一种裂解炉炉管焊接装置及方法与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种裂解炉炉管焊接装置及方法。


背景技术：

2.炉管是管式炉的重要部件，例如管式裂解炉，其炉管内部进行烃类裂解反应，需要加热至较高温度，炉管通常是由多个金属管道焊接组成，由于其长期处于高温、密封等环境，需要炉管焊接处的焊缝极为牢固，即炉管的焊接处不能够出现细微裂缝。
3.现有的炉管焊接装置无法控制焊缝的冷却速度，则焊缝的熔池存在冷却过快的情况，导致熔池内低熔点共晶物在焊缝中央聚集偏析，焊缝边缘结晶凝固时，焊缝中心晶粒间杂质仍处于液态膜状态，在焊缝收缩产生的应力作用下产生细小裂纹。
4.因此，炉管焊接过程中，焊缝冷却速度过快容易产生焊接裂纹而影响焊接的焊缝强度，而现有焊接装置无法在焊接过程中控制焊缝的冷却速度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种裂解炉炉管焊接装置及方法，以解决现有技术中无法在焊接过程中控制焊缝冷却速度而导致焊缝冷却速度过快产生焊接裂纹的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种裂解炉炉管焊接装置，包括机座；
8.两个炉管卡盘，设置在机座上用于固定对接并旋转两个炉管；
9.焊机，居中设置在机座上能够活动并对两个炉管的连接处焊接形成焊缝；在所述机座上设置有：
10.加热器，设置在两个所述炉管卡盘之间，用于逐级冷却焊缝；
11.所述加热器包括对称设置在机座上的两个加热管套，且所述加热管套与所述炉管卡盘共轴线设置，在所述加热管套内设置有多个加热片；
12.其中，多个所述加热片与所述焊缝的距离沿炉管旋转方向逐级增大，或多个所述加热片沿炉管旋转方向的温度逐级递减，或多个所述加热片与所述焊缝的距离沿炉管旋转方向逐级增大且沿炉管旋转方向的温度逐级递减，以在焊接前预热以及焊接时逐级降低所述加热管套对焊缝处的冷却抑制，使焊缝缓慢冷却，防止焊接裂纹产生。
13.作为本发明的一种优选方案，多个所述加热片沿加热管套的内壁周向设置，且多个所述加热片与所述焊缝之间的距离逐级增大；
14.其中，多个所述加热片的温度相同，以通过改变所述加热片的加热区域与所述焊缝的热传导距离，使所述焊缝逐级冷却。
15.作为本发明的一种优选方案，多个所述加热片沿加热管套的内壁周向设置，且多个所述加热片与所述焊缝之间的距离不变；
16.其中，多个所述加热片的温度沿所述炉管的旋转方向逐级递减，以通过改变所述加热片的加热区域与所述焊缝的温差，使所述焊缝逐级冷却。
17.作为本发明的一种优选方案，多个所述加热片沿加热管套的内壁周向设置，且多个所述加热片与所述焊缝之间的距离逐级增大；
18.其中，多个所述加热片的温度沿所述炉管的旋转方向逐级递减，以通过改变所述加热片的加热区域与所述焊缝的温差和热传导距离，使所述焊缝逐级冷却。
19.作为本发明的一种优选方案，多个所述加热片的弧长沿所述炉管的旋转方向逐渐减小，以通过逐级改变热传导时间，使所述焊缝缓慢逐级冷却。
20.作为本发明的一种优选方案，在所述加热管套的内壁上设置有多个周向分布的隔热板，在所述加热管套的内壁上位于相邻两个所述隔热板之间均设置有固定所述加热片的隔热夹套；
21.其中，所述隔热板的高度大于所述加热片的厚度，相邻两个所述隔热板之间的距离与所述加热片的弧长相匹配。
22.作为本发明的一种优选方案，多个所述隔热板的周向分布内径大于所述炉管的外径以罩住所述炉管的端部，在两个所述加热管套靠近所述焊缝的一侧顶部均开设有缺口以配合形成焊接口；
23.其中，两个所述缺口配合形成焊接口的轴向长度大于其周向长度。
24.作为本发明的一种优选方案，两个所述加热管套之间相互接触连接或两个所述加热管套之间不接触，以适配不同的焊缝。
25.作为本发明的一种优选方案，每个所述加热片均设有供电端，在所述加热管套的侧壁上设置有接线端，以连接所述加热片的所述供电端和所述机体的电源模块；
26.所述加热器包括安装在机座上的安装架，在所述加热管套的外侧壁上设置有连接插头，在所述安装架上设置有与连接插头配合的连接插槽，以实现加热管套与安装架的快速拆装。
27.为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：
28.一种裂解炉炉管焊接方法，采用上述焊接装置，包括以下步骤：
29.a、焊接端坡口打磨；对待焊接的两个所述炉管的端部进行坡口打磨；
30.b、旋转焊接；两个所述炉管卡盘带动两个所述炉管的坡口对接后同步缓慢转动，所述焊机移动至两个所述炉管的坡口连接处进行焊接；
31.c、逐级冷却；在焊接前，所述加热器升温对两个炉管进行预热并保持与所述焊缝之间的温差，避免出现焊接裂纹；
32.在焊接时，所述焊缝随所述炉管旋转依次经过所述加热器对所述焊缝形成的高温区到低温区，使所述焊缝的温度逐级递减，实现逐步冷却以防焊接裂纹产生。
33.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
34.本发明通过采用加热器分区加热炉管壁形成沿炉管焊接旋转方向产生温差的多个热区，并使得焊缝熔池依次通过温度递减的多个热区，实现在炉管焊接过程中，能够控制焊缝逐级冷却，防止因冷却速度过快导致焊接裂纹产生。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅
仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
36.图1为本发明实施例提供裂解炉炉管焊接装置的结构示意图；
37.图2为本发明实施例提供裂解炉炉管焊接装置的加热器部分结构示意图；
38.图3为本发明实施例提供裂解炉炉管焊接装置的加热片部分结构示意图；
39.图4为本发明实施例一提供裂解炉炉管焊接装置的加热管套部分结构示意图；
40.图5为本发明实施例二提供裂解炉炉管焊接装置的加热管套部分结构示意图；
41.图6为本发明实施例三提供裂解炉炉管焊接装置的加热管套部分结构示意图。
42.图中的标号分别表示如下：
43.1-机座；2-炉管卡盘；3-焊机；4-加热器；
44.41-加热管套；42-加热片；43-安装架；44-接线端；
45.411-隔热夹套；412-隔热板；413-缺口；414-连接插头；421-供电端；431-连接插槽。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.本发明提供了一种裂解炉炉管焊接装置，如图1和图2所示，包括机座1；
48.两个炉管卡盘2，设置在机座1上用于固定对接并旋转两个炉管；
49.焊机3，居中设置在机座1上能够活动并对两个炉管的连接处焊接形成焊缝；在机座1上设置有：
50.加热器4，设置在两个炉管卡盘2之间，用于逐级冷却焊缝；
51.加热器4包括对称设置在机座1上的两个加热管套41，且加热管套41与炉管卡盘2共轴线设置，在加热管套41内设置有多个加热片42；
52.其中，多个加热片42与焊缝的距离沿炉管旋转方向逐级增大，或多个加热片42沿炉管旋转方向的温度逐级递减，或多个加热片42与焊缝的距离沿炉管旋转方向逐级增大且沿炉管旋转方向的温度逐级递减，以在焊接前预热以及焊接时逐级降低加热管套41对焊缝处的冷却抑制，使焊缝缓慢冷却，防止焊接裂纹产生。
53.本实施方式主要是利用加热器4在两个炉管的焊接焊缝处产生热量，且通过改变热源与焊缝之间的距离或改变热源自身热度或改变热源与焊缝之间的距离和自身热度，以改变焊缝与炉管之间的温差，实现焊缝逐级缓慢冷却。
54.其中，加热片42仅能够无接触对炉管壁进行局部加热，由于炉管为金属材质，则炉管导热散热速度较快，单个加热片42仅能够实现对小部分区域加热，则通过多个加热片42对多个炉管壁区域加热，以形成沿炉管旋转方向较为均匀的热量递减区域，使焊缝能够缓慢逐步降温。
55.其中，加热片42采用耐高温电热材料，例如氮化硅陶瓷电磁片等，其升温速度快，体积小，能够在小范围加热炉管壁。
56.其中，多个加热片42在加热管套41内的设置，可分为多个加热片42温度相同但与焊缝距离不同、多个加热片42温度不同但与焊缝距离相同和多个加热片42温度不同且与焊缝距离不同三种方式，以下对三种方式作出详细说明：
57.实施例一(多个加热片42温度相同但与焊缝距离不同)：
58.如图4所示，多个加热片42沿加热管套41的内壁周向设置，且多个加热片42与焊缝之间的距离逐级增大；
59.其中，多个加热片42的温度相同，以通过改变加热片42的加热区域与焊缝的热传导距离，使焊缝逐级冷却。
60.加热片42对炉管壁进行加热，由于多个加热片42的温度相同，但其与焊缝之间的距离不同，则远离焊缝的加热片42加热炉管壁的区域同样远离焊缝，则存在部分热量传递至靠近焊缝处的炉管壁，以及部分热量外流散失。
61.其中，第一个靠近焊缝的加热片42的加热区域在靠近焊缝处的炉管壁产生第一热区a，第一热区a的部分热量沿炉管旋转方向传导，则第二个加热片42的加热区域的部分热量水平传导并与第一加热片42的加热区域沿炉管旋转方向传导的热量在焊缝处汇合形成第二热区b，显然，第二热区b的温度低于第一热区a的温度，同理，多个加热片42在焊缝处汇合形成的热区的温度逐渐降低，即沿炉管旋转方向产生温差；
62.其中，焊缝任意一处在炉管旋转过程中，通过第一热区a，则二者存在温差，焊缝温度降低至不低于第一热区a的温度，则通过第二热区b时，焊缝温度再次降低至不低于第二热区b的温度，以此方式，焊缝逐级降温，避免温度速降产生焊接裂纹。
63.实施例二(多个加热片42温度不同但与焊缝距离相同)：
64.如图5所示，多个加热片42沿加热管套41的内壁周向设置，且多个加热片42与焊缝之间的距离不变；
65.其中，多个加热片42的温度沿炉管的旋转方向逐级递减，以通过改变加热片42的加热区域与焊缝的温差，使焊缝逐级冷却。
66.加热片42对炉管壁进行加热，由于多个加热片42的温度不相同，且多个加热片42均靠近焊缝，则加热片42在靠近焊缝处的炉管壁上加热形成多个加热区；
67.其中，第一个温度最高的加热片42加热炉管壁形成第一热区a，其部分热量朝向炉管旋转方向传导，第二个加热片42在第一热区a传导扩散的基础上加热炉管壁形成第二热区b，显然，第二热区b的温度小于第一热区a的温度，同理，多个加热片42在焊缝处的炉管壁上形成的热区温度逐渐降低，即沿炉管旋转方向产生温差；
68.其中，焊缝任意一处在炉管旋转过程中，通过第一热区a，则二者存在温差，焊缝温度降低至不低于第一热区a的温度，则通过第二热区b时，焊缝温度再次降低至不低于第二热区b的温度，以此方式，焊缝逐级降温，避免温度速降产生焊接裂纹。
69.实施例三(多个加热片42温度不同且与焊缝距离不同)：
70.如图6所示，多个加热片42沿加热管套41的内壁周向设置，且多个加热片42与焊缝之间的距离逐级增大；
71.其中，多个加热片42的温度沿炉管的旋转方向逐级递减，以通过改变加热片42的加热区域与焊缝的温差和热传导距离，使焊缝逐级冷却。
72.加热片42对炉管壁进行加热，由于多个加热片42的温度不相同，且与焊缝之间的
距离不同，则远离焊缝的加热片42加热炉管壁的区域同样远离焊缝，则第一个靠近焊缝的加热片42的加热区域在靠近焊缝处的炉管壁产生第一热区a，第一热区a的部分热量沿炉管旋转方向传导，则第二个加热片42的加热区域的部分热量水平传导并与第一加热片42的加热区域沿炉管旋转方向传导的热量在焊缝处汇合形成第二热区b。
73.由于，第二个加热片42的温度低于第一个加热片42，且第二个加热片42与焊缝之间的距离大于第一个加热片42与焊缝之间的距离，显然，第二热区b的温度小于第一热区a的温度，同理，多个加热片42在焊缝处形成的热区温度逐渐降低，即即沿炉管旋转方向产生温差。
74.其中，焊缝任意一处在炉管旋转过程中，通过第一热区a，则二者存在温差，焊缝温度降低至不低于第一热区a的温度，则通过第二热区b时，焊缝温度再次降低至不低于第二热区b的温度，以此方式，焊缝逐级降温，避免温度速降产生焊接裂纹。
75.三者相比：
76.实施例一中，通过控制加热片42温度一致，改变加热片42与焊缝之间的距离，在焊缝处的炉管壁上形成沿炉管旋转方向产生温差的多个热区，使得焊缝通过多个热区时温度逐渐降低，从而避免焊缝骤冷裂开。
77.其中，多个加热片42温度一致导致总发热量较高，但供电设计方便，提供相同电流即可，而多个加热片42逐渐远离焊缝，其热损失较大，能耗较高。
78.实施例二中，通过控制加热片42与焊缝之间的距离一致，改变加热片42的温度，在焊缝处的炉管壁上形成沿炉管旋转方向产生温差的多个热区，使得焊缝通过多个热区时温度逐渐降低，从而避免焊缝骤冷裂开。
79.其中，多个加热片42需要提供不同电流控制其热量，但多个加热片42的总发热量较低，且多个加热片42相对集中在焊缝处，热损失较小，整体能耗更优。
80.实施例三中，通过改变加热片42与焊缝之间的距离以及加热片42的温度，在焊缝处的炉管壁上形成沿炉管旋转方向产生温差的多个热区，使得焊缝通过多个热区时温度逐渐降低，从而避免焊缝骤冷裂开。
81.其中，多个加热片42需要提供不同电流控制其热量，但多个加热片42的总发热量较低，而多个加热片42逐渐远离焊缝，其热损失较大，能耗一般。
82.由于，金属热传导的实质为自由电子的定向穿梭，而随着金属温度升高，金属内的电子和晶格热运动加剧，使得自由电子穿梭运动受阻，因此，金属温度升高，热导率减小，则金属温度较高时，其降温速度变慢，因此，针对于加热片42的设计如下：
83.如图2所示，多个加热片42的弧长沿炉管的旋转方向逐渐减小，以通过逐级改变热传导时间，使焊缝缓慢逐级冷却。
84.则焊缝在第一热区a环境下降温时，温度下降速度慢，焊缝在第二热区b环境下降温时，其温度下降速度大于在第一热区a环境下的降温速度。
85.因此，多个加热片42的弧长逐渐减小能够适应焊缝的降温速度，既避免了加热片42弧长过长导致其在相应温度范围内，焊缝降温至相应热区温度后仍未离开相应热区，导致整体冷却速度下降，也避免了加热片42弧长过短导致其在相应温度范围，焊缝降温未达到相应热区温度即离开相应热区，并直接进入温度更低的下一热区，导致二者温差过大，冷却速度过快，从而出现焊接裂纹。
86.多个加热片42设置在加热管套41内，而多个加热片42产生的热量能够互相干扰，因此，需要对加热片42进行隔离处理，避免其相互影响。以下作出详细说明：
87.如图2所示，在加热管套41的内壁上设置有多个周向分布的隔热板412，在加热管套41的内壁上位于相邻两个隔热板412之间均设置有固定加热片42的隔热夹套411；
88.其中，隔热板412的高度大于加热片42的厚度，相邻两个隔热板412之间的距离与加热片42的弧长相匹配。
89.每相邻两个隔热板412之间的加热片42均通过两个隔热夹套411固定其两端，则相邻两个隔热板412能够避免加热片42的侧端向外传热影响相邻的加热片42，且两个隔热夹套411也能够避免加热片42的两端热量向外扩散造成热量损失。
90.隔热板412的高度大于加热片42的厚度，能够使得加热片42产生的热量被隔热板412限制扩散，则使得热量能够正对炉管壁进行加热，提升加热效率，减少热损失。
91.如图2所示，多个隔热板412的周向分布内径大于炉管的外径以罩住炉管的端部，在两个加热管套41靠近焊缝的一侧顶部均开设有缺口413以配合形成焊接口；
92.其中，两个缺口413配合形成焊接口的轴向长度大于其周向长度。
93.隔热板412能够贴合插入加热管套41内的炉管的管壁，使加热片42的加热热量损失降到最低，加热管套41开设缺口413能够适配焊机3进行焊接，焊机3在焊接炉管时，需要沿轴向往复摆动以提升焊接强度，则两个缺口413形成的焊接口的轴向长度需要大于其摆动幅度，而轴向长度尽量设计较短以降低热量损失。
94.在炉管焊接时，存在不同的焊接方式，如平焊、凹焊和凸焊，针对不同焊接方式，提供不同加热管套41以降低热损失，从而降低能耗。以下作出详细说明：
95.如图1和图2所示，两个加热管套41之间相互接触连接或两个加热管套41之间不接触，以适配不同的焊缝。
96.其中，针对于平焊和凹焊，其焊缝表面未凸出炉管壁，则两个加热管套41能够采用相互接触连接的方式，以阻隔部分焊接区域，避免热量溢散，降低热损失，且能够避免焊缝温度与流动空气接触时间过长而增加冷却速度。
97.其中，针对于凸焊，其焊缝表面凸出炉管壁，则两个加热管套41采用相互分开不接触的方式，两个加热管套41之间形成缝隙供凸出的焊缝通过，无需按照凸焊直径确认选用的加热管套41内径规格，使加热管套41能够更加贴合炉管壁，尽可能的降低热量损失。
98.不同的炉管具备不同的管径，在焊接时，炉管卡盘2能够自由调节夹持直径，而加热管套41需要进行更换以匹配相应管径的炉管，加热管套41更换需要进行拆装操作。以下对加热管套41拆装更换以适应不同管径的炉管进行详细说明：
99.如图2和图3所示，每个加热片42均设有供电端421，在加热管套41的侧壁上设置有接线端44，以连接加热片42的供电端421和机体1的电源模块；
100.加热器4包括安装在机座1上的安装架43，在加热管套41的外侧壁上设置有连接插头414，在安装架43上设置有与连接插头43配合的连接插槽431，以实现加热管套41与安装架43的快速拆装。
101.机体1的电源模块上的供电线路连接接线端44，从而向加热片42的供电端421通入电流产生热量，其中，供电线路的电流通过机体1的电源模块控制。
102.在更换加热管套41时，先停机并拔掉供电线路，然后将连接插头414从连接插槽
431内拔出，再更换相应的加热管套41，再将供电线路连接接线端44并开机，操作简单，拆装方便。
103.以下基于上述焊接装置，提供一种裂解炉炉管焊接方法，包括以下步骤：
104.a、焊接端坡口打磨；对待焊接的两个炉管的端部进行坡口打磨；
105.b、旋转焊接；两个炉管卡盘2带动两个炉管的坡口对接后同步缓慢转动，焊机移动至两个炉管的坡口连接处进行焊接；
106.c、逐级冷却；在焊接前，加热器升温对两个炉管进行预热并保持与焊缝之间的温差，避免出现焊接裂纹；
107.其中，加热器4升温即为加热管套41内的多个加热片42加热，且加热片42升温后对炉管壁进行加热形成沿炉管方向旋转产生温差的多个热区，多个热区既能够对炉管进行预热，也能够对焊缝进行逐级降温；
108.在焊接时，焊缝随炉管旋转依次经过加热器对焊缝形成的高温区到低温区，使焊缝的温度逐级递减，实现逐步冷却以防焊接裂纹产生；
109.其中，焊缝成型后随炉管旋转依次经过温度逐渐递减的多个热区，使得焊缝任意处的热量均会逐渐降低，避免冷却过快而产生焊接裂纹。
110.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。