[實用新型]一種用于焊縫熱沖擊實驗的自動化模擬裝置

有效

• 申請號: 202020505847.6
• 申請日: 2020-04-09
• 公開（公告）號: CN212008190U
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 劉剛;方江;趙亮;劉福廣;李勇;楊二娟;馬亞龍;張璐
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;中核核電運行管理有限公司
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本實用新型公開了一種用于焊縫熱沖擊實驗的自動化模擬裝置，用于火電及核電領域換熱管道焊接接頭實際服役環境的自動化模擬，為火電及核電領域換熱管道焊接接頭失效機理的研究和新材料、新焊接工藝的質量驗證提供了保障。本實用新型通過金屬管道焊接接頭外部高頻感應加熱，內部水冷的方式，可實現對焊接接頭沿壁厚方向的溫度梯度的有效控制。通過熱電偶對管壁內部焊縫處的溫度測試，可對焊縫處的溫度進行精確控制。感應加熱裝置采用低壓高頻電源，防止操作人員在操作過程中出現觸電風險，裝置安全性。焊接接頭熱沖擊實驗的整個過程為自動化控制，加熱溫度、溫度梯度和冷卻速度均精確可控，大幅度提高了試驗效率、減輕了實驗人員的工作強度。

技術領域

本實用新型涉及焊縫熱沖擊實驗技術領域，具體涉及一種用于焊縫熱沖擊實驗的自動化模擬裝置。

背景技術

金屬管道對接焊接接頭結構作為換熱管道的重要組成部分廣泛應用于火力發電、核電等國計民生的重要能源領域。在火力發電及核電運行條件下，管壁外部通常承受火焰(火電)、高壓水蒸汽(壓水堆)、高溫高壓氦氣(氣冷堆)的加熱作用，管壁內部承受高壓水的冷卻作用，因此沿管壁厚度方向具有極高的溫度梯度，并由此產生了極高的應力梯度。另一方面，管壁外部溫度及內部溫度還會在一定范圍內隨時間發生波動，因此此類管道還承受溫度波動引起的熱沖擊作用。相比于管道本身，管道焊接接頭處存在冶金化學成分差異、尺寸差異、顯微組織差異，因此是焊接管道的薄弱環節。在管壁內外溫度梯度和溫度波動的共同作用下焊接接頭中通常會產生熱疲勞裂紋，接頭性能發生退化，并有可能在隨后的服役過程中引起管道的爆管，造成安全生產事故。對于核電電站，爆管的發生還可能引起發射物質的外泄，可能引發重大的安全生產事故及社會恐慌。因此研究耐熱鋼、高溫合金等金屬管道在上述服役條件下的組織及結構演變規律，揭示金屬管道焊接接頭在服役環境下裂紋產生的機制和規律對開發新材料、改善焊接工藝、接頭壽命預測等方面具有重要的科學及實踐意義。由于不能直接對正在服役的管道焊接接頭截取進行研究，因此通常需要在實驗室條件下通過特殊裝置對服役環境進行模擬，通過研究模擬服役環境下焊接接頭的組織及性能演變推斷真實服役管道焊接接頭的組織及性能演變，因此模擬環境與真實服役工況的相似度越高，研究結果的借鑒意義也就越高。目前研究領域多采用將整體管道焊接接頭在馬弗爐內加熱至特定溫度，然后將焊接構件整體浸入水中快速冷卻的方法進行真實服役環境的模擬，該方法簡單易行，但存在整體構件均溫，不能模擬沿管道壁厚方向極高溫度梯度的缺點，同時測試自動程度較低，測試周期極長(循環次數高達10000次)的問題。因此亟需可實現高度模擬火電及核電工況下耐熱鋼及鎳基高溫合金管道運行條件的自動化模擬裝置。

發明內容

本實用新型解決了火電及核電領域金屬管道焊接接頭熱疲勞性能測試過程中，現有熱沖擊環境模擬方法與實際工況相似度低及自動化程度低的技術難題。旨在為電站耐熱鋼及鎳基高溫合金管道焊接接頭抗熱疲勞性能評價提供一種用于焊縫熱沖擊實驗的自動化模擬裝置。

為達到以上目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種用于焊縫熱沖擊實驗的自動化模擬裝置，包括焊縫噴水冷卻裝置 8，與焊縫噴水冷卻裝置8連接的驅動其運動的焊縫水冷噴頭運動裝置2，設置在焊縫噴水冷卻裝置8底部的焊接構件支架與冷卻水收集裝置4，置于焊接構件支架與冷卻水收集裝置4上并位于焊縫噴水冷卻裝置8底部的焊接構件5，對焊接構件5進行加熱的焊縫高頻感應加熱裝置6，用于測試高頻加熱及噴水冷卻過程焊接構件5中焊縫處的溫度變化的焊縫測溫裝置7，與焊縫水冷噴頭運動裝置2、焊縫噴水冷卻裝置8、焊縫高頻感應加熱裝置6和焊縫測溫裝置7連接的用于控制焊接構件5中焊縫處的溫升和冷卻速率的系統自動控制裝置3。

所述焊縫水冷噴頭運動裝置2為以電機驅動的絲桿滑臺，并通過螺紋連接固定在固定平臺1上，包括絲桿，滑動設置在絲桿上感光行程開關2-3 和下感光行程開關2-1，設置在絲桿上并位于上感光行程開關2-3和下感光行程開關2-1間的滑塊2-2，設置在絲桿頂部與系統自動控制裝置3連接的驅動電機2-4，通過驅動電機2-4通斷電實現對焊縫噴水冷卻裝置8 運動起止的控制；其中滑塊2-2與焊縫噴水冷卻裝置8的噴頭通過懸臂連接。