一种辅助现场焊接用柔性热处理贴片及方法与流程

本发明属于金属焊接热处理，具体涉及一种辅助现场焊接用柔性热处理贴片及方法，可广泛应用于压力容器、压力管道、大型金属结构等现场焊接工况下的焊前预热与焊后局部消除应力热处理。

背景技术：

1、大型工程建设过程中存在大量现场金属构件焊接作业，例如长输油气管道的现场组焊、抽水蓄能电站压力管道的安装焊接、火电与化工领域大型压力容器及管道的现场装配等。受施工场地与构件尺寸限制，此类大型装备无法实现工厂化整体制造与整体热处理，仅能采用现场局部热处理工艺。焊后热处理可有效消除焊接残余应力、均匀焊缝组织性能，是保障焊接结构服役安全性的关键工序。

2、现有技术中，专利文献cn110396590b提出了大型压力容器局部热处理的工艺规程，但未明确给出可落地的现场热处理工装装备的具体实施方案，现场局部热处理装备匮乏的核心问题未得到解决。专利文献cn215880451u、cn211930896u公开了履带式电加热器的装配连接装置，可在一定程度上适配异形结构的加热装置敷设，但该类工装采用电阻式加热原理，热量由工件表面向内传导，热效率低、温度场控制精度差，易出现局部过热或加热不均的问题，过度热处理还可能造成母材力学性能劣化。

3、常规磁感应加热方案多采用线圈缠绕式布设，磁场方向平行于工件表面，加热范围大且不可控，无法实现焊缝区域的精准温度场调控；同时现有加热方案多直接针对焊缝区域集中加热，与焊接过程的热输入特征叠加，易导致焊缝与母材温差过大，不利于焊接残余应力的均匀释放。此外，现场施工工况下工件结构多样，存在大量异形曲面、内凹焊缝、内壁作业等复杂场景，现有热处理工装布设效率低、适配性差，难以满足极寒、风沙等严苛野外环境下的高效、高质量热处理需求。

技术实现思路

1、针对现有现场局部热处理技术存在的工装布设效率低、异形结构适配性差、加热温度场可控性差、焊接应力消除效果不佳等技术不足，本发明提供一种辅助现场焊接用柔性热处理贴片及方法，采用单元化磁吸快拆结构与垂直磁场感应加热技术，通过焊缝两侧间接加热的方式实现精准温度场调控，大幅提升现场热处理的施工效率与工艺质量。

2、为实现上述目的，本发明一方面提供本发明一方面提供一种辅助现场焊接用柔性热处理贴片，包括至少一个热处理贴片单元，热处理贴片单元包括柔性罩衣、磁场单元、隔热组件和磁吸固定组件；

3、所述磁场单元嵌设于柔性罩衣内，包含至少一个磁感应线圈，磁感应线圈的磁场方向垂直于被加热工件表面，用于对焊缝两侧的金属区域进行感应加热，通过热传导实现焊缝的间接热处理；

4、所述磁吸固定组件设置于柔性罩衣的边缘，用于将热处理贴片单元快速吸附固定于工件表面；

5、所述隔热组件设置于磁场单元背离工件的一侧，用于减少热量向外散失。

6、优选地，所述柔性罩衣分为外用贴片罩衣与内用贴片罩衣；

7、所述外用贴片罩衣包括外用罩衣本体和分设于其四个端角的第一磁吸片，用于吸附固定于工件外表面；

8、所述内用贴片罩衣包括内用罩衣本体、第二磁吸片以及可伸缩支撑杆，可伸缩支撑杆两端分别连接第二磁吸片与内用罩衣本体，用于适配工件内表面的曲面与异形结构。

9、优选地，所述磁场单元包含多个独立供电的供磁体，每个供磁体均包括陶瓷隔热盘、磁感应线圈和电缆快接端子；

10、所述陶瓷隔热盘朝向工件的一侧设有凹槽，磁感应线圈嵌设于凹槽内，所述电缆快接端子与磁感应线圈电连接，用于快速接入供电回路。

11、优选地，所述隔热组件为隔热片，隔热片为柔性玻璃纤维毡或柔性气凝胶隔热片，铺设于磁场单元背离工件的一侧。

12、优选地，还包括固定索，固定索包括缆绳和分设于缆绳两端的第三磁吸片，用于在内凹异形焊缝处辅助牵拉固定所述热处理贴片单元。

13、优选地，多个所述热处理贴片单元通过拼接组合覆盖整条焊缝；针对厚壁工件，则在工件内外表面同时布设所述热处理贴片单元，以提升升温速率。

14、优选地，各所述供磁体独立控制供电电流，通过调节不同位置供磁体的输入功率，实现工件表面矩阵化温度场的精准调控。

15、本发明另一方面提供一种辅助现场焊接的热处理方法，采用所述的柔性热处理贴片，包括以下步骤：

16、s1，根据工件参数与焊缝形式，确定热处理贴片的布置方案与全过程温控曲线；

17、s2，建立工件1:1仿真模型，结合实物试验校正模型精度，优化得到矩阵化温度场温控曲线与对应电流输入方案；

18、s3，按照设计点位布设热处理贴片单元矩阵，连接供电线路并完成外部保温处理；

19、s4，热处理过程中采用非接触式测温采集关键点位温度，以温度反馈信号调节各贴片单元的输入电流，控制升温速率与工件温度场分布；

20、s5，控制工件按设定速率冷却，完成焊接预热或焊后热处理。

21、优选地，步骤s2中，模型校正采用等比例焊接与热处理实物试验完成，并对比局部热处理与整体热处理的焊缝力学性能与残余应力水平，验证仿真模型的可靠性。

22、优选地，步骤s3中，采用激光定位法确定各热处理贴片单元的布设点位，通过电缆快接端子完成供电线路的快速连接。

23、优选地，步骤s4中，所述非接触式测温为红外测温，采集焊缝及周边热影响区关键点位的实时温度，将温度信号反馈至控制系统，闭环调节各磁感应线圈的输入电流。

24、优选地，该方法同时适用于焊接前预热、焊后局部消除应力热处理以及缺陷补焊后的局部热处理工况。

25、本发明有如下有益效果：

26、1.本发明采用单元化磁吸快拆设计，贴片单元可通过磁吸组件快速吸附固定于钢铁工件表面，多单元拼接即可覆盖任意长度的焊缝；配套内用贴片罩衣与固定索组件，可灵活适配管道内外壁、异形曲面、内凹焊缝等多种复杂结构，大幅提升现场施工效率，可适应极寒、风沙等严苛野外施工环境。

27、2.本发明采用垂直磁场感应加热原理，热量直接产生于金属工件内部，热效率远高于传统电阻式加热；磁感应线圈的加热范围可控，可精准作用于焊缝两侧的设定区域，避免大范围无效加热，有效降低整体热处理能耗。

28、3.本发明通过加热焊缝两侧金属、以热传导方式间接加热焊缝，可优化工件内部温度场分布，避免焊缝区域热输入过度集中，缩小焊缝与母材的温差，更有利于焊接残余应力的均匀释放，提升热处理后焊缝组织与力学性能的一致性。

29、4.本发明中各供磁体独立供电、独立控制，可在工件表面构建矩阵化温度场，精准调控升温速率、保温温度与降温速率，避免升温过快导致的热应力集中，以及升温过慢引发的组织性能劣化问题，保障现场热处理的工艺品质稳定可控。

1.一种辅助现场焊接用柔性热处理贴片，其特征在于，包括至少一个热处理贴片单元，热处理贴片单元包括柔性罩衣、磁场单元（7）、隔热组件和磁吸固定组件；

2.根据权利要求1所述的柔性热处理贴片，其特征在于，所述柔性罩衣分为外用贴片罩衣（5）与内用贴片罩衣（6）；

3.根据权利要求1所述的柔性热处理贴片，其特征在于，所述磁场单元（7）包含多个独立供电的供磁体，每个供磁体均包括陶瓷隔热盘（701）、磁感应线圈（703）和电缆快接端子（702）；

4.根据权利要求1所述的柔性热处理贴片，其特征在于，所述隔热组件为隔热片（8），隔热片（8）为柔性玻璃纤维毡或柔性气凝胶隔热片，铺设于磁场单元（7）背离工件的一侧。

5.根据权利要求1所述的柔性热处理贴片，其特征在于，还包括固定索（9），固定索（9）包括缆绳（902）和分设于缆绳（902）两端的第三磁吸片（901），用于在内凹异形焊缝处辅助牵拉固定所述热处理贴片单元。

6.根据权利要求1所述的柔性热处理贴片，其特征在于，多个所述热处理贴片单元通过拼接组合覆盖整条焊缝；针对厚壁工件，则在工件内外表面同时布设所述热处理贴片单元，以提升升温速率。

7.根据权利要求3所述的柔性热处理贴片，其特征在于，各所述供磁体独立控制供电电流，通过调节不同位置供磁体的输入功率，实现工件表面矩阵化温度场的精准调控。

8.一种辅助现场焊接的热处理方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的柔性热处理贴片，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的热处理方法，其特征在于，步骤s2中，模型校正采用等比例焊接与热处理实物试验完成，并对比局部热处理与整体热处理的焊缝力学性能与残余应力水平，验证仿真模型的可靠性。

10.根据权利要求8所述的热处理方法，其特征在于，步骤s3中，采用激光定位法确定各热处理贴片单元的布设点位，通过电缆快接端子（702）完成供电线路的快速连接。

11.根据权利要求8所述的热处理方法，其特征在于，步骤s4中，所述非接触式测温为红外测温，采集焊缝及周边热影响区关键点位的实时温度，将温度信号反馈至控制系统，闭环调节各磁感应线圈（703）的输入电流。

12.根据权利要求8所述的热处理方法，其特征在于，该方法同时适用于焊接前预热、焊后局部消除应力热处理以及缺陷补焊后的局部热处理工况。