本发明专利技术涉及一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用方法，其包括螺帽、石墨电极、底座、梁、第一支架、第二支架、伺服电机、齿轮、安装环和安装臂，所述螺帽和石墨电极同轴安装在底座上，所述石墨电极和底座之间安装弹簧，螺帽、石墨电极和底座设置两组通过紧固螺栓分别安装在梁上，所述梁的另一面通过螺栓分别安装第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架采用绝缘材料制成，所述第一支架和第二支架远离梁的端部通过螺栓安装上安装环，所述安装环同轴远离梁的方向安装安装臂。本发明专利技术能有效使热影响区晶粒细化、位错密度增加以及焊后残余应力减小，提高热影响区组织的均匀性，从而提高LSAW管在实际服役过程中的可靠性。
A pulse current assisted device for LSAW pipe welding and its application
【技术实现步骤摘要】
一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用方法
本专利技术涉及一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用方法，属于直缝双面埋弧焊管的
技术介绍
近十年，我国天然气的产量和消费量保持持续增长的趋势，而天然气产地距离需求地甚远，需要管道输送。目前，我国一类地区天然气输送网络采用螺旋埋弧焊管，而二、三、四类地区采用直缝埋弧焊管或高频直缝焊管；而国外天然气输送干线以直缝埋弧焊管为主体，螺旋埋弧焊管较少。长期以来，直缝埋弧焊管由于输送压力高、管径大和厚壁等特点，其优越性越来越突显。直缝双面埋弧焊管主要采用UOE/JCOE成型技术，其具有一条纵向焊缝，内、外焊缝均采用一次埋弧焊焊成。传统的单丝埋弧焊速度过慢而导致热输入过大，致使焊缝和热影响区晶粒粗大，塑性和韧性大幅度下降。而多丝埋弧焊不仅提高了熔敷率，而且加快了焊接速度，降低了焊接热输入，提高了接头的塑性和韧性，使得焊缝的化学成分十分接近母材，因此市场上的直缝双面埋弧焊管内、外焊多采用多丝埋弧焊。然而，即使试验性能很好的直缝双面埋弧焊管在实际服役中有时也会发生泄漏，这主要因为测得的试验性能实际上是母材、焊缝和热影响区性能的综合反映，并未反映焊接接头最薄弱部分的韧性情况，而热影响区各部分距离熔合线远近不同，所经受的热循环相异，这就使得热影响区组织分布极不均匀，热影响区是直缝双面埋弧焊管焊接接头最薄弱的区域。因此，如何解决直缝双面埋弧焊管热影响区组织分布极不均匀的问题，具有重要的工程实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用方法，能有效使热影响区晶粒细化、位错密度增加以及焊后残余应力减小，提高热影响区组织的均匀性，从而提高LSAW管在实际服役过程中的可靠性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用方法，包括螺帽、石墨电极、底座、梁、第一支架、第二支架、伺服电机、齿轮、安装环和安装臂，所述螺帽和石墨电极同轴安装在底座上，所述石墨电极和底座之间安装弹簧，螺帽、石墨电极和底座设置两组通过紧固螺栓分别安装在梁上，所述梁的另一面通过螺栓分别安装第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架采用绝缘材料制成，所述第一支架和第二支架远离梁的端部通过螺栓安装上安装环，安装环竖直摆放，所述安装环同轴远离梁的方向安装安装臂。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述石墨电极伸出螺帽的距离为15-20mm，所述螺帽拧动带动石墨电极压紧弹簧。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述石墨电极的远离螺帽的端部设置成30°-45°倾角形状。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述底座制成滑块，可在梁内进行调节距离，通过紧固螺栓固定。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述梁通过设置连接柱与第一支架和第二支架连接，所述连接柱与第一支架和第二支架相连接的位置处设置角度与石墨电极顶部相同。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第一支架与第二支架远离梁的尾部设置齿轮相互啮合，所述齿轮连接伺服电机，所述伺服电机固定在安装臂上。本专利技术技术方案的进一步改进在于：两个梁滑动连接在保持架上，所述保持架由绝缘材料制成，所述保持架垂直于焊管长度方向并沿焊管长度方向前后移动。本专利技术技术方案的进一步改进在于：包括以下步骤：步骤一、铣边，坡口制备，焊管成型；步骤二、焊前预热，在焊管上、下坡口各安装有一个脉冲电流施加装置，利用脉冲电流的热效应加热焊管坡口，进行焊前预热；步骤三、预焊，为了防止焊管出现错边超差等问题，在焊管合缝时进行预焊，形成一道比较薄的预焊焊缝；步骤四、内焊，将焊管翻转180°，内坡口朝上，内焊采用四丝埋弧焊，在焊枪两侧安装石墨电极，通过施加脉冲电流细化焊接接头热影响区粗晶晶粒，使晶粒组织分布均匀，完成内焊，清渣去毛刺；步骤五、外焊，再次将焊管翻转180°，外坡口朝上，外焊采用四丝埋弧焊，在焊枪两侧安装石墨电极，通过施加脉冲电流细化焊接接头热影响区粗晶晶粒，使晶粒组织分布均匀，完成外焊，清渣去毛刺；步骤六、精整，平头倒棱，然后通过水压试验等测试性能指标；步骤七、打标，入库。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述四丝埋弧焊的焊枪I和焊枪Ⅱ设置为前倾，焊枪Ⅲ和焊枪Ⅳ依次过渡到后倾，焊枪Ⅰ前倾角α1为10°-20°，焊枪Ⅱ前倾角α2为0°-5°，焊枪Ⅲ后倾角α3为5°-10°，焊枪Ⅳ后倾角α4为10°-20°，相邻焊枪枪嘴间距为60-80mm。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术效果有：1、LSAW管壁厚为8-40mm，在焊接前通常采用火焰预热，本专利技术采用高频脉冲电流将焊管坡口边缘淬透层δ快速加热到200℃左右，达到预热效果，以有效改善焊后热影响区的组织，以及有效防止焊接冷裂纹，同时避免火焰预热高成本低效率的缺陷。2、和传统的外场处理方式相比，经过脉冲电流处理后，焊缝高温热影响区与低温母材之间存在较大温差，使得热影响区具有较高冷却速度和较大过冷度等特点，因而焊缝热影响区的固溶能力增强，有利于提高焊缝热影响区的强度。3、LSAW管内、外焊均采用四丝埋弧焊，在焊接过程中通入一定参数的脉冲电流，由于集肤效应，脉冲电流主要集中在坡口淬透层δ′，即热影响区粗晶区内，宽度为1-2mm，脉冲电流从脉冲电源流出沿梁→石墨电极→热影响区→焊缝→热影响区→石墨电极→梁流回脉冲电源，通过脉冲电流处理可以细化LSAW管焊接接头热影响区粗晶晶粒，有效提高显微组织的分布均匀性，同时脉冲电流处理也可以进一步提高焊缝组织性能，使得焊管服役过程中的可靠性明显提升。附图说明图1是本专利技术装置的工作流程图；图2是本专利技术装置的原理示意图；图3是本专利技术装置的电极安装示意图；图4是本专利技术装置外焊时的结构示意图；图5是本专利技术装置的电极结构示意图；图6是本专利技术装置的电极结构示意图中的部分零件的局部示意图；图7是本专利技术装置的电极结构示意图中的部分零件的剖面示意图；图8是本专利技术装置的可调脉冲电源的结构示意图。其中，1、焊管；101、母材；102、预焊焊缝；103、内焊焊缝；103a、第一道内焊焊缝；103b、第二道内焊焊缝；103c、第三道内焊焊缝；103d、第四道内焊焊缝；104、外焊焊缝；104a、第一道外焊焊缝；104b、第二道外焊焊缝；104c、第三道外焊焊缝；104d、第四道外焊焊缝；105、热影响区；2、石墨电极；21、电极Ⅰ；22、电极Ⅱ；23、电极Ⅲ；24、电极Ⅳ；3、螺帽；4、底座；5、紧固螺栓；6、梁；7、第一支架；8、安装环；9、第二支架；10、安装臂；11、保持架；12、齿轮；13、伺服电机；141、焊枪Ⅰ；142、焊枪Ⅱ；143、焊枪Ⅲ；144、焊枪Ⅳ；15、弹簧。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：本专利技术旨在提供一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置及使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，包括螺帽、石墨电极、底座、梁、第一支架、第二支架、伺服电机、齿轮、安装环和安装臂，其特征在于：所述螺帽和石墨电极同轴安装在底座上，所述石墨电极和底座之间安装弹簧，螺帽、石墨电极和底座设置两组通过紧固螺栓分别安装在梁上，所述梁的另一面通过螺栓分别安装第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架采用绝缘材料制成，所述第一支架和第二支架远离梁的端部通过螺栓安装上安装环，安装环竖直摆放，所述安装环同轴远离梁的方向安装安装臂。/n
【技术特征摘要】
1.一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，包括螺帽、石墨电极、底座、梁、第一支架、第二支架、伺服电机、齿轮、安装环和安装臂，其特征在于：所述螺帽和石墨电极同轴安装在底座上，所述石墨电极和底座之间安装弹簧，螺帽、石墨电极和底座设置两组通过紧固螺栓分别安装在梁上，所述梁的另一面通过螺栓分别安装第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架采用绝缘材料制成，所述第一支架和第二支架远离梁的端部通过螺栓安装上安装环，安装环竖直摆放，所述安装环同轴远离梁的方向安装安装臂。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，其特征在于：所述石墨电极伸出螺帽的距离为15-20mm，所述螺帽拧动带动石墨电极压紧弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，其特征在于：所述石墨电极的远离螺帽的端部设置成30°-45°倾角形状。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，其特征在于：所述底座制成滑块，可在梁内进行调节距离，通过紧固螺栓固定。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，其特征在于：所述梁通过设置连接柱与第一支架和第二支架连接，所述连接柱与第一支架和第二支架相连接的位置处设置角度与石墨电极顶部相同。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲电流辅助LSAW管焊接过程的装置，其特征在于：所述第一支架与第二支架远离梁的尾部设置齿轮相互啮合，所述齿轮连接伺服电机，所述伺服电机固定在安装臂上。
【专利技术属性】
技术研发人员：于恩林，叶胡根，吴虚怀，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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