本發(fā)明涉及管道焊接領域，特別是涉及一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置及工藝。

背景技術：

管道運輸作為鐵路、公路、海運、民用航空和長輸管道五大運輸行業(yè)之一，在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮著重要作用。其輸送介質(zhì)以常見的石油、天然氣為主，另外還有工業(yè)用氣體和化學液體。管道網(wǎng)的構建需要有效的管道焊接工藝來實施；此外，高效節(jié)能理念的提倡，對管道的高效連接提出了要求。

常見的焊接方法有電弧焊、激光焊、閃光對焊、高頻旋弧焊、軸向摩擦焊、徑向摩擦焊等。電弧焊是應用最為廣泛的熔焊方法，也是管道焊接中常用的焊接工藝之一。在管道焊接過程中，常常由于焊接引起的局部過熱現(xiàn)象，出現(xiàn)穿透、合金元素燒損以及焊后應力集中等現(xiàn)象。不僅僅影響焊縫的良好成形，同時也嚴重影響了管道的生產(chǎn)質(zhì)量。另一方面，TP304和TP347兩種奧氏體耐熱不銹鋼是受壓管道常用材料。但是，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，在焊接過程中，焊接接頭非常容易停留在400～500℃這個溫度區(qū)間。根據(jù)“碳化物析出造成晶間貧鉻”理論，在450～850℃溫度范圍內(nèi)，碳和鉻非常容易在奧氏體晶粒邊界處聚集形成碳化鉻，使得在奧氏體晶粒邊界處出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，極易引起晶間腐蝕。同時，F(xiàn)e-Gr合金在400～550℃溫度區(qū)間長期停留，極易出現(xiàn)一種特殊脆性，稱為437℃脆性。因此，為了實現(xiàn)在焊接過程中獲得成形良好的焊縫，消除局部過熱是管道制造過程中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

對管道焊接過程中，消除過熱的常用方法是采用冷水強制降溫的方法，即焊工在施焊時，旁邊放上一桶冷水，每焊完一層焊道就采用浸透冷水的棉紗頭擦拭冷卻焊縫，使得焊縫金屬的溫度驟降到150℃左右，在進行下一道的焊接。除此之外，在焊接過程中，采用手工氬弧焊的方法進行打底，利用氬氣的保護效果，防止合金元素氧化和燒損。但是，利用手動的方式進行消除局部過熱的方式，管道生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品優(yōu)化率不高。而且傳統(tǒng)冷卻方法應用比較局限，對于大口徑管道焊接并不適用。

綜上所述，現(xiàn)有技術中對于消除管道焊接過程中局部過熱效應的問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置及工藝，采用機械自動化的方式，實現(xiàn)高效消除焊縫局部過熱現(xiàn)象。

一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置，包括機械骨架、冷卻套I、冷卻套II、冷卻套III、冷卻套IV、懸掛桿I、懸掛桿II、注水管和注氬氣管；所述的冷卻套III和冷卻套IV的內(nèi)側與焊接管道接觸，所述的冷卻套III和冷卻套IV的外側設有機械骨架，所述的機械骨架的外側設有冷卻套I和冷卻套II，所述的冷卻套I、機械骨架與冷卻套III之間形成的空腔為蓄水腔，所述的冷卻套II、機械骨架與冷卻套IV之間形成的空腔為氬氣腔；所述的冷卻套I的外側設有懸掛桿I和注水管，所述的冷卻套II的外側設有懸掛桿II和注氬氣管。

進一步的，所述的冷卻套I、冷卻套II、冷卻套III和冷卻套IV為半圓柱形。

進一步的，所述的冷卻套III和冷卻套IV上設有均勻分布的通氣孔。

進一步的，所述的機械骨架由三個半圓弧形支撐件連接而成；所述的機械骨架和冷卻套I、冷卻套II通過緊固件連接；通過機械骨架的將兩個腔室分開，從而避免氬氣與水蒸氣混合。

進一步的，所述的懸掛桿I和懸掛桿II分別設于冷卻套I和冷卻套II的外側邊緣位置。

進一步的，所述的注水管與蓄水腔連通，所述的注氬氣管與氬氣腔連通。

一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的工藝，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1對管道焊接處進行清洗，除去氧化物、油漬、其他雜質(zhì)等，以免影響焊接質(zhì)量；

步驟2將蓄水腔和氬氣腔分別充入冷水和氬氣，利用懸掛桿I和懸掛桿II將裝置懸掛在空中，避免裝置與焊接管道緊密接觸；

步驟3采用TIG/MAG復合焊接方式，先利用TIG焊槍焊接打底，再利用MAG焊槍對焊縫進行覆蓋，通過氬氣保護的方式，保證焊縫的良好成形以及防止合金元素燒損；

步驟4焊接結束后，利用懸吊車使裝置脫離焊接管道。

進一步的，所述的步驟2中在氬氣腔充入氬氣，在蓄水腔充入冷水，在氣壓和水壓的作用下，通過通氣孔形成水蒸氣以及保護氣，起到保護焊縫以及消除局部過熱現(xiàn)象的作用。

進一步的，所述的步驟3中利用氬氣和水蒸氣對焊縫降溫，將焊縫溫度快速冷卻至150℃以下，避免焊縫在400～500℃這個溫度區(qū)間停留，進而消除焊縫局部過熱現(xiàn)象。

進一步的，所述的步驟3中TIG焊槍采用直流正接方式，MAG焊接采用直流反接方式。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、在焊接過程中，采用在氬氣腔充入氬氣，在蓄水腔充入冷水的方式，且保證兩個腔室內(nèi)足夠的氣壓和水壓，由于在兩個腔室下面有多個均勻排列的通氣孔，在氣壓和水壓的作用下，通過通氣孔形成水蒸氣以及保護氣，充分起到保護焊縫以及消除局部過熱現(xiàn)象；

2、焊接過程完全由焊接設備自動控制，人為因素很??；焊接過程中只需控制水壓、氣壓、焊接速度、電壓、電流以及焊槍的姿勢即可，有利于實現(xiàn)焊接自動化，提高生產(chǎn)效率，具有高效、高質(zhì)等優(yōu)點；

3、用TIG/MAG復合焊接方式，兩個焊槍的姿態(tài)調(diào)節(jié)機構相互獨立，可以實現(xiàn)各個焊槍角度和高度的自由調(diào)節(jié)；在焊接前，通過焊槍緊固夾片將焊槍固定在底板上，通過焊槍在底板調(diào)角槽上滑動而實現(xiàn)焊槍角度的調(diào)節(jié)。

附圖說明

構成本發(fā)明的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。

圖1為本發(fā)明的裝配圖；

圖2為本發(fā)明的結構分解圖；

其中，1-懸掛桿I，2-注水管，3-注氬氣管，4-懸掛桿II，5-MAG焊槍，6-TIG焊槍，7-冷卻套II，8-機械骨架，9-冷卻套I，10-冷卻套III，11-焊接管道，12-焊縫，13-蓄水腔，14-氬氣腔，15-通氣孔，16-冷卻套IV。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本發(fā)明提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現(xiàn)有技術中存在不能充分消除管道焊接中局部過熱效應的不足，為了解決如上的技術問題，本發(fā)明提出了一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置及工藝。

本發(fā)明的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置，包括機械骨架8、冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10、冷卻套IV16、懸掛桿I1、懸掛桿II4、注水管2和注氬氣管3；其中，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16的內(nèi)側與焊接管道11接觸，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16的外側設有機械骨架8，所述的機械骨架8的外側設有冷卻套I9和冷卻套II7，所述的冷卻套I9、機械骨架8與冷卻套III10之間形成的空腔為蓄水腔13，所述的冷卻套II7、機械骨架8與冷卻套IV16之間形成的空腔為氬氣腔14；所述的冷卻套I9的外側設有懸掛桿I1和注水管2，所述的冷卻套II7的外側設有懸掛桿II4和注氬氣管3。

上述的冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10和冷卻套IV16為半圓柱形，冷卻套III10和冷卻套IV16的內(nèi)徑與焊接管道11的外徑相近，保證裝置與焊接管道的貼合。

為了進一步保證裝置的冷卻作用，在所述的冷卻套III10和冷卻套IV16上設有均勻分布的通氣孔15，水蒸氣與氬氣由通氣孔15進入到焊縫周圍。

上述的機械骨架8由三個半圓弧形支撐件連接而成，位于機械骨架8一端的半圓弧形支撐件的邊緣與冷卻套I9、冷卻套III10的邊緣對齊，位于機械骨架8另一端的半圓弧形支撐件的邊緣與冷卻套II7、冷卻套IV16的邊緣對齊，中間的半圓弧形支撐件將蓄水腔13與氬氣腔14分隔開，形成的蓄水腔13的空間大于氬氣腔14的空間。所述的機械骨架8和冷卻套I9、冷卻套II7通過緊固件連接；所述的緊固件可以是螺釘、螺栓等連接件。通過機械骨架8的將兩個腔室分開，從而避免氬氣與水蒸氣混合。

上述的懸掛桿I1和懸掛桿II4分別設于冷卻套I9和冷卻套II7的外側邊緣位置，通過懸吊懸掛件I和懸掛件II，使裝置與焊接管道11不至于緊密接觸，從而避免影響到水蒸氣與氬氣的順利排出。

上述的注水管2與蓄水腔13連通，注氬氣管3與氬氣腔14連通，通過注水管2將冷水注入蓄水腔13中，通過注氬氣管3將氬氣通入氬氣腔14中。

上述的用于消除管道焊接過程中局部過熱效應的裝置的安裝過程為：

將冷卻套III10和冷卻套IV16并列貼合，在冷卻套III10和冷卻套IV16的外側放置機械骨架8，在機械骨架8的外側放置冷卻套I9和冷卻套II7，用固定件將機械骨架8與冷卻套I9、冷卻套II7、冷卻套III10和冷卻套IV固定在一起，形成蓄水腔13和氬氣腔14。

本發(fā)明的另一實施例中，上述的冷卻套I9和冷卻套II7可以做成一體結構作為上冷卻套，所述的冷卻套III10和冷卻套IV16可以做成一體結構作為下冷卻套，所述的下冷卻套上設有均勻分布的通氣孔15，所述的上冷卻套與下冷卻套之間設有機械骨架8，所述的機械骨架8與上冷卻套和下冷卻套之間形成兩個空腔，即蓄水腔13和氬氣腔14；所述的機械骨架8的厚度與上冷卻套和下冷卻套形成的空間間隔相等。

本發(fā)明的又一實施例中，以TP304奧氏體耐熱不銹鋼管道焊接為例具體說明消除過熱效應裝置在管道焊接中的連接工藝以及使用。管道焊接的消除局部過熱效應的工藝與裝置適用于石油、天然氣管道的焊接。焊前的準備工作是確保焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

第一步，首先對管道焊接處進行清洗，除去氧化物、油漬、其他雜質(zhì)等。

第二步，通過注水管2和注氬氣管3提前對蓄水腔13和氬氣腔14分別充入冷水以及氬氣。通過機械骨架8的方式將兩個腔室分開，從而避免氬氣與水蒸氣混合。利用兩個懸掛桿將裝置懸掛在空中，避免冷卻裝置與焊接管道11緊密接觸。

第三步，采用TIG/MAG復合焊接方式，利用TIG焊槍進行打底，利用MAG焊槍進覆蓋。TIG-MAG復合焊接的高效焊接裝置中兩個焊槍的姿態(tài)調(diào)節(jié)機構相互獨立，可以實現(xiàn)各個焊槍角度和高度的自由調(diào)節(jié)。在焊接前，是通過焊槍緊固夾片將焊槍固定在底板上，通過焊槍在底板調(diào)角槽上滑動而實現(xiàn)焊槍角度的調(diào)節(jié)。在雙焊槍水平、垂直位置及各自傾斜角度的調(diào)節(jié)完成后開始焊接，TIG焊接采用直流正接，MAG焊接采用直流反接，TIG焊槍在前，MAG焊槍在后。

第四步，在焊槍進行焊接過程中，利用氬氣和冷水蒸氣對焊接管道11的焊縫12進行降溫，通過紅外線測溫裝置對焊縫溫度進行快速檢測，以保證焊縫溫度低于150℃，進而消除焊縫局部過熱現(xiàn)象。

第五步，焊接結束后，利用懸吊車將冷卻裝置緩慢撤離。

具體焊接過程如下：

(1)參數(shù)設置：將焊接工藝參數(shù)設置為焊接速度0.5m/min，送絲速度為6m/min，MAG電流200A，MAG電壓22V，MAG焊槍導電嘴高度18mm，MAG焊槍氣流量15L/min；TIG電流90A，TIG電流11V，焊接速度0.05m/min；

(2)調(diào)節(jié)焊槍位置：將TIG焊槍的鎢極與不銹鋼管道焊縫的高度調(diào)節(jié)為3mm，MAG焊槍的導電嘴距不銹鋼管道焊縫的高度調(diào)節(jié)為18mm；TIG焊槍設置于MAG焊槍的前面；

(3)焊接：利用TIG焊槍和MAG焊槍進行焊接，焊接過程中氬氣腔的氬氣和蓄水腔的水蒸氣通過通氣孔進入焊縫周圍，對不銹鋼管道的焊縫進行降溫，將焊縫溫度迅速冷卻到150℃以下，通過紅外線測溫裝置對焊縫溫度進行檢測。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。