新型直縫埋弧焊管坡口預熱裝置

李 鋼，韓保材，張 輝

(1.北鋼管業(營口)有限公司，遼寧 營口 115007；2.中冶京誠工程技術有限公司，北京100176)

新型直縫埋弧焊管坡口預熱裝置

李 鋼1，韓保材1，張 輝2

(1.北鋼管業(營口)有限公司，遼寧 營口 115007；2.中冶京誠工程技術有限公司，北京100176)

為了提高原有直縫埋弧焊管坡口預熱處理裝置的生產效率和熱利用率，減少能源浪費，降低工人勞動強度，設計了一種龍門框架結構可升降的自動直縫埋弧焊管坡口預熱裝置。該裝置能夠在線對焊管坡口進行預熱，并且采用履帶式陶瓷加熱器，可以根據所生產鋼管的規格和長度，按需要進行加熱，從而最大限度地節約能源，節省工裝，降低工人勞動強度。通過實際生產運行，該裝置運行良好，操作方便，尤其對冬季焊管坡口預熱生產提供了可靠保障，取得了較好的經濟效益。

焊管；直縫埋弧焊管；坡口預熱；加熱裝置；生產效率

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工藝靈活，可生產范圍內的任何規格與壁厚。雖然生產效率較高頻焊接鋼管、螺旋焊接鋼管要低，但其最大優勢就在于可以生產其他焊接鋼管、甚至無縫鋼管都不能生產的規格型號。

近年來，直縫埋弧焊管產品隨著應用領域的拓展有了更高的要求，低合金、大壁厚、高鋼級焊接鋼管逐漸成為發展方向。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力[6]，改善焊縫的組織與性能，焊縫坡口應進行焊前預熱處理[7]。高鋼級焊接鋼管在冬季生產時，為了防止產生焊接缺陷，也要對焊縫坡口進行焊前預熱處理。預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淬硬馬氏體的產生，降低熱影響區硬度，從而降低焊接應力，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熱裝置，操作方便，通用性強，可降低工人勞動強度，大幅度提高生產效率。

1 原有焊接坡口預熱裝置的弊端

1.1 生產效率低

現有直縫埋弧焊管企業焊縫坡口預熱裝置普遍采用簡易機構，受生產線工藝流程的制約，大多在進入內焊[9]工序前將預焊后的管筒吊離生產線，放置到專門的焊縫坡口預熱裝置上進行坡口加熱，待加熱完成后再吊入制管生產線進行內焊工序。因反復倒運降低了生產效率。

1.2 加熱效率低

非在線坡口預熱裝置大多設備工裝比較復雜，反復倒運造成加熱好的坡口再次降溫，尤其是北方冬季生產時，為了彌補熱損失，可能要提高預熱溫度，從而造成能源浪費，降低了加熱裝置的加熱效率，增加了生產企業制造成本。

1.3 加熱裝置通用性差

以往的加熱裝置多為固定式，不可調整，一套工裝對應一種規格的鋼管，或者一套工裝對應尺寸規格相近的幾種鋼管，不能適應多種管徑及長度的變化，每次更換產品規格就得更換相應的加熱工裝，不但延長了更換產品規格的時間，而且增加了工人的勞動強度。

2 新型直縫埋弧焊管坡口預熱裝置設計

本研究設計的直縫埋弧焊管坡口預熱裝置由龍門框架[10]、 升降機構[11]、 懸掛裝置[12]、 加熱裝置和旋轉托輥組成。其中，龍門框架的橫梁上設有升降機構，升降機構包括多組同步運行的蝸輪升降機，懸掛裝置沿龍門框架縱向設有長梁，長梁上部與蝸輪升降機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置在懸掛裝置長梁下方，龍門框架下方的地面上設有支撐、轉動鋼管用的多個旋轉托輥裝置，其安裝軸線與加熱裝置縱向中心線在同一立面內。坡口預熱裝置結構如圖1所示。

圖1 坡口預熱裝置結構示意圖

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動裝置，驅動裝置與升降機構相連，加熱裝置安裝在升降機構中，運管車負責將鋼管運輸到預熱工位并將預熱后的鋼管運出，旋轉輥負責將鋼管進行旋轉，將焊接坡口旋轉到12點方向。坡口預熱裝置工作流程如圖2所示。

2.1 龍門框架結構

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構組件，橫梁上焊接有加強筋，用于提高框架的整體剛性及抗彎能力[13]。龍門框架的兩個立柱分別由地腳螺栓緊固在地面上。

圖2 坡口預熱裝置工作流程

2.2 驅動裝置

焊接坡口預熱驅動裝置結構如圖3所示。驅動裝置由減速電機[14]、渦輪升降機、聯軸器、固定蓋和連接螺栓組成。其中，減速電機通過聯軸器連接在渦輪升降機上，三組渦輪升降機又通過聯軸器連接在一起，保證了蝸桿上下運動的機械同步性；固定蓋通過連接螺栓連接在升降機構上，從而能將驅動裝置的動力傳遞給升降機構，確保升降機構能夠自由上下運動。

圖3 坡口預熱驅動裝置結構示意圖

2.3 升降機構

升降機構由升降支座、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構件，是整個升降機構的主體，在兩側安裝有導向機構[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，當升降機構上下運動時，軸承沿著龍門架內側滑動，從而起到很好的導向作用。升降支座的下端通過連桿、銷軸和開口銷預彈簧板相連，使其形成一個整體。

2.4 運管機構

坡口預熱裝置運管機結構如圖4所示。運管機構由V形升降托架、聯軸器、減速電機和液壓站[16]組成。其中，V形升降托架在液壓站動力源的作用下，可以控制其升降，從而完成鋼管舉升和落下動作。減速電機通過聯軸器與車輪連接，控制小車的前進和后退。

2.5 旋轉裝置

坡口預熱旋轉裝置結構如圖5所示。旋轉裝置由軸承座、旋轉輥、減速電機、支座和地腳螺栓等組成。減速電機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。整個旋轉裝置通過地腳螺栓固定在地面上，旋轉輥通過電氣控制，可以實現鋼管的正轉和反轉，完成鋼管焊接坡口12點的找正。

圖4 坡口預熱裝置運管機結構示意圖

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等組成。陶瓷加熱墊為履帶式陶瓷加熱器，由多個履帶式連接的加熱單元組成。每個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的長方形，表面溫度可達1 050℃，抗電強度2 000 V/min，熱態絕緣電阻＞5 MΩ。加熱單元可以任意拼接和彎曲，從而實現對應區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。另外，加熱單元可以實現自動控制[18]，安裝、維修方便，即使內部發熱材料損壞，外部的陶瓷器件仍可回收利用。

圖5 坡口預熱旋轉裝置示意圖

3 實際應用

研制的新型直縫埋弧焊管坡口預熱裝置可以根據所生產鋼管的長度，提前在電控系統中設置好加熱單元的數量和位置，按需要進行加熱，能夠最大限度地節約能源。達到加熱溫度后，升降機構帶動加熱裝置上升，將懸掛裝置抬起，預熱好的鋼管由運管車輸送到下一工位進行焊接，而后可以進行下一根鋼管的焊縫坡口預熱工作。該裝置在北鋼管業(營口)有限公司投入運行以來，應用效果良好，為整條生產線的順利生產，尤其是冬季生產提供了可靠保障，取得了較好的經濟效益。

4 結 論

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

(2)該裝置調整使用方便，由電控系統實現加熱區域和溫度的自動控制與調節，對焊縫坡口及鋼管預熱區可以完全契合覆蓋，加熱速度快、熱利用率高、節能效果顯著、使用安全可靠。

(3)該裝置結構簡單、操作方便，全過程實現自動化操作，降低了工人的勞動強度，大幅度提高生產效率。

(4)該裝置通用性強，能夠適應不同管徑、不同管長的直縫埋弧焊管進行焊縫預熱，大大節省了工裝投入。

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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(營口)有限公司JCOE車間主任，主要從事直縫埋弧焊管生產管理與設備維護工作。

2016-04-28

李 超