一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置及工艺的制作方法

本发明涉及管道焊接领域，特别是涉及一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置及工艺。

背景技术：

管道运输作为铁路、公路、海运、民用航空和长输管道五大运输行业之一，在国民经济建设中发挥着重要作用。其输送介质以常见的石油、天然气为主，另外还有工业用气体和化学液体。管道网的构建需要有效的管道焊接工艺来实施；此外，高效节能理念的提倡，对管道的高效连接提出了要求。

常见的焊接方法有电弧焊、激光焊、闪光对焊、高频旋弧焊、轴向摩擦焊、径向摩擦焊等。电弧焊是应用最为广泛的熔焊方法，也是管道焊接中常用的焊接工艺之一。在管道焊接过程中，常常由于焊接引起的局部过热现象，出现穿透、合金元素烧损以及焊后应力集中等现象。不仅仅影响焊缝的良好成形，同时也严重影响了管道的生产质量。另一方面，TP304和TP347两种奥氏体耐热不锈钢是受压管道常用材料。但是，经过测量发现，在焊接过程中，焊接接头非常容易停留在400～500℃这个温度区间。根据“碳化物析出造成晶间贫铬”理论，在450～850℃温度范围内，碳和铬非常容易在奥氏体晶粒边界处聚集形成碳化铬，使得在奥氏体晶粒边界处出现贫铬现象，极易引起晶间腐蚀。同时，Fe-Gr合金在400～550℃温度区间长期停留，极易出现一种特殊脆性，称为437℃脆性。因此，为了实现在焊接过程中获得成形良好的焊缝，消除局部过热是管道制造过程中不可缺少的一个环节。

对管道焊接过程中，消除过热的常用方法是采用冷水强制降温的方法，即焊工在施焊时，旁边放上一桶冷水，每焊完一层焊道就采用浸透冷水的棉纱头擦拭冷却焊缝，使得焊缝金属的温度骤降到150℃左右，在进行下一道的焊接。除此之外，在焊接过程中，采用手工氩弧焊的方法进行打底，利用氩气的保护效果，防止合金元素氧化和烧损。但是，利用手动的方式进行消除局部过热的方式，管道生产效率低，产品优化率不高。而且传统冷却方法应用比较局限，对于大口径管道焊接并不适用。

综上所述，现有技术中对于消除管道焊接过程中局部过热效应的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置及工艺，采用机械自动化的方式，实现高效消除焊缝局部过热现象。

一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置，包括机械骨架、冷却套I、冷却套II、冷却套III、冷却套IV、悬挂杆I、悬挂杆II、注水管和注氩气管；所述的冷却套III和冷却套IV的内侧与焊接管道接触，所述的冷却套III和冷却套IV的外侧设有机械骨架，所述的机械骨架的外侧设有冷却套I和冷却套II，所述的冷却套I、机械骨架与冷却套III之间形成的空腔为蓄水腔，所述的冷却套II、机械骨架与冷却套IV之间形成的空腔为氩气腔；所述的冷却套I的外侧设有悬挂杆I和注水管，所述的冷却套II的外侧设有悬挂杆II和注氩气管。

进一步的，所述的冷却套I、冷却套II、冷却套III和冷却套IV为半圆柱形。

进一步的，所述的冷却套III和冷却套IV上设有均匀分布的通气孔。

进一步的，所述的机械骨架由三个半圆弧形支撑件连接而成；所述的机械骨架和冷却套I、冷却套II通过紧固件连接；通过机械骨架的将两个腔室分开，从而避免氩气与水蒸气混合。

进一步的，所述的悬挂杆I和悬挂杆II分别设于冷却套I和冷却套II的外侧边缘位置。

进一步的，所述的注水管与蓄水腔连通，所述的注氩气管与氩气腔连通。

一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1对管道焊接处进行清洗，除去氧化物、油渍、其他杂质等，以免影响焊接质量；

步骤2将蓄水腔和氩气腔分别充入冷水和氩气，利用悬挂杆I和悬挂杆II将装置悬挂在空中，避免装置与焊接管道紧密接触；

步骤3采用TIG/MAG复合焊接方式，先利用TIG焊枪焊接打底，再利用MAG焊枪对焊缝进行覆盖，通过氩气保护的方式，保证焊缝的良好成形以及防止合金元素烧损；

步骤4焊接结束后，利用悬吊车使装置脱离焊接管道。

进一步的，所述的步骤2中在氩气腔充入氩气，在蓄水腔充入冷水，在气压和水压的作用下，通过通气孔形成水蒸气以及保护气，起到保护焊缝以及消除局部过热现象的作用。

进一步的，所述的步骤3中利用氩气和水蒸气对焊缝降温，将焊缝温度快速冷却至150℃以下，避免焊缝在400～500℃这个温度区间停留，进而消除焊缝局部过热现象。

进一步的，所述的步骤3中TIG焊枪采用直流正接方式，MAG焊接采用直流反接方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在焊接过程中，采用在氩气腔充入氩气，在蓄水腔充入冷水的方式，且保证两个腔室内足够的气压和水压，由于在两个腔室下面有多个均匀排列的通气孔，在气压和水压的作用下，通过通气孔形成水蒸气以及保护气，充分起到保护焊缝以及消除局部过热现象；

2、焊接过程完全由焊接设备自动控制，人为因素很小；焊接过程中只需控制水压、气压、焊接速度、电压、电流以及焊枪的姿势即可，有利于实现焊接自动化，提高生产效率，具有高效、高质等优点；

3、用TIG/MAG复合焊接方式，两个焊枪的姿态调节机构相互独立，可以实现各个焊枪角度和高度的自由调节；在焊接前，通过焊枪紧固夹片将焊枪固定在底板上，通过焊枪在底板调角槽上滑动而实现焊枪角度的调节。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的装配图；

图2为本发明的结构分解图；

其中，1-悬挂杆I，2-注水管，3-注氩气管，4-悬挂杆II，5-MAG焊枪，6-TIG焊枪，7-冷却套II，8-机械骨架，9-冷却套I，10-冷却套III，11-焊接管道，12-焊缝，13-蓄水腔，14-氩气腔，15-通气孔，16-冷却套IV。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不能充分消除管道焊接中局部过热效应的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置及工艺。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置，包括机械骨架8、冷却套I9、冷却套II7、冷却套III10、冷却套IV16、悬挂杆I1、悬挂杆II4、注水管2和注氩气管3；其中，所述的冷却套III10和冷却套IV16的内侧与焊接管道11接触，所述的冷却套III10和冷却套IV16的外侧设有机械骨架8，所述的机械骨架8的外侧设有冷却套I9和冷却套II7，所述的冷却套I9、机械骨架8与冷却套III10之间形成的空腔为蓄水腔13，所述的冷却套II7、机械骨架8与冷却套IV16之间形成的空腔为氩气腔14；所述的冷却套I9的外侧设有悬挂杆I1和注水管2，所述的冷却套II7的外侧设有悬挂杆II4和注氩气管3。

上述的冷却套I9、冷却套II7、冷却套III10和冷却套IV16为半圆柱形，冷却套III10和冷却套IV16的内径与焊接管道11的外径相近，保证装置与焊接管道的贴合。

为了进一步保证装置的冷却作用，在所述的冷却套III10和冷却套IV16上设有均匀分布的通气孔15，水蒸气与氩气由通气孔15进入到焊缝周围。

上述的机械骨架8由三个半圆弧形支撑件连接而成，位于机械骨架8一端的半圆弧形支撑件的边缘与冷却套I9、冷却套III10的边缘对齐，位于机械骨架8另一端的半圆弧形支撑件的边缘与冷却套II7、冷却套IV16的边缘对齐，中间的半圆弧形支撑件将蓄水腔13与氩气腔14分隔开，形成的蓄水腔13的空间大于氩气腔14的空间。所述的机械骨架8和冷却套I9、冷却套II7通过紧固件连接；所述的紧固件可以是螺钉、螺栓等连接件。通过机械骨架8的将两个腔室分开，从而避免氩气与水蒸气混合。

上述的悬挂杆I1和悬挂杆II4分别设于冷却套I9和冷却套II7的外侧边缘位置，通过悬吊悬挂件I和悬挂件II，使装置与焊接管道11不至于紧密接触，从而避免影响到水蒸气与氩气的顺利排出。

上述的注水管2与蓄水腔13连通，注氩气管3与氩气腔14连通，通过注水管2将冷水注入蓄水腔13中，通过注氩气管3将氩气通入氩气腔14中。

上述的用于消除管道焊接过程中局部过热效应的装置的安装过程为：

将冷却套III10和冷却套IV16并列贴合，在冷却套III10和冷却套IV16的外侧放置机械骨架8，在机械骨架8的外侧放置冷却套I9和冷却套II7，用固定件将机械骨架8与冷却套I9、冷却套II7、冷却套III10和冷却套IV固定在一起，形成蓄水腔13和氩气腔14。

本发明的另一实施例中，上述的冷却套I9和冷却套II7可以做成一体结构作为上冷却套，所述的冷却套III10和冷却套IV16可以做成一体结构作为下冷却套，所述的下冷却套上设有均匀分布的通气孔15，所述的上冷却套与下冷却套之间设有机械骨架8，所述的机械骨架8与上冷却套和下冷却套之间形成两个空腔，即蓄水腔13和氩气腔14；所述的机械骨架8的厚度与上冷却套和下冷却套形成的空间间隔相等。

本发明的又一实施例中，以TP304奥氏体耐热不锈钢管道焊接为例具体说明消除过热效应装置在管道焊接中的连接工艺以及使用。管道焊接的消除局部过热效应的工艺与装置适用于石油、天然气管道的焊接。焊前的准备工作是确保焊接质量的重要环节。

第一步，首先对管道焊接处进行清洗，除去氧化物、油渍、其他杂质等。

第二步，通过注水管2和注氩气管3提前对蓄水腔13和氩气腔14分别充入冷水以及氩气。通过机械骨架8的方式将两个腔室分开，从而避免氩气与水蒸气混合。利用两个悬挂杆将装置悬挂在空中，避免冷却装置与焊接管道11紧密接触。

第三步，采用TIG/MAG复合焊接方式，利用TIG焊枪进行打底，利用MAG焊枪进覆盖。TIG-MAG复合焊接的高效焊接装置中两个焊枪的姿态调节机构相互独立，可以实现各个焊枪角度和高度的自由调节。在焊接前，是通过焊枪紧固夹片将焊枪固定在底板上，通过焊枪在底板调角槽上滑动而实现焊枪角度的调节。在双焊枪水平、垂直位置及各自倾斜角度的调节完成后开始焊接，TIG焊接采用直流正接，MAG焊接采用直流反接，TIG焊枪在前，MAG焊枪在后。

第四步，在焊枪进行焊接过程中，利用氩气和冷水蒸气对焊接管道11的焊缝12进行降温，通过红外线测温装置对焊缝温度进行快速检测，以保证焊缝温度低于150℃，进而消除焊缝局部过热现象。

第五步，焊接结束后，利用悬吊车将冷却装置缓慢撤离。

具体焊接过程如下：

(1)参数设置：将焊接工艺参数设置为焊接速度0.5m/min，送丝速度为6m/min，MAG电流200A，MAG电压22V，MAG焊枪导电嘴高度18mm，MAG焊枪气流量15L/min；TIG电流90A，TIG电流11V，焊接速度0.05m/min；

(2)调节焊枪位置：将TIG焊枪的钨极与不锈钢管道焊缝的高度调节为3mm，MAG焊枪的导电嘴距不锈钢管道焊缝的高度调节为18mm；TIG焊枪设置于MAG焊枪的前面；

(3)焊接：利用TIG焊枪和MAG焊枪进行焊接，焊接过程中氩气腔的氩气和蓄水腔的水蒸气通过通气孔进入焊缝周围，对不锈钢管道的焊缝进行降温，将焊缝温度迅速冷却到150℃以下，通过红外线测温装置对焊缝温度进行检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。