技术摘要：
本发明公开了一种用于焊缝热冲击实验的自动化模拟装置及方法，用于火电及核电领域换热管道焊接接头实际服役环境的自动化模拟，为火电及核电领域换热管道焊接接头失效机理的研究和新材料、新焊接工艺的质量验证提供了保障。本发明通过金属管道焊接接头外部高频感应加热  全部
背景技术：
本发明解决了火电及核电领域金属管道焊接接头热疲劳性能测试过程中，现有热 冲击环境模拟方法与实际工况相似度低及自动化程度低的技术难题。旨在为电站耐热钢及 镍基高温合金管道焊接接头抗热疲劳性能评价提供一种用于焊缝热冲击实验的自动化模 拟装置及方法。 为达到以上目的，本发明采用如下技术方案： 一种用于焊缝热冲击实验的自动化模拟装置，包括焊缝喷水冷却装置8，与焊缝喷 水冷却装置8连接的驱动其运动的焊缝水冷喷头运动装置2，设置在焊缝喷水冷却装置8底 部的焊接构件支架与冷却水收集装置4，置于焊接构件支架与冷却水收集装置4上并位于焊 4 CN 111595891 A 说　明　书 2/4 页 缝喷水冷却装置8底部的焊接构件5，对焊接构件5进行加热的焊缝高频感应加热装置6，用 于测试高频加热及喷水冷却过程焊接构件5中焊缝处的温度变化的焊缝测温装置7，与焊缝 水冷喷头运动装置2、焊缝喷水冷却装置8、焊缝高频感应加热装置6和焊缝测温装置7连接 的用于控制焊接构件5中焊缝处的温升和冷却速率的系统自动控制装置3。 所述焊缝水冷喷头运动装置2为以电机驱动的丝杆滑台，并通过螺纹连接固定在 固定平台1上，包括丝杆，滑动设置在丝杆上感光行程开关2-3和下感光行程开关2-1，设置 在丝杆上并位于上感光行程开关2-3和下感光行程开关2-1间的滑块2-2，设置在丝杆顶部 与系统自动控制装置3连接的驱动电机2-4，通过驱动电机2-4通断电实现对焊缝喷水冷却 装置8运动起止的控制；其中滑块2-2与焊接喷水冷却装置8的喷头通过悬臂连接。 所述焊接构件5为管状，内壁位置角接或堆焊有环形焊缝层5-1，所述焊接构件支 架与冷却水收集装置4用于支撑焊接构件5并收集焊缝喷水冷却装置8喷出的水，保证测试 环境安全、整洁。 所述焊缝高频感应加热装置6由加热线圈6-1和高频低压电源6-2组成，为加热线 圈6-1提供高频交流电流的高频低压电源6-2的振荡频率为40-60kHz，电压为12-48V，输出 功率为30-50KW，低压能够避免操作人员发生触电风险；高频低压电源6-2通过供电线缆与 系统自动控制装置3连接，通过电源通断控制焊接构件5上焊缝的加热起止。 所述焊缝测温装置7为热电偶，用于测试高频加热及喷水冷却过程中焊接构件5上 焊缝处的温度变化；热电偶的输出信号通过信号线7-1与系统自动控制装置3相连，用于加 热过程中的焊接构件5上焊缝温度控制及水冷过程中的温度监测。 所述焊接喷水冷却装置8包括喷水管8-2，设置在喷水管8-2一端并位于焊接构件5 上部的环形喷水喷头8-1、设置在喷水管8-2另一端的进水口8-4，与进水口8-4和喷水管8-2 连接的水泵8-3；水泵8-3的压力介于0.2-0.4MPa、流量介于0.5-2立方米/h，环形喷水喷头 8-1喷出的水雾与水平面夹角介于30-75o。 所述焊接构件5上焊缝处的温升和冷却速率均通过系统自动控制装置3进行自动 控制，并且能够实现循环次数的自动记录，过程中不需要人为进行开启、关闭，具有自动化 程度高、试验人员劳动强度大幅度降低的特点。 所述的用于焊缝热冲击实验的自动化模拟装置的工作方法，将需要进行热冲击实 验的焊接接头5放置在焊接构件支架与冷却水收集装置4上，焊缝高频感应加热装置6的加 热线圈6-1套在焊接构件5外部，将焊缝测温装置7端部与环形焊缝层5-1接触，在系统自动 控制装置3中输入焊缝需要加热的温度值及水冷时间，然后开启装置；系统自动控制装置3 开启焊缝高频感应加热装置6，当系统自动控制装置3探测到焊缝测温装置7测试焊缝处的 温度值达到预设值后，自动断开焊缝高频感应加热装置6的高频低压电源6-2，加热停止；系 统自动控制装置3给焊缝水冷喷头运动装置2发出信号，焊缝水冷喷头运动装置2携带焊缝 喷水冷却装置8的环形水冷喷头8-1下移到预定位置；系统自动控制装置3向焊缝喷水冷却 装置8发出开启水泵电源命令，水泵8-3开启，环形水冷喷头8-1开始喷水冷却环形焊缝层5- 1，当水冷时间达到预设值后，水泵电源自动切断，冷却停止，冷却水自动收集在焊接构件支 架与冷却水收集装置4的容器内部，完成一个热冲击循环，系统自动控制循环次数自动加1； 通过上述过程的反复进行能够进行多周次热冲击实验测试。 与现有技术相比，本发明的优势在于： 5 CN 111595891 A 说　明　书 3/4 页 1 .通过金属管道焊接接头外部高频感应加热，内部水冷的方式，可实现对焊接接 头沿壁厚方向的温度梯度的有效控制。 2.通过热电偶对管壁内部焊缝处的温度测试，可对焊缝处的温度进行精确控制。 3.感应加热装置采用低压高频电源，防止操作人员在操作过程中出现触电风险， 保证了装置的安全性。 4.焊接接头热冲击实验的整个过程为自动化控制，加热温度、温度梯度和冷却速 度均精确可控，大幅度提高了试验效率、减轻了实验人员的工作强度。 附图说明 图1为本发明用于焊缝热冲击实验的自动化模拟装置结构示意图。
技术实现要素：
为使本发明更加明显易懂，以下结合附图对本发明作如下详细说明： 如附图1所示为本发明提供的一种用于焊缝热冲击实验的自动化装置，包括焊缝 喷水冷却装置8，与焊缝喷水冷却装置8连接的驱动其运动的焊缝水冷喷头运动装置2，设置 在焊缝喷水冷却装置8底部的焊接构件支架与冷却水收集装置4，置于焊接构件支架与冷却 水收集装置4上并位于焊缝喷水冷却装置8底部的焊接构件5，对焊接构件5进行加热的焊缝 高频感应加热装置6，用于测试高频加热及喷水冷却过程焊接构件5中焊缝处的温度变化的 焊缝测温装置7，与焊缝水冷喷头运动装置2、焊缝喷水冷却装置8、焊缝高频感应加热装置6 和焊缝测温装置7连接的用于控制焊接构件5中焊缝处的温升和冷却速率的系统自动控制 装置3。焊缝高频感应加热装置6与焊缝测温装置7可实现焊接构件5焊接接头温度的可控加 热；固定平台1与焊缝水冷喷头运动装置2和焊缝喷水冷却装置8可实现焊接接头内部的可 控冷却。 作为本发明的优选实施方式，所述焊缝水冷喷头运动装置2为以电机驱动的丝杆 滑台，并通过螺纹连接固定在固定平台1上，包括丝杆，滑动设置在丝杆上感光行程开关2-3 和下感光行程开关2-1，设置在丝杆上并位于上感光行程开关2-3和下感光行程开关2-1间 的滑块2-2，设置在丝杆顶部与系统自动控制装置3连接的驱动电机2-4，通过驱动电机2-4 通断电实现对焊缝喷水冷却装置8运动起止的控制；其中滑块2-2与焊接喷水冷却装置8的 喷头通过悬臂连接。 作为本发明的优选实施方式，所述焊接构件5为管状，内壁位置角接或堆焊有环形 焊缝层5-1，所述焊接构件支架与冷却水收集装置4用于支撑焊接构件5并收集焊缝喷水冷 却装置8喷出的水，保证测试环境安全、整洁。 作为本发明的优选实施方式，所述焊缝高频感应加热装置6由加热线圈6-1和高频 低压电源6-2组成，为加热线圈6-1提供高频交流电流的高频低压电源6-2的振荡频率为40- 60kHz，电压为12-48V，输出功率为30-50KW，低压能够避免操作人员发生触电风险；高频低 压电源6-2通过供电线缆与系统自动控制装置3连接，通过电源通断控制焊接构件5上焊缝 的加热起止。 作为本发明的优选实施方式，所述焊缝测温装置7为热电偶，用于测试高频加热及 喷水冷却过程中焊接构件5上焊缝处的温度变化；热电偶的输出信号通过信号线7-1与系统 6 CN 111595891 A 说　明　书 4/4 页 自动控制装置3相连，用于加热过程中的焊接构件5上焊缝温度控制及水冷过程中的温度监 测。 作为本发明的优选实施方式，所述焊接喷水冷却装置8包括喷水管8-2，设置在喷 水管8-2一端并位于焊接构件5上部的环形喷水喷头8-1、设置在喷水管8-2另一端的进水口 8-4，与进水口8-4和喷水管8-2连接的水泵8-3；水泵8-3的压力介于0.2-0.4MPa、流量介于 0.5-2立方米/h，环形喷水喷头8-1喷出的水雾与水平面夹角介于30-75o。 所述焊接构件5上焊缝处的温升和冷却速率均通过系统自动控制装置3进行自动 控制，并且能够实现循环次数的自动记录，过程中不需要人为进行开启、关闭，具有自动化 程度高、试验人员劳动强度大幅度降低的特点。 如图1所示，本发明用于焊缝热冲击实验的自动化模拟装置的工作方法如下： 将需要进行热冲击实验的焊接接头5放置在焊接构件支架与冷却水收集装置4上， 焊缝高频感应加热装置6的加热线圈6-1套在焊接构件5外部，将焊缝测温装置7端部与环形 焊缝层5-1接触，在系统自动控制装置3中输入焊缝需要加热的温度值及水冷时间，然后开 启装置。系统自动控制装置3开启焊缝高频感应加热装置6，当系统自动控制装置3探测到焊 缝测温装置7测试焊缝处的温度值达到预设值后，自动断开焊缝高频感应加热装置6的高频 低压电源6-2，加热停止。系统自动控制装置3给焊缝水冷喷头运动装置2发出信号，焊缝水 冷喷头运动装置2携带焊缝喷水冷却装置8的环形水冷喷头8-1下移到预定位置。系统自动 控制装置3向焊缝喷水冷却装置8发出开启水泵电源命令，水泵8-3开启，环形水冷喷头8-1 开始喷水冷却环形焊缝层5-1，当水冷时间达到预设值后，水泵电源自动切断，冷却停止，冷 却水自动收集在焊接构件支架与冷却水收集装置4的容器内部，完成一个热冲击循环，系统 自动控制循环次数自动加1。通过上述过程的反复进行可进行多周次热冲击实验测试。 7 CN 111595891 A 说　明　书　附　图 1/1 页 图1 8