用于金属复合管的感应焊接装置及其方法与流程

本发明涉及复合管生产，特别涉及一种用于金属复合管的感应焊接装置及其感应焊接方法。

背景技术：

1、金属复合管道已经广泛应用于石油、化学燃料、深海能源运输等领域，其可在外侧选用不同材料的金属以应对环境和内部化学液体的腐蚀，同时管道中心材料可以保持整体刚性和强度。复合管相比于使用纯金属一体加工，可以提高产品性能，但由于复合管不同层金属间性质不一，对加工要求较高使得复合管发展一直受限。但随着新材料以及计算机控制的发展，高质量金属复合管的未来前景广泛。

2、金属复合管的难点在于几层不同金属材料如何可靠的粘接在一起，现有技术通过机械复合法生产出管道接合面容易分层失效，热轧复合板目前难以焊接成钢管。目前有一些通过感应加热来生产管道的装置，如公开号cn 113245756a一种双层复合管直缝焊接加热装置及其工艺，其用多个电极分开加热管坯，来解决不同材料所需要的不同温度，但线圈布局受限很难应对三层或其他形式的复合管道。因此本发明提出一种用于金属复合管的感应焊接方法及其装置。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于金属复合管的感应焊接装置及其方法，通过在管道的最终焊接处布置第一线圈组，在管道弯卷成型前设置多个第二线圈组来加热管道内侧，从而通过单独调节第一加热线圈的功率p1以及第二加热线圈的功率p2，应对复合管内外侧材料属性不同时的区别加热，温度反馈调节线圈组之间的距离和各个加热线圈的功率使得生产过程中动态平衡，从而使复合管每层金属维持不同的适宜焊接温度，解决由于加热目标温度不一样难以焊接的问题。

2、本发明提供了一种用于金属复合管的感应焊接装置，其包括第一线圈组、第二线圈组、挤压滚、高频电源、送料机构和循环水泵。沿着基板的长度方向，所述挤压滚、所述第一线圈组、所述第二线圈组和所述送料机构依次分布，所述高频电源位于所述第二线圈组的一侧，所述高频电源和所述循环水泵连接。所述第一线圈组，其包括第一加热线圈、第一支撑架、红外摄像头、数据线、水冷铜管和控制器，所述第一加热线圈和所述红外摄像头的安装端分别与所述第一支撑架的第一固定端和第二固定端连接，所述红外摄像头的输出端通过数据线和所述控制器连接，所述第一加热线圈的供电端通过水冷铜管和所述高频电源的第一输出端连接。所述第二线圈组，其包括步进电机、丝杠、水管、柔性导线、螺柱、螺母、导轨、导磁体、第二加热线圈、连接铜管、转接管、粗螺柱、滑动平台、粗螺母、第二支撑架、转接板和支座，所述步进电机的固定端和所述第二支撑架的第一安装端连接，所述滑动平台的安装端和所述第二支撑架的第二安装端滑动连接，所述步进电机的输出端和所述丝杠的输入端连接，所述丝杠的输出端和所述滑动平台的第一端连接，所述水管和所述柔性导线的第一端分别与所述高频电源的第二输出端和第三输出端连接，所述水管和所述柔性导线的第二端分别依次通过滑动平台、转接管和连接铜管的安装孔与所述第二加热线圈的第一端和第二端连接，所述转接管位于所述滑动平台和所述转接板之间，所述连接铜管位于所述转接板和所述支座之间。所述导磁体和所述第二加热线圈的固定端分别与所述支座的第一安装端和第二安装端连接，所述螺柱的两端分别通过螺母和对称分布在所述转接板两侧的支座的第三安装端连接，所述粗螺柱的安装端穿过转接板的安装孔通过粗螺母和所述滑动平台的第二端连接；通过单独调节第一加热线圈的功率或者第二加热线圈的功率，来改善金属复合管内外侧材料属性不同时的区别加热。

3、可优选的是，所述第一线圈组、所述第二线圈组、所述挤压滚、所述高频电源、所述送料机构和所述循环水泵的安装端分别与基板的第一安装端、第二安装端、第三安装端、第四安装端、第五安装端和第六安装端连接。

4、可优选的是，所述第一线圈组位于管道的外侧，所述第二线圈组位于管道的内侧。

5、可优选的是，所述第一线圈组的数量为一个，所述第二线圈组的数量至少为一个。

6、可优选的是，所述导磁体和所述第二加热线圈分别位于管道壁的两侧，所述导磁体位于管道壁的外表面，所述第二加热线圈位于管道壁的内表面。

7、本发明的另外一方面，提供一种用于前述金属复合管的感应焊接装置的感应焊接方法，具体步骤包括：

8、s1、根据待生产的管道的要求，确定第二线圈组的数量n，并并通过调整第二线圈组中粗螺柱和螺柱的位置，使第二线圈组中第二加热线圈到达对应位置，同时在管道焊接处上方固定第一线圈组；

9、s2、确定待生产的管道中所需板材的材料属性，并通过高频电源设定第一加热线圈的加热功率p1和第二加热线圈的加热功率p2；

10、s3、根据内侧板材在多个第二线圈组加热后所需要的第一热扩散时间t1和外侧板材在第一个第二线圈组加热后所需要的第二热扩散时间t2，分别调整第一线圈组和第一个第二线圈组的第一间距l1以及多个第二线圈组之间的第二间距l2，从而获得装置的初始间距，所述第一热扩散时间t1的表达式为：

11、t1＝k/np2

12、其中，k为比例系数；

13、所述第二热扩散时间t2的表达式为：

14、t2＝k/p2

15、其中，k为比例系数；

16、s4、在步骤s3的基础上，分别调整第一线圈组和第二线圈组的第一间距l1、相邻第二线圈组的第二间距l2，使待生产的管道在加热焊接过程中所需温度更加均匀；

17、s5、分别设定内侧板材的温度区间c2和外侧板材的温度区间c1，并使送料机构开始生产，使待生产的管道以板带前进速度v，通过送料机构送往第二线圈组和第一线圈组进行加热；若板带前进速度v发生改变，则进行步骤s3，若板带前进速度v未发生改变，则进行步骤s6；

18、s6、将红外摄像头采集的内侧板材和外侧板材的温度值分别与内侧板材的温度区间c2和外侧板材的温度区间c1进行比较，若外侧板材的温度值高于外侧板材的温度区间c1，则降低第一加热线圈的加热功率p1，并返回步骤s2，若外侧板材的温度值低于外侧板材的温度区间c1，则提高第一加热线圈的加热功率p1，并返回步骤s2；若内侧板材的温度值高于内侧板材的温度区间c2，则降低第二加热线圈的加热功率p2，并返回步骤s2，若内侧板材的温度值低于内侧板材的温度区间c2，则提高第二加热线圈的加热功率p2，并返回步骤s2；若外侧板材的温度值和内侧板材的温度值分别位于外侧板材的温度区间c1和内侧板材的温度区间c2，完成内外侧板材的焊接前温度调节。

19、可优选的是，在步骤s2中，所述所需板材的材料属性，其包括内侧板材的厚度h1、内侧板材的导热系数λ1、外侧板材的厚度h2和外侧板材的导热系数λ2。

20、可优选的是，所述第一加热线圈的加热功率p1和所述第二加热线圈的加热功率p2的大小值分别与内侧板材的厚度h1、内侧板材的导热系数λ1、外侧板材的厚度h2和外侧板材的导热系数λ2相关。

21、可优选的是，在步骤s3中，所述比例系数k与板材的厚度h成正比，与导热系数λ成反比。

22、可优选的是，在步骤s3中，所述第一间距l1的表达式为：

23、l1＝v×t1

24、其中，v为板材的生产速度；

25、所述第二间距l2的表达式为：

26、l2＝v×t2

27、其中，v为板材的生产速度。

28、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

29、1.本发明针对金属复合管的内侧和外侧采用不同的线圈加热，由于复合管道每层材料最佳焊接温度都不尽相同，通过控制第一线圈组加热外侧，第二线圈组加热内侧，其上线圈功率单独控制，使不同材料在挤压焊接时有各自合适的焊接温度。

30、2.本发明装置通过引入速度和温度反馈调节，使其改变线圈上的功率大小同时改变电极组之间间距，控制温度不会因环境干扰过高或者过低，提高焊接区域内温度稳定性。

31、3.本发明方法通过内外侧的感应电极，对管道实现精准加热，温度从内侧管壁和外侧管壁向着焊缝中心处传递，温度在壁厚方向上梯度被减小。

32、4.本发明相对传统加工方法，不仅不需要额外添加剂，也没有残余废料产生，能量利用集中，更为绿色环保；而且本发明生产过程通过精准电极加热，生产更为高效节能。