專利名稱：不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及到不銹鋼加工領域，具體指一種不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備。
背景技術：
現有的隨著能源工業的發展，奧氏體類不銹鋼這一特殊鋼種被廣泛用于石油化工、熱電、核電、煤化工和其它化工領域的核心設備及關鍵部件，如各種容器、反應塔器、管道、機泵、熱交換器、閥門等。這類鋼種具有良好的化學穩定性和機械性能，其耐堿耐酸、抗氧化性能和抗高溫、抗低溫性能均比碳素鋼強得多。奧氏體類不銹鋼管是由料板卷制焊接而成，焊接后造成碳化物析出，晶格缺陷，使不銹鋼耐蝕性能下降。因此，焊接后的不銹鋼管需要進行固溶處理，固溶處理是決定這奧氏體類不銹鋼管質量性能的關鍵因素。固溶處理通常在固溶爐中高溫快冷的條件下進行。授權公告號為CN202465812U的中國實用新型專利公開了一種《不銹鋼焊管在線光亮固溶機》，其包 括第一環座、第二環座和第三環座相連接，第一環座和第二環座之間設有加熱區，第二環座和第三環座之間設有冷卻區，第二環座上設有氣體供應區。氫氣從氣體供應區的入口進入第二環座，從第二環座的兩端進入加熱區和冷卻區；冷卻區設有內充冷卻水的冷卻夾套管。不銹鋼焊管從第一環座的入口進入加熱區加熱后，經由第二環座進入冷卻區，在冷卻區冷卻后從第三環座送出。該固溶爐是目前最常使用的。配合現有的固溶爐，常用的固溶工藝有下述三種。一、隧道內氫氣保護下網帶爐+封閉無填料水冷夾套隧道。適用于鋼管離線集中處理，特點是加熱段長(一般在8米以上)升溫緩慢，而冷卻段更長(不少于工件長度)，不能達到迅速降溫的目的，鋼管在升溫冷卻過程中敏化溫度區(450C° 850C° )停留過長使Cr23C6在奧氏體晶界析出。二、隧道內氫氣保護下箱式爐+封閉式無填料水冷夾套隧道。適用于鋼管在線處理，加熱段長6米左右，冷卻段長不少于8米，雖然它的特點比方法一稍有改良，但結果仍不盡人意。三、隧道內氫氣保護下感應加熱+封閉式石墨填料水冷夾套隧道，如意大利艾美迪公司技術。這是目前國內外最普遍在用的在線光亮固溶處理設備，這種方法采用中頻感應加熱電源和石墨隧道加水夾套。它的特點是加熱升溫快，但受管壁厚薄不均、電流和線速度波動等因素影響導致工件爐出口溫度波動大，經處理后的鋼管力學性能和金相組織存在明顯不一致。其冷卻段一般在4 6米之間，理論上石墨具有良好的導熱性能，實際上工件與石墨之間存在著間隙，并不能起到快速傳遞熱量的效果。產品檢驗結果同樣不夠理想。目前對奧氏體類不銹鋼焊接管光亮固溶處理受固溶處理設備的制約，光亮固溶處理的工藝過程始終不到位，從而導致產品性能不盡如人意
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種能精確控制冷卻速度從而獲得理想的處理效果的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:該不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，包括供待處理不銹鋼焊接管通過的隧道，所述隧道外沿待處理不銹鋼焊接管的輸送方向依次設有對所述隧道的內環境進行加熱的升溫裝置和對所述隧道的內環境進行冷卻的冷卻裝置，其特征在于所述的冷卻裝置包括套設在所述隧道外的冷卻箱，該冷卻箱內設有密閉的單向循環的氫氣通道，該氫氣通道內設有單向送風的風機和冷卻器以及與外界氫氣源相連通的氫氣入口，所述氫氣通道內還設有多個氣流通道，這些氣流通道沿所述隧道的外周均勻布置，并且各所述氣流通道上均設有對向所述隧道中心的出氣孔，各所述氣流通道的入口一端連通所述氫氣通道，各所述氣流通道的另一端為封閉的端口 ；容置在所述冷卻箱內的隧道部分上設有多個供氫氣進、出所述隧道的進氣口和出氣口，且所述的氣流通道上的出氣孔對向所述的進氣口。上述氫氣通道的設置方法有多種，優選所述氫氣通道包括橫向設置在所述冷卻箱內的第一隔板和縱向設置在所述冷卻箱內的第二隔板；所述第二隔板將所述冷卻箱分隔為左右設置的第一腔和第二腔，所述第一隔板將所述的冷卻箱分隔為上下設置的第三腔和第四腔，并且所述第一腔和所述第三腔相連通，所述第二腔和所述第四腔相連通；各所述氣流通道的一端支撐在所述的第二隔板上，并且各所述氣流通道的入口一端均連通所述的第二腔；所述風機和所述冷卻器設置在所述的第四腔內；所述隧道和各所述氣流通道設置在所述第二腔內。氣流通道的數量可以根據需要來設定，較好的，所述的氣流通道有四個。上述各方案中的 冷卻器可以根據需要選用現有技術中的容易一種，較好的，所述的冷卻器為翅片冷卻器。使用翅片冷卻器能夠確保冷卻速度和冷卻效果。上述各方案中，所述升溫裝置和所述冷卻裝置之間還設有用于對所述隧道的內環境進行恒溫的恒溫裝置，所述恒溫裝置套設在所述隧道外。恒溫段的設計能夠對升溫后的焊接管進行保溫恒溫，使焊接管在高溫區有足夠的固溶時間，從而得到理想奧氏體組織。所述的恒溫裝置可以使用現有技術中的任意一種，較好的，所述的恒溫裝置為箱式電阻爐，所述隧道穿設在該箱式電阻爐的爐體內。該方案保溫效果好，更節能降耗；同時由于箱式電阻爐溫度相對穩定，克服了爐出口溫度波動大的缺陷，從而保證固溶處理后的鋼管力學性能和金相組織一致性。箱式電阻爐的規格可以根據實際需要具體選定。上述各方案中的升溫裝置可以選用現有技術中的任意一種加熱升溫裝置，較好的，所述的升溫裝置包括纏繞在所述隧道外側壁上的感應加熱線圈，該感應加熱線圈連接超音頻感應加熱電源；并且所述感應加熱線圈所對應的隧道部分為石英管。采用感應加熱線圈和超音頻感應加熱電源配合，可在滿足生產的線速度的同時，將原中頻電源的頻率提高到40KHZ左右，加熱速度快，可把經焊接后的組織迅速加熱到1000°C，使Cr23C6即時到達溶解點。為了方便整個設備的裝配以及各段具體結構的設置，所述隧道包括通過法蘭依次相連接的第一隧道、第二隧道和第三隧道，其中，所述的升溫裝置設置在第一隧道外，所述的恒溫裝置設置在所述的第二隧道外，所述的冷卻裝置設置在所述的第三隧道外。各部分隧道的長度需要根據待處理不銹鋼焊接管的規格、運行速度以及各段設備的實際性能具體計算得到。對應于本發明，較好的，所述第一隧道的長度為0.3 0.7米，所述第二隧道的長度為1.8 2.2米，所述第三隧道的長度為1.6 2.0米。與現有技術相比，本發明利用保護氣氫氣導熱性高的物理特性，氫氣的導熱系數λ為6.69，氫氣的表面散熱系數α是空氣的1.5倍，在風機和冷卻器的作用下氫氣在冷卻箱內進行高速內循環，形成一個強制密閉循環系統，通過氣流通道將冷態氫氣直吹待處理焊接管，同時補充新氫氣，以達到快速冷卻的目的，縮短鋼管在450 850C°敏化溫度區的停留時間，從而避免Cr23C6在奧氏體晶界析出產生應力腐蝕。優選方案中，在升溫段和冷卻段之間設置了恒溫段，使焊接管在高溫區有足夠的固溶時間，從而得到性能更加理想的奧氏體組織。
圖1為本發明實施例裝配結構的平面示意圖；圖2為本發明實施例中冷卻裝置的剖視結構示意圖(不包括氣流通道)；圖3為沿如2中A-A線的剖視圖；圖4為沿圖2中B-B線的剖視圖；圖5為本發明對比例所使用的固溶熱處理裝置裝配結構的平面示意圖；圖6為本發明實施例焊接母材的金相組織顯微照片；圖7為本發明實施例焊接管焊縫的金相組織顯微照片；圖8為本發明實施例處理后三根焊接管成品A的爆破檢測照片；圖9為本發明對比例焊接母材的金相組織顯微照片；圖10為本發明對比例焊接管焊縫的金相組織顯微照片；圖11為本發明對比例處理后三根焊接管成品B的爆破檢測照片；圖12為本發明實施例熱處理過程中溫度-時間關系圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1至圖4所示，該不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備包括:隧道1，用于供待處理的不銹鋼焊接管5通過，隧道內充有氫氣。本實施例中的隧道由沿待處理不銹鋼焊接管的輸送方向依次設置的第一隧道11、第二隧道12和第三隧道13三部分通過法蘭14密閉連接而成。其中第一隧道外設有對第一隧道內環境進行加熱的升溫裝置2，第二隧道外設有對第二隧道內環境進行恒溫的恒溫裝置3，第三隧道外設有對第三隧道內環境進行快速冷卻的冷卻裝置4。各段隧道的長度需要根據升、降溫速度、待處理不銹鋼焊接管的具體情況和鋼管的長度經具體計算得到，本實施例中，第一隧道11采用石英管制備，其長度為0.5米，第一隧道的長度可以根據實際情況在0.3 0.7米之間；第二隧道的長度為2.0米，第二隧道的長度通常在1.8 2.2米之間；第三隧道上設有多個進氣口和出氣口(見圖3和圖4中直線箭頭所對應位置)，進氣口和出氣口的密度和分布可以根據需要而定，本實施例為均布；第三隧道的長度為1.8米，第三隧道的長度可根據需要在
1.6 2.0米之間選擇。升溫裝置2包括纏繞在第一 隧道外側壁上的感應加熱線圈21，該感應加熱線圈連接超音頻感應加熱電源22。恒溫裝置3為箱式電阻爐，第二隧道12穿設在該箱式電阻爐的爐體內，其兩端外露連接其它兩段隧道。冷卻裝置4包括箱式結構的冷卻箱46，第三隧道13穿設在冷卻箱46內，其兩端外露于冷卻箱。第三隧道的周圍均布有四根氣流通道45，并且，氣流通道的側壁上均設有對向第三隧道的進氣口的出氣孔(見圖3和圖4中直線箭頭所對應位置)。出氣孔和進氣口基本上是一一對應設置，以使從氣流通道內流出的氫氣流直接吹入第三隧道內，而進入第三隧道內的氫氣在冷卻不銹鋼焊接管之后只能從出氣口流出第三隧道。 冷卻箱46內還設有橫向的第一隔板41和縱向的第二隔板42，并且第二隔板的下端緣密封連接第一隔板41的右端緣；第二隔板42將冷卻箱的內部分隔為左右設置的第一腔421和第二腔422，第一隔板41將冷卻箱的內部分隔為上下設置的第三腔411和第四腔412，并且第一腔421和第三腔411相連通，第二腔422和第四腔412相連通。冷卻箱的側壁上對應于第四腔的位置設有氫氣入口 461，用于向第三隧道內補充新氫氣。 上述四根氣流通道45均位于第三腔411內，各氣流通道的第一端均支承在第二隔板42上，使各氣流通道的入口連通第二腔；各氣流通道的第二端為封閉端。第四腔內設有風機43和翅片冷卻器44。風機和翅片冷卻器的位置可以互為上下游。翅片冷卻器的冷卻水管的進、出口分別連接外界設備。上述依次連通的第四腔、第二腔、氣流通道、第三腔、第一腔、翅片冷卻器的空氣通道、第四腔構成本實施例中的氫氣通道。使用上述不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理裝置對不銹鋼焊接管5進行固溶熱處理，處理工藝如下:以SUS3210 25X1.5不銹鋼焊接管為例，在線速度為1.4m/min，熱處理工藝參數如表I所示，熱處理過程中溫度一時間關系如圖12所示。表I
權利要求
1.一種不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，包括供待處理不銹鋼焊接管通過的隧道，所述隧道外沿待處理不銹鋼焊接管的輸送方向依次設有對所述隧道的內環境進行加熱的升溫裝置和對所述隧道的內環境進行冷卻的冷卻裝置，其特征在于所述的冷卻裝置包括套設在所述隧道外的冷卻箱，該冷卻箱內設有密閉的單向循環的氫氣通道，該氫氣通道內設有單向送風的風機和冷卻器以及與外界氫氣源相連通的氫氣入口，所述氫氣通道內還設有多個氣流通道，這些氣流通道沿所述隧道的外周均勻布置，并且各所述氣流通道上均設有對向所述隧道中心的出氣孔，各所述氣流通道的入口一端連通所述氫氣通道，各所述氣流通道的另一端為封閉的端口 ；容置在所述冷卻箱內的隧道部分上設有多個供氫氣進、出所述隧道的進氣口和出氣口，且所述的氣流通道上的出氣孔對向所述的進氣口。
2.根據權利要求1所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述氫氣通道包括橫向設置在所述冷卻箱內的第一隔板和縱向設置在所述冷卻箱內的第二隔板；所述第二隔板將所述冷卻箱分隔為左右設置的第一腔和第二腔，所述第一隔板將所述的冷卻箱分隔為上下設置的第三腔和第四腔，并且所述第一腔和所述第三腔相連通，所述第二腔和所述第四腔相連通；各所述氣流通道的一端支撐在所述的第二隔板上，并且各所述氣流通道的入口一端均連通所述的第二腔；所述風機和所述冷卻器設置在所述的第四腔內；所述隧道和各所述氣流通道設置在所述第三腔內。
3.根據權利要求2所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述的氣流通道有四個。
4.根據權利要求2所述的 不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述的冷卻器為翅片冷卻器。
5.根據權利要求1至4任一權利要求所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述升溫裝置和所述冷卻裝置之間還設有用于對所述隧道的內環境進行恒溫的恒溫裝置，所述恒溫裝置套設在所述隧道外。
6.根據權利要求5所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述的恒溫裝置為箱式電阻爐，所述隧道穿設在該箱式電阻爐的爐體內。
7.根據權利要求6所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述的升溫裝置包括纏繞在所述隧道外側壁上的感應加熱線圈，該感應加熱線圈連接超音頻感應加熱電源；并且所述感應加熱線圈所對應的隧道部分為石英管。
8.根據權利要求7所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述隧道包括通過法蘭依次相連接的第一隧道、第二隧道和第三隧道，其中，所述的升溫裝置設置在第一隧道外，所述的恒溫裝置設置在所述的第二隧道外，所述的冷卻裝置設置在所述的第三隧道外。
9.根據權利要求8所述的不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，其特征在于所述第一隧道的長度為0.3 0.7米，所述第二隧道的長度為1.8 2.2米，所述第三隧道的長度為1.6 2.0米。
全文摘要
本發明涉及一種不銹鋼焊接管連續光亮固溶熱處理設備，包括隧道，所述隧道外設有對所述隧道的內環境進行加熱的升溫裝置和對所述隧道的內環境進行冷卻的冷卻裝置，其特征在于所述的冷卻裝置包括套設在所述隧道外的冷卻箱，該冷卻箱內設有密閉的單向循環的氫氣通道，該氫氣通道內設有氫氣入口，所述氫氣通道內還設有多個氣流通道，并且各所述氣流通道上均設有對向所述隧道中心的出氣孔，各所述氣流通道的入口一端連通所述氫氣通道，各所述氣流通道的另一端為封閉的端口；隧道上設有多個進氣口和出氣口，且所述的氣流通道上的出氣孔對向所述的進氣口。與現有技術相比，本發明所提供的裝置能夠達到快速冷卻的目的，縮短鋼管在敏化溫度區的停留時間，從而避免Cr23C6在奧氏體晶界析出產生應力腐蝕。
文檔編號C21D1/767GK103114190SQ20131008111
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者吳通良, 周耀 申請人:鎮海石化建安工程有限公司