CN110564929B - 一种无冷却垂直焊缝感应加热器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无冷却垂直焊缝感应加热器及制作方法，通过将感应器设计为片状贴面结构，并且以焊缝为分界线，针对大径管和小径管分别做两个导电感应器，两个导电感应器分别粘贴在大径管和小径管焊缝处的外壁上，通过对两个导电感应器分别控制保证焊缝加热时的温度均匀性，解决了丁字形焊接接头热处理问题，本发明用具有一定厚度的铜板做导电感应器，节省了空间，不采用水冷却，减少了传统水冷循环***从而节约了焊接成本；在导电感应器表面化学镀Ni‑P合金可有效防止其在高温加热时氧化；在导电感应器表面用氧化铝+磷酸二氢铝混合物为高温粘结剂，将玻璃丝带粘结在导电感应器表面，起到绝缘和保温的双重作用，并提高导电感应器的整体强度，延长寿命。

Description

一种无冷却垂直焊缝感应加热器及制作方法

技术领域

本发明涉及一种无冷却的贴面式感应加热器，特别是涉及一种无冷却垂直焊缝感应加热器及制作方法，适用于具有复杂形状的相贯线焊缝的感应加热，属于热处理技术领域。

背景技术

火电厂锅炉内大量钢管需要焊接，当两个等直径钢管对焊时形成简单的平面圆弧状焊缝，当小直径钢管与大直径钢管进行交叉焊接时形成空间的相贯线焊缝。焊接接头传统的焊后热处理采用火焰加热或远红外加热。火焰加热由于效率低、受操作技能影响大（难以保证温度均匀、温度控制较难）、可追溯性差，现仅用在中低合金钢个别返修焊接接头的焊后热处理。柔性电阻加热适用于焊前预热、后热和焊后热处理，采用热电偶进行温度测量，并用自动控温设备进行温度监控和记录。但是采用柔性电阻加热时，对被处理焊接接头表面质量要求较高，且为使加热器与焊件贴紧还需要制作专用夹具，操作麻烦且需要较大空间。远红外加热时，要逐个安装每个焊口加热装置、热电偶和保温装置，效率低，温度场受影响因素多，当焊口数量少、部件壁厚不大时，这种热处理方法能满足工程进度要求，也能保证部件接头区域的温度梯度。但随着需要焊后热处理接头数量的急剧增加、焊后热处理需要时间的增加和材料壁厚增加导致的温度场恶化，传统的加热方法和工艺已远远不能满足工程进度要求和工程质量要求。采用传统焊后热处理工艺导致的质量事故（如返工、割除焊接接头重新焊接等）近年大量出现，其中数量最多、问题最突出的是丁字形焊接接头。

中频感应加热利用电、磁、热能间的转换达到使被加热物体自身发热的原理，可以用来对焊接接头进行焊后热处理。目前使用的感应器主要有两大类，一类用铜管绕制，通水冷却，另一类用铜电缆绕制，在铜电缆与被加热工件之间加隔热层。中频感应加热在普通焊接接头的热处理上已早有应用，但由于受热面管上一般存在附件，如水冷壁的鳍片、过热器再热器管卡从而形成了丁字形焊接接头，另外很多受热面是以排管或管屏形式，导致不同位置与加热线圈距离不等。对非对称结构采用一个感应加热器无法保证加热过程以及保温阶段在焊缝处温度最高和温度的均匀性，导致中频感应加热在丁字形焊接接头的焊后热处理上还未得到应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无冷却垂直焊缝感应加热器及制作方法，通过将感应器设计为对称的片状贴面结构，保证焊缝加热时温度均匀性，解决了传统铜管难以处理的丁字形焊接接头热处理问题，适合于平面加热、圆弧面或其他可展开为平面的加热场合。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种无冷却垂直焊缝感应加热器，包括需要垂直焊接的大径管和小径管，所述大径管和小径管外壁焊缝处分别设置有大径管导电感应器和小径管导电感应器，所述大径管导电感应器和小径管导电感应器均为对称的片状贴面结构，大径管导电感应器和小径管导电感应器的形状均与小径管的形状相匹配；所述大径管导电感应器从内到外包括大径管绝缘层、大径管导电层和大径管保温层，所述大径管绝缘层粘贴在所述大径管的外壁上；所述小径管导电感应器从内到外包括小径管绝缘层、小径管导电层和小径管保温层，所述小径管绝缘层粘贴在所述小径管的外壁上。

所述大径管导电层由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止大径管导电层在高温下被氧化；所述大径管绝缘层位于大径管和大径管导电层之间，起到绝缘和保温双重功效；所述大径管保温层位于大径管导电层的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

所述小径管导电层由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止小径管导电层在高温下被氧化；所述小径管绝缘层位于小径管和小径管导电层之间，起到绝缘和保温双重功效；所述小径管保温层位于小径管导电层的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

上面所述的无冷却垂直焊缝感应加热器的加工方法，其具体步骤如下：

①将0.3～0.5mm厚的铜板按照大径管导电感应器和小径管导电感应器的形状切割成型，弯曲成所需形状，得到大径管导电层和小径管导电层，大径管导电层弯曲弧度的半径为大径管的半径加上大径管的管壁厚度，小径管导电层弯曲弧度的半径为小径管的半径加上小径管的管壁厚度；

②在大径管导电层和小径管导电层表面化学镀Ni-P合金以防止高温下被氧化；

③所述大径管绝缘层和小径管绝缘层是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述大径管绝缘层的厚度为大径管管壁厚度的1/6～1/8，所述小径管绝缘层的厚度为小径管管壁厚度的1/6～1/8 ；

④所述大径管保温层和小径管保温层也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述大径管保温层的厚度为大径管管壁厚度的1/5～1/6，所述小径管保温层的厚度为小径管（2）管壁厚度的1/5～1/6 ；

⑤所述大径管保温层的厚度大于等于所述大径管绝缘层的厚度，所述小径管保温层的厚度大于等于所述小径管绝缘层的厚度；

⑥制作大径管导电感应器时，在大径管导电感应器磨具上依次粘接大径管绝缘层、大径管导电层和大径管保温层，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；制作小径管导电感应器时，在小径管导电感应器磨具上依次粘接小径管绝缘层、小径管导电层和小径管保温层，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；

⑦大径管导电感应器和小径管导电感应器制作好后，经过再结晶退火、去应力退火、化学镀镍磷合金工艺，得到成型的大径管导电感应器和小径管导电感应器。

本发明通过给需要垂直焊接的大径管和小径管加工制作了两个感应器，这两个感应器用两个独立电源供电加热，使焊缝附近的两个测温点测出的温度相近，使温度场近似以焊缝为对称面，从而保证焊缝处温度最高。

本发明的有益效果如下：

1、焊缝温度均匀性好：

本发明以焊缝为分界线，分别做两个感应器，这两个感应器用两个独立电源供电加热，使焊缝附近的温度场以焊缝为对称面，从而保证焊缝处温度最高，且温度均匀。

2、无水冷却：

本发明的片状感应器不需要采取水冷却，减少了传统的水冷循环***，从而节约了加工成本。

3、化学镀层防高温氧化：

采用纯铜做感应器材料时，如果不进行冷却，感应器的温度接近加热温度，极易氧化，本发明感应器表面化学镀Ni-P合金可有效防止氧化。

4、隔热复合层：

本发明的绝缘层用高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成，用氧化铝+磷酸二氢铝混合物为高温粘结剂，将玻璃丝带粘结在感应器表面，起到绝缘和保温的双重作用，并提高感应器的整体强度，延长寿命。

5、防变形、防开裂：

弯曲成型后的铜板内部会有较大残余内应力，本发明通过再结晶退火、去应力退火、化学镀镍磷合金工艺，消除了内应力，减小了感应器中导电体工作时产生变形、开裂的倾向。

附图说明

图1为需要垂直焊接的大径管和小径管的结构示意图；

图2为大径管导电感应器的结构示意图；

图3为小径管导电感应器的结构示意图；

图4为大径管和大径管导电感应器的位置结构示意图；

图5为小径管和小径管导电感应器的位置结构示意图；

图6为大径管导电感应器的横截面结构示意图；

图7为小径管导电感应器的横截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的解释和说明：

实施例1：参见图1～图7，一种无冷却垂直焊缝感应加热器，包括需要垂直焊接的大径管1和小径管2，在大径管1和小径管2外壁焊缝处分别设置有大径管导电感应器3和小径管导电感应器4，大径管导电感应器3和小径管导电感应器4均为对称的片状贴面结构，大径管导电感应器3和小径管导电感应器4的形状均与小径管2的形状相匹配；所述大径管导电感应器3从内到外包括大径管绝缘层31、大径管导电层32和大径管保温层33，大径管绝缘层31粘贴在大径管1的外壁上；所述小径管导电感应器4从内到外包括小径管绝缘层41、小径管导电层42和小径管保温层43，小径管绝缘层41粘贴在小径管2的外壁上。

大径管导电层32由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止大径管导电层32在高温下被氧化；大径管绝缘层31位于大径管1和大径管导电层32之间，起到绝缘和保温双重功效；大径管保温层33位于大径管导电层32的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

小径管导电层42由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止小径管导电层42在高温下被氧化；小径管绝缘层41位于小径管2和小径管导电层42之间，起到绝缘和保温双重功效；小径管保温层43位于小径管导电层42的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

实施例2：实施例1所述的无冷却垂直焊缝感应加热器的加工方法，其具体步骤如下：

①将0.3～0.5mm厚的铜板按照大径管导电感应器3和小径管导电感应器4的形状切割成型，弯曲成所需形状，得到大径管导电层32和小径管导电层42，大径管导电层32弯曲弧度的半径为大径管的半径加上大径管的管壁厚度，小径管导电层42弯曲弧度的半径为小径管的半径加上小径管的管壁厚度；

②在大径管导电层32和小径管导电层42表面化学镀Ni-P合金以防止高温下被氧化；

③所述大径管绝缘层31和小径管绝缘层41是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，大径管绝缘层31的厚度为大径管管壁厚度的1/6～1/8，小径管绝缘层41的厚度为小径管管壁厚度的1/6～1/8 ；

④所述大径管保温层33和小径管保温层43也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，大径管保温层33的厚度为大径管管壁厚度的1/5～1/6，小径管保温层43的厚度为小径管（2）管壁厚度的1/5～1/6 ；

⑤大径管保温层33的厚度大于等于大径管绝缘层31的厚度，小径管保温层43的厚度大于等于小径管绝缘层41的厚度；

⑥制作大径管导电感应器3时，在大径管导电感应器磨具上依次粘接大径管绝缘层31、大径管导电层32和大径管保温层33，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；制作小径管导电感应器4时，在小径管导电感应器磨具上依次粘接小径管绝缘层41、小径管导电层42和小径管保温层43，粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；

⑦大径管导电感应器3和小径管导电感应器4制作好后，经过再结晶退火、弯曲成型、去应力退火、化学镀镍磷合金工艺，得到成型的大径管导电感应器和小径管导电感应器。

本发明通过将感应器设计为片状贴面结构，并且以焊缝为分界线，分别做两个感应器，通过对两个感应器分别控制保证焊缝加热时温度均匀性，解决了传统铜管难以处理的丁字形焊接接头热处理问题；用具有一定厚度的Cu片做感应器，大大节省了空间；不采用水冷却，减少传统的水冷循环***从而节约成本；在感应器表面化学镀Ni-P合金可有效防止其在高温加热时氧化；在感应器表面用氧化铝+磷酸二氢铝混合物为高温粘结剂，将玻璃丝带粘结在感应器表面，起到绝缘和保温的双重作用，并提高感应器的整体强度，延长寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种无冷却垂直焊缝感应加热器，包括需要垂直焊接的大径管（1）和小径管（2），其特征在于：所述大径管（1）和小径管（2）外壁焊缝处分别设置有大径管导电感应器（3）和小径管导电感应器（4），所述大径管导电感应器（3）和小径管导电感应器（4）均为对称的片状贴面结构，大径管导电感应器（3）和小径管导电感应器（4）的形状均与小径管（2）的形状相匹配；所述大径管导电感应器（3）从内到外包括大径管绝缘层（31）、大径管导电层（32）和大径管保温层（33），所述大径管绝缘层（31）粘贴在所述大径管（1）的外壁上；所述小径管导电感应器（4）从内到外包括小径管绝缘层（41）、小径管导电层（42）和小径管保温层（43），所述小径管绝缘层（41）粘贴在所述小径管（2）的外壁上；

所述无冷却垂直焊缝感应加热器的加工方法，其具体步骤如下：

①将0.3～0.5mm厚的铜板按照大径管导电感应器（3）和小径管导电感应器（4）的形状切割成型，弯曲成所需形状，得到大径管导电层（32）和小径管导电层（42），大径管导电层（32）弯曲弧度的半径为大径管（1）的半径加上大径管（1）的管壁厚度，小径管导电层（42）弯曲弧度的半径为小径管（2）的半径加上小径管（2）的管壁厚度；

②在大径管导电层（32）和小径管导电层（42）表面化学镀Ni-P合金以防止高温下被氧化；

③所述大径管绝缘层（31）和小径管绝缘层（41）是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述大径管绝缘层（31）的厚度为大径管（1）管壁厚度的1/6～1/8，所述小径管绝缘层（41）的厚度为小径管（2）管壁厚度的1/6～1/8 ；

④所述大径管保温层（33）和小径管保温层（43）也是通过高温粘结剂将玻璃丝带一层一层粘接而成的，所述高温粘结剂由氧化铝和磷酸二氢铝混合而成，氧化铝和磷酸二氢铝的摩尔比为1:2 ，所述大径管保温层（33）的厚度为大径管（1）管壁厚度的1/5～1/6，所述小径管保温层（43）的厚度为小径管（2）管壁厚度的1/5～1/6 ；

⑤所述大径管保温层（33）的厚度大于等于所述大径管绝缘层（31）的厚度，所述小径管保温层（43）的厚度大于等于所述小径管绝缘层（41）的厚度；

⑥制作大径管导电感应器（3）时，在大径管导电感应器模具上依次粘接大径管绝缘层（31）、大径管导电层（32）和大径管保温层（33），粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间；制作小径管导电感应器（4）时，在小径管导电感应器模具上依次粘接小径管绝缘层（41）、小径管导电层（42）和小径管保温层（43），粘接好之后自然晾干0.5～1.0小时，然后加热烘干，烘干温度在60℃～80℃之间。

2.根据权利要求1所述的无冷却垂直焊缝感应加热器，其特征在于：所述大径管导电层（32）由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止大径管导电层（32）在高温下被氧化；所述大径管绝缘层（31）位于大径管（1）和大径管导电层（32）之间，起到绝缘和保温双重功效；所述大径管保温层（33）位于大径管导电层（32）的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

3.根据权利要求1所述的无冷却垂直焊缝感应加热器，其特征在于：所述小径管导电层（42）由铜板切割而成，表面化学镀Ni-P合金，以防止小径管导电层（42）在高温下被氧化；所述小径管绝缘层（41）位于小径管（2）和小径管导电层（42）之间，起到绝缘和保温双重功效；所述小径管保温层（43）位于小径管导电层（42）的外侧，起到绝缘和保温双重功效。

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