新型直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置

李 鋼，韓保材，張 輝

(1.北鋼管業(yè)(營(yíng)口)有限公司，遼寧 營(yíng)口 115007；2.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京100176)

新型直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置

李 鋼1，韓保材1，張 輝2

(1.北鋼管業(yè)(營(yíng)口)有限公司，遼寧 營(yíng)口 115007；2.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京100176)

為了提高原有直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱處理裝置的生產(chǎn)效率和熱利用率，減少能源浪費(fèi)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)了一種龍門框架結(jié)構(gòu)可升降的自動(dòng)直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置。該裝置能夠在線對(duì)焊管坡口進(jìn)行預(yù)熱，并且采用履帶式陶瓷加熱器，可以根據(jù)所生產(chǎn)鋼管的規(guī)格和長(zhǎng)度，按需要進(jìn)行加熱，從而最大限度地節(jié)約能源，節(jié)省工裝，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。通過實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，該裝置運(yùn)行良好，操作方便，尤其對(duì)冬季焊管坡口預(yù)熱生產(chǎn)提供了可靠保障，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

焊管；直縫埋弧焊管；坡口預(yù)熱；加熱裝置；生產(chǎn)效率

直縫埋弧焊管采用JCOE或者UOE方式將鋼板成型，每根鋼管在縱向有一條焊縫，采用埋弧焊接工藝焊接[1-4]。直縫埋弧焊管的生產(chǎn)工藝靈活，可生產(chǎn)范圍內(nèi)的任何規(guī)格與壁厚。雖然生產(chǎn)效率較高頻焊接鋼管、螺旋焊接鋼管要低，但其最大優(yōu)勢(shì)就在于可以生產(chǎn)其他焊接鋼管、甚至無縫鋼管都不能生產(chǎn)的規(guī)格型號(hào)。

近年來，直縫埋弧焊管產(chǎn)品隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓展有了更高的要求，低合金、大壁厚、高鋼級(jí)焊接鋼管逐漸成為發(fā)展方向。低合金焊管和壓力容器管道[5]在焊接前，為了降低焊接殘余應(yīng)力[6]，改善焊縫的組織與性能，焊縫坡口應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱處理[7]。高鋼級(jí)焊接鋼管在冬季生產(chǎn)時(shí)，為了防止產(chǎn)生焊接缺陷，也要對(duì)焊縫坡口進(jìn)行焊前預(yù)熱處理。預(yù)熱處理可以控制焊接接頭的冷卻速度，減少或避免熱影響區(qū)淬硬馬氏體的產(chǎn)生，降低熱影響區(qū)硬度，從而降低焊接應(yīng)力，有助于氫從焊接接頭中充分逸出。本研究介紹了一種直縫埋弧焊管焊接坡口預(yù)熱裝置，操作方便，通用性強(qiáng)，可降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。

1 原有焊接坡口預(yù)熱裝置的弊端

1.1 生產(chǎn)效率低

現(xiàn)有直縫埋弧焊管企業(yè)焊縫坡口預(yù)熱裝置普遍采用簡(jiǎn)易機(jī)構(gòu)，受生產(chǎn)線工藝流程的制約，大多在進(jìn)入內(nèi)焊[9]工序前將預(yù)焊后的管筒吊離生產(chǎn)線，放置到專門的焊縫坡口預(yù)熱裝置上進(jìn)行坡口加熱，待加熱完成后再吊入制管生產(chǎn)線進(jìn)行內(nèi)焊工序。因反復(fù)倒運(yùn)降低了生產(chǎn)效率。

1.2 加熱效率低

非在線坡口預(yù)熱裝置大多設(shè)備工裝比較復(fù)雜，反復(fù)倒運(yùn)造成加熱好的坡口再次降溫，尤其是北方冬季生產(chǎn)時(shí)，為了彌補(bǔ)熱損失，可能要提高預(yù)熱溫度，從而造成能源浪費(fèi)，降低了加熱裝置的加熱效率，增加了生產(chǎn)企業(yè)制造成本。

1.3 加熱裝置通用性差

以往的加熱裝置多為固定式，不可調(diào)整，一套工裝對(duì)應(yīng)一種規(guī)格的鋼管，或者一套工裝對(duì)應(yīng)尺寸規(guī)格相近的幾種鋼管，不能適應(yīng)多種管徑及長(zhǎng)度的變化，每次更換產(chǎn)品規(guī)格就得更換相應(yīng)的加熱工裝，不但延長(zhǎng)了更換產(chǎn)品規(guī)格的時(shí)間，而且增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 新型直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置由龍門框架[10]、 升降機(jī)構(gòu)[11]、 懸掛裝置[12]、 加熱裝置和旋轉(zhuǎn)托輥組成。其中，龍門框架的橫梁上設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)包括多組同步運(yùn)行的蝸輪升降機(jī)，懸掛裝置沿龍門框架縱向設(shè)有長(zhǎng)梁，長(zhǎng)梁上部與蝸輪升降機(jī)中的升降絲桿連接并可隨之升降，加熱裝置中的陶瓷加熱器縱向設(shè)置在懸掛裝置長(zhǎng)梁下方，龍門框架下方的地面上設(shè)有支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管用的多個(gè)旋轉(zhuǎn)托輥裝置，其安裝軸線與加熱裝置縱向中心線在同一立面內(nèi)。坡口預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 坡口預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 中主體是龍門框架，為焊接加工件，龍門框架的橫梁上安裝有驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與升降機(jī)構(gòu)相連，加熱裝置安裝在升降機(jī)構(gòu)中，運(yùn)管車負(fù)責(zé)將鋼管運(yùn)輸?shù)筋A(yù)熱工位并將預(yù)熱后的鋼管運(yùn)出，旋轉(zhuǎn)輥負(fù)責(zé)將鋼管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將焊接坡口旋轉(zhuǎn)到12點(diǎn)方向。坡口預(yù)熱裝置工作流程如圖2所示。

2.1 龍門框架結(jié)構(gòu)

龍門框架由兩根立柱和一根橫梁組成，立柱和橫梁都為型鋼焊接的鋼結(jié)構(gòu)組件，橫梁上焊接有加強(qiáng)筋，用于提高框架的整體剛性及抗彎能力[13]。龍門框架的兩個(gè)立柱分別由地腳螺栓緊固在地面上。

圖2 坡口預(yù)熱裝置工作流程

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置

焊接坡口預(yù)熱驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。驅(qū)動(dòng)裝置由減速電機(jī)[14]、渦輪升降機(jī)、聯(lián)軸器、固定蓋和連接螺栓組成。其中，減速電機(jī)通過聯(lián)軸器連接在渦輪升降機(jī)上，三組渦輪升降機(jī)又通過聯(lián)軸器連接在一起，保證了蝸桿上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)械同步性；固定蓋通過連接螺栓連接在升降機(jī)構(gòu)上，從而能將驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力傳遞給升降機(jī)構(gòu)，確保升降機(jī)構(gòu)能夠自由上下運(yùn)動(dòng)。

圖3 坡口預(yù)熱驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)由升降支座、連接軸、軸承、壓蓋、鎖緊螺栓、連桿、開口銷、銷軸和彈簧板組成。其中，升降支座為焊接加工結(jié)構(gòu)件，是整個(gè)升降機(jī)構(gòu)的主體，在兩側(cè)安裝有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)[15]，軸承通過連接軸及壓蓋和鎖緊螺母固定在升降支座的兩端，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸承沿著龍門架內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，從而起到很好的導(dǎo)向作用。升降支座的下端通過連桿、銷軸和開口銷預(yù)彈簧板相連，使其形成一個(gè)整體。

2.4 運(yùn)管機(jī)構(gòu)

坡口預(yù)熱裝置運(yùn)管機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示。運(yùn)管機(jī)構(gòu)由V形升降托架、聯(lián)軸器、減速電機(jī)和液壓站[16]組成。其中，V形升降托架在液壓站動(dòng)力源的作用下，可以控制其升降，從而完成鋼管舉升和落下動(dòng)作。減速電機(jī)通過聯(lián)軸器與車輪連接，控制小車的前進(jìn)和后退。

2.5 旋轉(zhuǎn)裝置

坡口預(yù)熱旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。旋轉(zhuǎn)裝置由軸承座、旋轉(zhuǎn)輥、減速電機(jī)、支座和地腳螺栓等組成。減速電機(jī)和軸承座通過軸和軸承連接為一體，軸承座通過螺栓安裝在支座[17]上。整個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置通過地腳螺栓固定在地面上，旋轉(zhuǎn)輥通過電氣控制，可以實(shí)現(xiàn)鋼管的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，完成鋼管焊接坡口12點(diǎn)的找正。

圖4 坡口預(yù)熱裝置運(yùn)管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.6 加熱裝置

加熱裝置由保溫棉、陶瓷加熱墊以及加熱供電系統(tǒng)等組成。陶瓷加熱墊為履帶式陶瓷加熱器，由多個(gè)履帶式連接的加熱單元組成。每個(gè)加熱單元的加熱元件為柔性鎳鉻合金絲纜，表面覆蓋有氧化鋁陶瓷絕緣層。加熱單元橫截面為300～700mm的長(zhǎng)方形，表面溫度可達(dá)1 050℃，抗電強(qiáng)度2 000 V/min，熱態(tài)絕緣電阻＞5 MΩ。加熱單元可以任意拼接和彎曲，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域的加熱或停止操作。該加熱單元具有使用范圍廣、升溫速度快、熱利用率高、操作方便等特點(diǎn)。另外，加熱單元可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[18]，安裝、維修方便，即使內(nèi)部發(fā)熱材料損壞，外部的陶瓷器件仍可回收利用。

圖5 坡口預(yù)熱旋轉(zhuǎn)裝置示意圖

3 實(shí)際應(yīng)用

研制的新型直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置可以根據(jù)所生產(chǎn)鋼管的長(zhǎng)度，提前在電控系統(tǒng)中設(shè)置好加熱單元的數(shù)量和位置，按需要進(jìn)行加熱，能夠最大限度地節(jié)約能源。達(dá)到加熱溫度后，升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)加熱裝置上升，將懸掛裝置抬起，預(yù)熱好的鋼管由運(yùn)管車輸送到下一工位進(jìn)行焊接，而后可以進(jìn)行下一根鋼管的焊縫坡口預(yù)熱工作。該裝置在北鋼管業(yè)(營(yíng)口)有限公司投入運(yùn)行以來，應(yīng)用效果良好，為整條生產(chǎn)線的順利生產(chǎn)，尤其是冬季生產(chǎn)提供了可靠保障，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

(1)研制的新型直縫埋弧焊管坡口預(yù)熱裝置能夠在線對(duì)焊管坡口進(jìn)行預(yù)熱，不影響正常生產(chǎn)。

(2)該裝置調(diào)整使用方便，由電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加熱區(qū)域和溫度的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，對(duì)焊縫坡口及鋼管預(yù)熱區(qū)可以完全契合覆蓋，加熱速度快、熱利用率高、節(jié)能效果顯著、使用安全可靠。

(3)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。

(4)該裝置通用性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同管徑、不同管長(zhǎng)的直縫埋弧焊管進(jìn)行焊縫預(yù)熱，大大節(jié)省了工裝投入。

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A New Type Longitudinal Submerged Arc Welded(SAWL)Pipe Groove Preheating Device

LI Gang1，HAN Baocai2，ZHANG Hui3(1.Beisteel Pipe(Yingkou)Co.,Ltd.,Yingkou 115007，Liaoning，China；2.Capital Engineering ＆Research Incorporation Limited.,Beijing 100176，China)

In order to increase the production efficiency and thermal utilization efficiency of original SAWL pipe groove preheating device，decrease energy waste and reduce the labor intensity，a kind of automatic SAWL pipe groove preheating device was designed，its portal frame structure can rise and fall.The device can preheat welded pipe groove on line，it adopted crawler-type ceramic heater to conduct heating according to the specification and length of manufactured steel pipe，as well as requirements.It can save energy，save tooling and reduce the labor intensity.Through the practical production operation，the equipment run well，easy to operate，especially provided a reliable guarantee for welded pipe groove preheating in winter production，created the good economic benefit.

weldedpipe；longitudinalsubmergedarcwelded(SAWL)pipe；groovepreheating；heatingdevice；productionefficiency

TE905

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.09.009

李 鋼(1969—)，男，碩士，工程師，北鋼管業(yè)(營(yíng)口)有限公司JCOE車間主任，主要從事直縫埋弧焊管生產(chǎn)管理與設(shè)備維護(hù)工作。

2016-04-28

李 超