核电管道金属补偿器内壁热处理装置的制作方法

1.本发明涉及热处理领域，特别涉及一种核电管道金属补偿器内壁热处理装置。


背景技术：

2.核电、石油化工等领域的管道组或大型容器，因为温度变化或机械振动而产生附加应力，所以均会在管道或大型容器端部设置金属补偿器10等挠性机构，实现附加应力的吸收或位移补偿。在核电现场的高压排气管道和低压进气管道端部，均设置有金属补偿器10。
3.金属补偿器10由两侧端管12、可变形波纹管13以及导流筒11等组件组成，导流筒11在补偿器内部可以起到导流作用，降低高速流体引发波纹管结构振动，起到保护波纹管的作用。导流筒11作用在冲刷力较强的核电管道金属补偿器10时，可以起到耐磨作用，使波纹管免受介质冲刷，起到延长补偿器使用寿命的作用。导流筒11的导向作用，可避免补偿器在吸收管道或设备变形时造成的波纹管失稳现象，从而使补偿器达到正常的使用寿命和作用。
4.导流筒11一侧与补偿器本体相连，一侧开口，开口一侧与波纹管存在一定间隙量，防止波纹管发生位移时，与导流筒11发生摩擦碰撞。导流筒11与补偿器本体相连一侧为焊接连接，结构形式类似于悬臂梁，由于自重以及长时间的高速流体冲刷，导流筒11与补偿器本体连接焊缝易产生缺陷，存在一定安全隐患，如未及时修复，导流筒11断裂，损坏金属补偿器10，破坏系统稳定性。
5.导流筒11材质为12cr2mo1r，此种材质在焊接时，接头区域具有较高的淬硬和冷裂倾向，为防止裂纹产生，需采取焊前预热措施，合理控制层间温度，焊后还需进行热处理，消除焊接残余应力，改善接头组织及性能。由于导流筒11位置特殊，处在金属补偿器10内部，传统外部加热测点难以布置，焊缝区域实际温度难以达到热处理工艺要求，因此修复导流筒11连接焊缝的前提必须解决焊接热处理问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电管道金属补偿器内壁热处理装置。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电管道金属补偿器内壁热处理装置，所述金属补偿器包括导流筒和套接在所述导流筒一端外侧的端管，所述热处理装置包括：
8.第一温控装置，用于设置在所述导流筒的内圈，包括用于加热所述导流筒的第一加热组件；
9.第二温控装置，用于设置在所述端管的内圈，所述第二温控装置包括用于加热所述端管的第二加热组件；
10.第一涨紧驱动装置，用于带动所述第一温控装置的第一加热组件与所述导流筒的
内壁面靠近或分离；
11.第二涨紧驱动装置，用于带动所述第二温控装置的第二加热组件与所述端管的内壁面靠近或分离。
12.在一些实施例中，所述第一温控装置包括沿周向设置的至少两个弧形第一加热组件，所述第一加热组件包括位于外侧的弧形第一加热件、以及设置在所述第一加热件上的第一温度测量单元；
13.所述第二温控装置包括沿周向设置的至少两个弧形第二加热组件，所述第二加热组件包括位于外侧的弧形第二加热件、以及设置在所述第二加热件上的第二温度测量单元。
14.在一些实施例中，所述第一加热组件还包括弧形的第一支撑架和位于所述第一支撑架外的第一保温层，所述第一加热件位于所述第一保温层外；所述第二加热组件还包括弧形的第二支撑架和位于所述第二支撑架外的第二保温层，所述第二加热件位于所述第二保温层外。
15.在一些实施例中，所述第一加热组件还包括第一限位机构，以限定向外移动与所述导流筒接触时的位置，所述第二加热组件还包括第二限位机构，以限定向外移动与所述导流筒接触时的位置。
16.在一些实施例中，所述第一涨紧驱动装置包括第一承载座、驱动机构、以及第一驱动组件，所述第一驱动组件设置在所述第一承载座上，所述驱动机构带动所述第一驱动组件向所述第一承载座外周移动，以推动所述第一加热组件向外移动。
17.在一些实施例中，所述第一承载座上沿周向分布有至少两个安装槽，所述安装槽沿径向设置，所述安装槽内滑动安装有所述第一驱动组件，所述驱动机构包括设置在所述第一承载座中部的凸轮，以及驱动所述凸轮转动的电机，所述凸轮的外周上设有凸起，用于将所述第一驱动组件向外推出。
18.在一些实施例中，所述第一承载座上还设有与所述第一驱动组件连接的复位机构，在所述驱动机构解除对所述第一驱动组件的作用力时，带动所述第一驱动组件向内移动。
19.在一些实施例中，所述第一涨紧驱动装置上设有位置检测模块，用于监测所述第一涨紧驱动装置与所述第一温控装置的相对位置。
20.在一些实施例中，所述热处理装置还包括轴向驱动装置，用于带动所述第一涨紧驱动装置在所述金属补偿器内沿轴向移动到所述第一温控装置内。
21.在一些实施例中，所述第二涨紧驱动装置包括第二承载座和在所述第二承载座上沿周向分布的若干第二驱动组件，所述第二驱动组件包括转接座、第二驱动件，所述第二驱动件驱动所述转接座靠近所述第二温控装置，将所述第二加热组件抵靠到所述端管的内壁面，或驱动所述转接座远离所述第二温控装置，让所述第二加热组件与所述端管的内壁面松脱。
22.实施本发明的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，具有以下有益效果：热处理装置可以对导流筒、端管预热，防止焊接后裂纹产生，合理控制层间温度，焊后还可以对焊缝位置进行热处理，消除焊接残余应力，改善接头组织及性能。
附图说明
23.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
24.图1是本发明实施例中的核电管道金属补偿器内壁热处理装置安装在金属补偿器内时的内部结构示意图；
25.图2是图1中第一温控装置的结构示意图；
26.图3是图1中第一温控装置的第一加热组件的结构示意图；
27.图4是图1中第一涨紧驱动装置的组装结构示意图；
28.图5是图4中驱动机构的立体示意图；
29.图6是图1中轴向驱动装置的组装结构示意图；
30.图7是图1中第二涨紧驱动装置的组装结构示意图。
具体实施方式
31.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
32.如图1所示，本发明一个优选实施例中的核电管道金属补偿器内壁热处理装置可以对金属补偿器10焊接前后的导流筒11、端管12加热，导流筒11位置特殊，处在金属补偿器10内部，焊接前，热处理装置可以对导流筒11、端管12预热，防止焊接后裂纹产生，合理控制层间温度，焊后还可以对焊缝位置进行热处理，消除焊接残余应力，改善接头组织及性能。
33.热处理装置包括第一温控装置20、第二温控装置30、第一涨紧驱动装置40、第二涨紧驱动装置50、轴向驱动装置60、以及控制系统，控制系统可以接收控制指令和温度信号、位置信号等反馈信号，对第一温控装置20、第二温控装置30、第一涨紧驱动装置40、第二涨紧驱动装置50、轴向驱动装置60的动作进行控制。在一些实施例中，轴向驱动装置60可以带动第一涨紧驱动装置40轴向移动，让第一涨紧驱动装置40在第一温控装置20内向外涨紧第一温控装置20，第二涨紧驱动装置50通常为预安装在端管12内，可以向外涨紧第二温控装置30。
34.结合图2、3所示，在一些实施例中，第一温控装置20用于设置在导流筒11的端部内圈，包括用于加热导流筒11的第一加热组件21，第一涨紧驱动装置40用于带动第一温控装置20的第一加热组件21与导流筒11的内壁面靠近或分离。优选地，由三个弧形的第一加热组件21拼接成环形的第一温控装置20，第一加热组件21的数量也可为两个或多于两个的其他数量，拼接后能相互远离或靠近。
35.当需要对导流筒11加热时，第一涨紧驱动装置40将第一加热组件21向外推动，让第一加热组件21与导流筒11的内壁面靠近抵靠，在第一加热组件21通电后，可以加热导流筒11，在焊接前对导流筒11进行预热。在焊接后，可以移动第一温控装置20到焊接位置，对焊缝位置加热进行热处理，消除焊接残余应力。
36.进一步地，第一加热组件21包括弧形的第一支撑架211、位于第一支撑架211外的第一保温层212、位于第一保温层212外侧的弧形第一加热件213、以及设置在第一加热件213上的第一温度测量单元214，第一支撑架211起到支撑作用，第一支撑架211的外周面设有第一收容槽2111，第一保温层212、第一加热件213设置在第一收容槽2111内，可以随第一支撑架211移动。第一加热件213通电后温度增加，第一保温层212可以让第一加热件213的
热量减少向内圈的第一支撑架211方向传递，提升热量的利用效率。第一温度测量单元214通常为热电偶，测量第一加热件213的实时温度，让加热的温度更准确可控。
37.可以理解地，在其他实施例中，第一加热件213也可沿第一温控装置20的外周设置，其为软质材质，具有延展性或可变形特性，第一涨紧驱动装置40将其向外撑开时，使第一加热件213贴合到导流筒11内壁上，通电后对导流筒11加热。
38.第一加热组件21还设有第一限位机构215，以限定向外移动与导流筒11接触时的位置，当第一加热组件21与导流筒11的内壁面抵靠时，第一限位机构215被触发，让第一涨紧驱动装置40停止向外推动，保持第一加热组件21与导流筒11抵靠，并可开始加热。
39.在本实施例中，第一限位机构215为接触开关，并朝向第一加热组件21外圈设置，在接触到导流筒11的内壁面时被触发，优选地，第一限位机构215可以设置在第一支撑架211的侧面，不影响第一加热件213与导流筒11的接触。当接触开关与补偿器的内壁脱离时，此时已实现第一加热组件21与补偿器内壁脱离，触发控制信号，第一加热组件21停止收缩运动，保持在该位置。
40.结合图4所示，在一些实施例中，第一涨紧驱动装置40包括第一承载座41、驱动机构42、以及三个第一驱动组件43和三个复位机构，第一驱动组件43设置在第一承载座41上，驱动机构42带动第一驱动组件43向第一承载座41外周移动，以推动第一加热组件21向外移动。复位机构与第一驱动组件43连接，在驱动机构42解除对第一驱动组件43的作用力时，带动第一驱动组件43向中部移动。
41.在本实施例中，第一承载座41为圆盘状，第一承载座41上沿周向分布有三个安装槽411，安装槽411沿径向设置，安装槽411内滑动安装有第一驱动组件43，三个第一驱动组件43在第一承载座41的一侧沿向间隔分布，分别驱动一个第一加热组件21向外移动，向导流筒11的内壁抵靠。可以理解地，第一驱动组件43、安装槽411、复位机构的数量可以与第一加热组件21的数量相同，分别对应驱动一个第一加热组件21。
42.结合图4、5所示，进一步地，驱动机构42包括设置在第一承载座41中部的凸轮421，以及驱动凸轮421转动的电机422，凸轮421的外周上设有凸起，在凸轮421转动时，用于将第一驱动组件43向外推出。
43.第一驱动组件43包括相互连接的第一驱动件431、推杆432，第一驱动件431向外圈延伸，推杆432的内端与凸轮421相对，凸轮421转动时，凸起抵压推杆432，让第一驱动件431向外移动抵压第一加热组件21，此时复位机构受力。当不需要抵压第一加热组件21时，凸起离开推杆432，复位机构再带动第一驱动组件43向中部移动，不在抵压第一加热组件21。复位机构可以为复位弹簧，与第一驱动组件43连接，提供复位力。
44.结合图1、6所示，轴向驱动装置60用于带动第一涨紧驱动装置40、第一温控装置20在金属补偿器10内沿轴向移动到焊缝位置，第一涨紧驱动装置40上设有位置检测模块44，用于监测第一涨紧驱动装置40、第一温控装置20在补偿器内与焊缝的相对位置，保证第一涨紧驱动装置40、第一温控装置20能准确地被驱动导流筒11和端管12的焊缝位置，加热位置精准，母材受热更加均匀，降低热处理对于原始母材损伤。优选地，位置检测模块44为激光测距传感器，由激光测距传感器进行实时监测控制，激光测距传感器选用脉冲飞行时间测距法，通过发射激光时间与接收到返回激光时间差进行距离计算，精度高、抗干扰能力强。
45.轴向驱动装置60包括固定板62、支脚63、垫块64、驱动座65，固定板62的外周分布设置有若干支脚63，支脚63上设有垫块64，垫块64可以与补偿器的内壁抵靠，将轴向驱动装置60支撑定位。支脚63可拆卸地安装在固定板62，支脚63的长度可以根据补偿器的管径选用合适的进行更换，支脚63上设有调节螺母66，可以控制调节螺母66在支脚63上的位置，调节垫块64在支脚63上的位置，控制垫块64与补偿器内壁面的贴合程度。
46.驱动座65包括设置在固定板62上的电动驱动杆651、以及设置在电动驱动杆651上的转接板652，转接板652可以连接第一涨紧驱动装置40，电动驱动杆651伸缩，带动第一涨紧驱动装置40在补偿器内轴向移动。
47.结合图7所示，第二温控装置30用于设置在端管12的内圈，包括用于加热端管12的第二加热组件，第二温控装置30的结构可以与第一温控装置20的结构相同，但外形尺寸可以根据所安装的位置相应的调整，对第二温控装置30的介绍可参照第一温控装置20的结构。第二涨紧驱动装置50用于带动第二温控装置30的第二加热组件与端管12的内壁面靠近或分离。优选地，由三个弧形的第二加热组件拼接成环形的第二温控装置30，第二加热组件的数量也可为两个或多于两个的其他数量，拼接后能相互远离或靠近。当需要对端管12加热时，将第二加热组件向外推动，上第二加热组件与端管12的内壁面靠近抵靠，在第二加热组件通电后，可以加热端管12，在焊接前对端管12进行预热。
48.第二加热组件包括弧形的第二支撑架、位于第二支撑架外的第二保温层、位于第二保温层外侧的弧形第二加热件、以及设置在第二加热件上的第二温度测量单元，第二支撑架起到支撑作用，第二支撑架的外周面设有第二收容槽，第二保温层、第二加热件设置在第二收容槽内，可以随第二支撑架移动。第二加热件通电后温度增加，第二保温层可以让第二加热件的热量减少向内圈的第二支撑架方向传递，提升热量的利用效率。第二温度测量单元通常为热电偶，测量第二加热件的实时温度，让加热的温度更准确可控。
49.可以理解地，在其他实施例中，第二加热件也可沿第二温控装置30的外周设置，其为软质材质，具有延展性或可变形特性，第二涨紧驱动装置50将其向外撑开时，使第二加热组件贴合到端管12内壁上，通电后对端管12加热。
50.第二加热组件还设有第二限位机构，以限定向外移动与端管12接触时的位置，当第二加热组件与端管12的内壁面抵靠时，第二限位机构被触发，让第二涨紧驱动装置50停止向外推动，保持第二加热组件与端管12抵靠，并可开始加热。
51.在本实施例中，第二限位机构为接触开关，并朝向第二加热组件外圈设置，在接触到端管12的内壁面时被触发，优选地，第二限位开关可以设置在第二支撑架的侧面，不影响第二加热件与端管12的接触。当接触开关与端管12的内壁脱离时，此时已实现第二加热组件与端管12内壁脱离，触发控制信号，第二加热组件停止收缩运动，保持在该位置。
52.第二涨紧驱动装置50包括第二承载座51和在第二承载座51上沿周向分布的若干第二驱动组件52，第二驱动组件52包括转接座521、第二驱动件522，第二驱动件522驱动转接座521靠近第二温控装置30，将第二加热组件抵靠到端管12的内壁面，或驱动转接座521远离第二温控装置30，让第二加热组件与端管12的内壁面松脱。
53.核电管道金属补偿器10内壁热处理的方法步骤包括：
54.1、根据焊接工艺需求，将第二温控装置30、与第二涨紧驱动装置50预布设在待焊区域右侧端管12指定位置，控制系统控制六个第二驱动组件52运动，带动第二温控装置30
外涨，当安装在第二温控装置30侧面的接触开关与补偿器内壁接触时，触发感应信号，反馈至控制系统控制第二驱动组件52停止运动；
55.2、将轴向驱动装置60、第一涨紧驱动装置40以及第一温控装置20按照工艺要求预安装固定在待焊区域左侧的管内，锁紧轴向驱动装置60的支脚63与调节螺母66，控制电动驱动杆651推动第一涨紧驱动装置40，根据激光测距传感器反馈位置信息将第一涨紧驱动装置40及第一温控装置20送达指定位置后，停止运动；
56.3、控制系统控制第一涨紧驱动装置40的电机422工作，电机422带动凸轮421旋转，凸轮421推动推杆432，从而实现推动第一驱动组件43运动，实现第一温控装置20涨紧，当第一温控装置20各部分接触开关触发后，电机422停止工作，此时实现第一加热组件21与补偿器内壁的紧密贴合；
57.4、温控箱控制第一加热件213、第二加热件进行升温，热电偶实时监测温度，将测得温度数据实时反馈至温控箱中，人员可远程控制温度。
58.5、焊后热处理阶段，第一温控装置20中的电机422反向旋转，从而带动凸轮421反向旋转，弹簧拉动第一驱动组件43收缩运动，第一驱动组件43带动第一温控装置20的各部分第一加热组件21向内收缩，当接触开关与补偿器内壁脱离时，信号反馈至末端控制系统，电机422停止运动。
59.6、轴向驱动装置60的电动驱动杆651推动第一涨紧驱动装置40及第一温控装置20，通过激光测距传感器进行位移控制，当第一温控装置20中心运动到焊缝正上方时，电动驱动杆651停止运动，重复第3步骤；
60.7、温控箱控制温度升温，热电偶监测实时温度，将检测所得温度数据实时反馈至温控箱，实现补偿器内壁焊接热处理。
61.热处理装置解决了之前管道补偿器内壁无法固定加热件，从而无法从补偿器内壁进行热处理问题，利用热处理装置进行热处理工艺更加简单、温度更加可控、热处理更加均匀以及热输出效率更高，从而解决了导流筒11连接焊缝热处理温度分布不均、预热及后处理升温速率慢、焊缝处实际温度不可控等问题，彻底修复核电管道金属补偿器10缺陷，减少不必要的核电管道金属补偿器10更换工作，避免管道更换的拆卸及安装，最终实现工期的收益。
62.可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
63.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种核电管道金属补偿器内壁热处理装置，所述金属补偿器(10)包括导流筒(11)和套接在所述导流筒(11)一端外侧的端管(12)，其特征在于，所述热处理装置包括：第一温控装置(20)，用于设置在所述导流筒(11)的内圈，包括用于加热所述导流筒(11)的第一加热组件(21)；第二温控装置(30)，用于设置在所述端管(12)的内圈，所述第二温控装置(30)包括用于加热所述端管(12)的第二加热组件；第一涨紧驱动装置(40)，用于带动所述第一温控装置(20)的第一加热组件(21)与所述导流筒(11)的内壁面靠近或分离；第二涨紧驱动装置(50)，用于带动所述第二温控装置(30)的第二加热组件与所述端管(12)的内壁面靠近或分离。2.根据权利要求1所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一温控装置(20)包括沿周向设置的至少两个弧形第一加热组件(21)，所述第一加热组件(21)包括位于外侧的弧形第一加热件(213)、以及设置在所述第一加热件(213)上的第一温度测量单元(214)；所述第二温控装置(30)包括沿周向设置的至少两个弧形第二加热组件，所述第二加热组件包括位于外侧的弧形第二加热件、以及设置在所述第二加热件上的第二温度测量单元。3.根据权利要求2所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一加热组件(21)还包括弧形的第一支撑架(211)和位于所述第一支撑架(211)外的第一保温层(212)，所述第一加热件(213)位于所述第一保温层(212)外；所述第二加热组件还包括弧形的第二支撑架和位于所述第二支撑架外的第二保温层，所述第二加热件位于所述第二保温层外。4.根据权利要求2所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一加热组件(21)还包括第一限位机构(215)，以限定向外移动与所述导流筒(11)接触时的位置，所述第二加热组件还包括第二限位机构，以限定向外移动与所述导流筒(11)接触时的位置。5.根据权利要求1所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一涨紧驱动装置(40)包括第一承载座(41)、驱动机构(42)、以及第一驱动组件(43)，所述第一驱动组件(43)设置在所述第一承载座(41)上，所述驱动机构(42)带动所述第一驱动组件(43)向所述第一承载座(41)外周移动，以推动所述第一加热组件(21)向外移动。6.根据权利要求5所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一承载座(41)上沿周向分布有至少两个安装槽(411)，所述安装槽(411)沿径向设置，所述安装槽(411)内滑动安装有所述第一驱动组件(43)，所述驱动机构(42)包括设置在所述第一承载座(41)中部的凸轮(421)，以及驱动所述凸轮(421)转动的电机(422)，所述凸轮(421)的外周上设有凸起，用于将所述第一驱动组件(43)向外推出。7.根据权利要求5所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一承载座(41)上还设有与所述第一驱动组件(43)连接的复位机构，在所述驱动机构(42)解除对所述第一驱动组件(43)的作用力时，带动所述第一驱动组件(43)向内移动。8.根据权利要求5所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第一
涨紧驱动装置(40)上设有位置检测模块(44)，用于监测所述第一涨紧驱动装置(40)与所述第一温控装置(20)的相对位置。9.根据权利要求1至8任一项所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述热处理装置还包括轴向驱动装置(60)，用于带动所述第一涨紧驱动装置(40)在所述金属补偿器(10)内沿轴向移动到所述第一温控装置(20)内。10.根据权利要求1至8任一项所述的核电管道金属补偿器内壁热处理装置，其特征在于，所述第二涨紧驱动装置(50)包括第二承载座(51)和在所述第二承载座(51)上沿周向分布的若干第二驱动组件(52)，所述第二驱动组件(52)包括转接座(521)、第二驱动件(522)，所述第二驱动件(522)驱动所述转接座(521)靠近所述第二温控装置(30)，将所述第二加热组件抵靠到所述端管(12)的内壁面，或驱动所述转接座(521)远离所述第二温控装置(30)，让所述第二加热组件与所述端管(12)的内壁面松脱。

技术总结
本发明涉及一种核电管道金属补偿器内壁热处理装置，金属补偿器包括导流筒和套接在导流筒一端外侧的端管，热处理装置包括：第一温控装置，用于设置在导流筒的内圈，包括用于加热导流筒的第一加热组件；第二温控装置，用于设置在端管的内圈，第二温控装置包括用于加热端管的第二加热组件；第一涨紧驱动装置，用于带动第一温控装置的第一加热组件与端管的内壁面靠近或分离；第二涨紧驱动装置，用于带动第二温控装置的第二加热组件与端管的内壁面靠近或分离。热处理装置可以对导流筒、端管预热，防止焊接后裂纹产生，合理控制层间温度，焊后还可以对焊缝位置进行热处理，消除焊接残余应力，改善接头组织及性能。改善接头组织及性能。改善接头组织及性能。


技术研发人员：施建辉 刘政平 刘恩凯 张大勇 苗闯 杨佳 吕一仕 梁恩宝 霍锐 刘文清
受保护的技术使用者：苏州热工研究院有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/9/14