10%),重复步骤s2,使直线度公差小于φ2mm,转步骤s31。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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