专利名称：钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理设 备，属于钢管热处理技术领域。
背景技术：
现有的钢管、石油油井管和钻杆热处理方法中的热源主要是用气(如液 化气、天然气、煤制气)，用气作为热处理系统中的加热热源，其主要缺陷 在于，对环境有污染，存有安全隐患，氧化皮多,成本高。现有技术除了用 气作为加热热源外，所用的加热辊道、喷淬装置、除鳞装置、沥水台等设备 均存有缺陷，如所用的加热辊道无法保证工件钢管或石油油井管或钻杆在加 热处理过程中自转，工件钢管或石油油井管或钻杆在加热处理过程中加热不 均匀，加热后的工件钢管或石油油井管或钻杆经过此辊道后须经校直机校 直，增加了生产成本。如所用的喷淬装置在随线连续喷淋中无法使钢管、石 油油井管和钻杆迅速均匀完全淬透，并且对io米左右长的钢管、石油油井
管和钻杆平直度，无法控制从管子一端测量到另一端的总长度的O. 2%。在每 一端1524,范围内，不得超出3. 175iMi。如所用的除鳞装置在对工件钢管或 石油油井管或钻杆进行热处理过程中经回火后的钢管在辊道通过该除鳞装 置后，成品工件钢管或石油油井管或钻杆表面光亮无法达到本色。如所用的 沥水台，该沥水台是平面的，它无法使工件钢管或石油油井管或钻杆自动移 位，也无法使工件钢管或石油油井管或钻杆在沥水台上自动移位时，将经喷
淋淬火后管内有少量的积水不能排出除干净，这样水会带至回火加热区，不 但影响加热效果，而且水和水蒸汽会进入回火感应加热线圈内，影响感应加 热线圈的使用寿命。 发明内容
本实用新型的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种用中频感应加热 作为热处理加热电源的钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理设备。
本实用新型的技术解决方案其结构是工件储料台、工件自动对齐定位 装置、淬火加热辊道、淬火感应加热器、双色红外测温仪、喷淬装置、工件 沥水台、回火加热辊道、回火感应加热器、红外测温控制仪、除鳞装置、冷 床依次串接，其中工件储料台中的第一、第二传感器的输出端、输入端与电 器控制系统的第一输入/出端对应相接；工件自动对齐定位装置中的第一机 械手的输入端、第三传感器的输出端与电器控制系统的第二输出/输入端对 应相接；淬火加热辊道中的第二机械手的输入端、第四传感器的输出端与电 器控制系统的第三输出/输入端对应相接，第五传感器的输出端与电器控制 系统的第一输入端对应相接；双色红外测温仪中的输出端与电器控制系统的 第二输入端对应相接；喷淬装置中第六传感器的输入端、第七传感器的输出 端与电器控制系统的第四输出/入端对应相接；工件沥水台中的第三机械手 的输入端、第八传感器的输出端与电器控制系统的第五输出/输入端对应相 接，第四机械手的输入端、第九传感器的输出端与电器控制系统的第六输出 /入端对应相接；回火加热辊道的第十传感器的输出端、第十一传感器的输 入端与电器控制系统的第七输入/输出端对应相接；红外测温控制仪中的输 出端与电器控制系统的第三输入端对应相接；冷床中的第五机械手的输入 端、第十二传感器的输出端与电器控制系统的第八输出/输入端对应相接。
本实用新型的优点用中频感应加热作为热处理加热热源对环境无污 染，安全，氧化皮少，成本低。所用的设备加热辊道可有效保证工件在加热 处理过程中加热均匀，加热后的工件经过此辊道后无需校直机校直，减少了 生产成本。喷淬装置在随线连续喷淋中使工件迅速均匀完全淬透，除鳞装置 使成品工件表面光亮达到本色。沥水台，使工件自动移位，使工件在沥水台 上自动移位时，将经喷淋淬火后管内的积水排净，不会带至回火加热区，不 但不影响加热效果，而且水和水蒸汽也不会进入回火感应加热线圈内，不存 在影响感应加热线圈的使用寿命。
附图1是本实用新型的结构示意图。 附图2是除鳞装置的结构示意图。 附图3是加热辊道的结构示意图。
附图4是沥水台的结构示意图。 附图5是喷淬装置的结构示意图。
图中的1是工件储料台、2是工件自动对齐定位装置、3是淬火加热 辊道、4是淬火感应加热器、5是双色红外测温仪、6是喷淬装置、7是工件 沥水台、8是回火加热辊道、9是回火感应加热器、IO是红外测温控制仪、 ll是除鳞装置、12是冷床、13是环状管、14是喷咀、15是加热辊道、16 是辊道架、17是带变频调速电机的减速机、18是感应加热线圈、19是V型 辊轮、20是沥水台、21是导轨、22是上料机械手、23是下料机械手、24 是喷淋器、25是水泵、26是喷淬角度调节装置、27是喷咀。
具体实施方式
对照附图1，其结构是工件储料台1、工件自动对齐定位装置2、淬火加
热辊道3、淬火感应加热器4、双色红外测温仪5、喷淬装置6、工件沥水台 7、回火加热辊道8、回火感应加热器9、红外测温控制仪IO、除鳞装置ll、 冷床12依次串接，其中工件储料台1中的第一、第二传感器的输出端、输 入端与电器控制系统的第一输入/输出端对应相接；工件自动对齐定位装置2 中的第一机械手的输入端、第三传感器的输出端与电器控制系统的第二输出 /输入端对应相接；淬火加热辊道3中的第二机械手的输入端、第四传感器 的输出端与电器控制系统的第三输出/输入端对应相接，第五传感器的输出 端与电器控制系统的第一输入端对应相接；双色红外测温仪5中的输出端与 电器控制系统的第二输入端对应相接；喷淬装置6中第六传感器的输入端、 第七传感器的输出端与电器控制系统的第四输出/输入端对应相接；工件沥 水台7中的第三机械手的输入端、第八传感器的输出端与电器控制系统的第 五输出/入端对应相接，第四机械手的输入端、第九传感器的输出端与电器 控制系统的第六输出/输入端对应相接；回火加热辊道8的第十传感器的输 出端、第十一传感器的输入端与电器控制系统的第七输入/输出端对应相接； 红外测温控制仪10中的输出端与电器控制系统的第三输入端对应相接；冷 床12中的第五机械手的输入端、第十二传感器的输出端与电器控制系统的 第八输出/输入端对应相接。所述的传感器采用耐高温接近传感器(型号 Y3-D50C1)。
工件储料台装在储料台上的第一、第二传感器，将采集的信号通过其 第一、第二输出端接入与其相对应的电器控制系统第一信号输入端、第二信 号输入端，经电器控制系统信号处理后，将上料信号通过电器控制系统的输 出端接入报警装置中的信号输入端，发出声、光通知上料；电器控制系统通 过其输出端接入工件对齐工位上第一机械手的输入端，由第一机械手发出空 位信号，该空位信号待电器控制系统发出上料信号，由电器控制系统向对齐 工位上的第一机械手发出上料信号；
工件自动对齐定位装置中的传感器将有工件料的信号通过其输出端接 入电器控制系统，经电器控制系统信号处理后，将上料信号通过电器控制系 统信号输出端接入工件自动对齐定位装置的输入端，发出上料信号，为下一 步是否进入加热辊道作准备；
淬火加热辊道工件由变频调速机带动辊轮向前，离开上料位置，加热 辊道上的传感器将工件离开上料位置的信号接入电器控制系统，经电器控制 系统信号处理后，上料信号通过电器控制系统输出接入加热辊道中的机械手 的输入端，并将上述的对齐装置发出的上料信号，进行下一个工件上料；
淬火感应加热工件在加热辊道上自转并向前移动，移动的速度由变频 调速机控制，进入电感应线圈区域，进行淬火感应均匀加热。
双色红外测温仪测定的温度信号通过传感器输出端接入电器控制系统， 经电器控制系统信号处理后，调控中频加热电源的功率信号通过电器控制系 统输出接入中频加热电源的输入端，由电器控制系统调控中频加热电源的功 率，使工件达到工艺设定的温度，组成闭环温度控制系统。
喷淬装置均匀加热后的工件，进入喷淋淬火区中的喷淬装置，进行淬 火处理，使工件完全淬透，完全淬透的工件进入沥水台。
工件内的残留水在沥水台上漏出工件外沥水区辊道上的传感器，将工 件到位的信号输出接入电器控制系统，经电器控制系统信号处理后，工件钢 管或石油油井管或钻杆翻到沥水台上的信号通过电器控制系统输出接入沥 水区中机械手的输入端，由机械手将沥水区辊道上的工件翻到沥水台上，停 留数分钟后，自动沥水，停留时间由电器控制系统控制，同时工件钢管或石
油油井管或钻杆输送到回火线感应加热区的信号通过电器控制系统输出接 入机械手，机械手动作，将工件钢管或石油油井管或钻杆输送到回火线感应 加热区。
回火加热辊道进入回火感应加热区辊道上的工件钢管或石油油井管或 钻杆在辊道上自转向前移动，进入回火中频加热线圈进行回火加热。
红外测温控制仪式将双色红外测温仪测定温度信号通过传感器输出接 入电器控制系统，经电器控制系统信号处理后，调控中频电源的功率输出信 号由电器控制系统输出接入中频电源的输入端，调控中频电源的功率输出， 组成闭环测温控制系统。
除鳞装置，清除工件表面的氧化皮；经回火加热后的工件钢管或石油油 井管或钻杆，由辊道输送到除鳞工位，由除鳞工位上的除鳞装置进行除鳞， 除去工件表面的氧化物。
冷床除鳞后的工件进入冷床工位，该冷床工位区辊道上的传感器将除 鳞后的工件钢管或石油油井管或钻杆进入冷床工位的信号输出接入电器控 制系统，经电器控制系统信号处理，把辊道上的工件钢管或石油油井管或钻 杆翻转到冷床上的信号通过电器控制系统输出接入第五机械手的输入端，第 五机械手把辊道上的工件钢管或石油油井管或钻杆翻转到冷床上。
储料台为斜度2 5°的斜框架结构，工件钢管或石油油井管或钻杆在表 面装配有抗噪音尼龙垫板的梁上滚动，出口端设计有挡料装置，在天车吊料 时人工辅助可很方便地使工件钢管或石油油井管或钻杆整齐排列分布，储料 台挡料装置为偏心轮结构，对于》60 小139. 7调整偏心轮在不同角度位置， 使翻料装置每次只能翻一根料。
对照附图3，工件钢管或石油油井管或钻杆进入加热辊道，加热辊道15
是安装在辊道架上16，加热辊道在水平方向上向下倾斜的角度是0. 3-1度；
加热辊道上安装若干个V型辊轮19和与V型辊轮相对应设置的带变频调速 电机的减速机17， V型辊轮与V型辊轮间设置感应加热线圈18，工件钢管或 石油油井管或钻杆安放在V型辊轮上，V型辊轮的辊轮轴与钢管或石油油井 管或钻杆的轴线方向之间的角度是8-20° 。
变频送料机为单辊传动，速度可调V型辊轮为倾斜8-20°布置的辊式 送料机，具有水平送料纠偏对中和工件钢管或石油油井管或钻杆自转的功 能。其中加热线圈之间和进出口处的送料辊为耐热不锈钢，其余为耐磨钢。 淬火加热区的辊道安装成有0.3 — 1度向下倾斜，这可以防止淬火时残留钢 管或石油油井管或钻杆内的水倒流到淬火加热区。
变频加热电源、感应加热电炉和双色红外测温仪检测工件钢管或石油油 井管或钻杆温度并反馈给中频电源组成闭环控制系统。加热温度850-1000 。C。
电源冷却水、蒸镏水水温《35"C 压力0. 2 0. 35MPa 配板式换热器。
双色红外测温仪1台，安装在最后一台感应加热线圈后部检测工件温度 并反馈给中频电源组成闭环控制系统。
工件钢管或石油油井管或钻杆在热处理生产线上按20米/分左右至5 10米/分的速度经过感应线圈加热至85(TC 100(TC左右，连续通过本喷淬 系统的喷淬装置在5-30秒钟内使工件钢管或石油油井管或钻杆快速均匀完 全淬透，它直接影响产品的弯曲变形和钢管的综合力学性能。
对照附图4，所述的沥水台，其结构是由若干根导轨21组成，每根导轨 与导轨间是非平行排列的，沥水台20在二个方向上呈倾斜，其中一个方向
是沥水台在工件钢管或石油油井管或钻杆的轴线方向倾斜角度是2-5度，另 一个方向是沥水台每根导轨间呈交叉倾斜，倾斜角度是逐根增加在2_20度 之间。为去除工件钢管或石油油井管或钻杆经淬火后留在工件钢管或石油油 井管或钻杆内的水带入回火线圈内而增设此工位沥水台，它长12米，宽1.2 米，且倾斜，采用气动上料机把辊道上的工件钢管或石油油井管或钻杆托起 放在沥水台上，使工件钢管或石油油井管或钻杆内的残留水漏出管内，几分 钟后，由气动上料机抬送上回火线辊道上。
对照附图5，喷淬装置的结构是包括喷淋器24、水泵25、喷淬角度调 节装置26，其中喷淋器24呈环形状；喷淋器24的进水管与水泵25相接， 喷淬角度调节装置26安装在喷淋器24上，喷淋器24上装有若干个喷咀27， 该喷咀的直径为1. 2-4mra，喷咀的喷射形状是锥形状或扇形状，若干个喷咀 是对称设置的；喷淬装置的中心线与工件钢管或石油油井管或钻杆的中心线 同轴。
回火中频感应加热区变频感应加热电源，感应加热线圈组成回火感应加 热部分和双色红外测温仪闭环系统。(双色红外测温仪采用双色光纤红外测 温仪，其型号RAYFRIASF001) 加热温度500-72CTC。
电源冷却水、蒸镏水水温《35。C压力0. 2 0. 35MPa 配板式换热器。
双色红外测温仪，安装在最后一套加热线圈后部检测工件钢管或石油 油井管或钻杆温度并反馈给中频电源，组成闭环控制系统。
本电控系统选用德国西门子公司S7 — 315/2DP可编程控制器PLC，能实 现机组调整控制、手动控制、半自动控制、全自动控制，同时根据机组的工 艺要求，对机组上的每一部分设备实现联锁保护功能，误操作保护功能，各
种工作状态和每部分设备动作显示功能，S7 — 315/2DP检测限位开关信号， 压力传感器信号，根据操作指令(如各种工作制、操作按钮)分别执行相应 的工艺程序。由于S7 — 315/2DP具有丰富的程序控制命令，可以使控制系统 有效地完成机组所有过程控制任务和调速定位功能，在自动工作方式下，只 要初始条件满足按自动启动按钮，程序便按选定(不同钢管直径和材质)的 工艺制度一次完成整个机组所需要的全部动作，并在完成上一个循环周期动 作的同时开始下一个循环的周期动作。
权利要求1、钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理设备，其特征是工件储料台、工件自动对齐定位装置、淬火加热辊道、淬火感应加热器、双色红外测温仪、喷淬装置、工件沥水台、回火加热辊道、回火感应加热器、红外测温控制仪、除鳞装置、冷床依次串接，其中工件储料台中的第一、第二传感器的输出端、输入端与电器控制系统的第一输入/输出端对应相接；工件自动对齐定位装置中的第一机械手的输入端、第三传感器的输出端与电器控制系统的第二输出/入端对应相接；淬火加热辊道中的第二机械手的输入端、第四传感器的输出端与电器控制系统的第三输出/输入端对应相接，第五传感器的输出端与电器控制系统的第一输入端对应相接；双色红外测温仪中的输出端与电器控制系统的第二输入端对应相接；喷淬装置中第六传感器的输入端、第七传感器的输出端与电器控制系统的第四输出/输入端对应相接；工件沥水台中的第三机械手的输入端、第八传感器的输出端与电器控制系统的第五输出/输入端对应相接，第四机械手的输入端、第九传感器的输出端与电器控制系统的第六输出/输入端对应相接；回火加热辊道的第十传感器的输出端、第十一传感器的输入端与电器控制系统的第七输入/输出端对应相接；红外测温控制仪中的输出端与电器控制系统的第三输入端对应相接；冷床中的第五机械手的输入端、第十二传感器的输出端与电器控制系统的第八输出/输入端对应相接。
2、 根据权利要求1所述的钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理 设备，其特征是所述的加热辊道安装在辊道架上，加热辊道在水平方向上向下 倾斜的角度是0. 3-1度；加热辊道上安装若干个V型辊轮和与V型辊轮相对应 设置的带变频调速电机的减速机，V型辊轮与V型辊轮间设置感应加热线圈，工件钢管或石油油井管或钻杆安放在V型辊轮上，V型辊轮的辊轮轴与钢管或 石油油井管或钻杆的轴线方向之间的倾斜角度是8-20° 。
3、 根据权利要求1所述的钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理 设备，其特征是所述的沥水台由若干根导轨组成，每根导轨与导轨间是非平行 排列的，沥水台在二个方向上呈倾斜，其中一个方向是沥水台上工件钢管或石 油油井管或钻杆的轴线方向倾斜角度是2-5度，另一个方向是沥水台上每根导 轨间呈交叉倾斜，倾斜角度是逐根增加在2—20度之间。
4、 根据权利要求1所述的钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理 设备，其特征是所述的喷淬装置包括喷淋器、水泵、喷淬角度调节装置，其中 喷淋器呈环形状分布；喷淋器的进水管与水泵相接，喷淬角度调节装置安装在 喷淋器上，喷淋器上装有若干个喷咀，该喷咀的直径为1. 2-4mm，喷咀的喷射 形状是锥形状和扇形状，若干个喷咀是对称设置的；喷淬装置的中心线与工件 钢管或石油油井管或钻杆的中心线同轴。
专利摘要本实用新型是钢管、石油油井管和钻杆中频感应加热热处理设备，由工件储料台、工件自动对齐定位装置、淬火加热辊道、淬火感应加热器、双色红外测温仪、喷淬装置、工件沥水台、回火加热辊道、回火感应加热器、红外测温控制仪、除鳞装置、冷床依次串接，优点系统中的加热辊道保证工件在加热处理过程中加热均匀，加热后的工件经过此辊道后无需校直机校直，减少生产成本。喷淬装置在随线连续喷淋中使工件迅速均匀完全淬透，除鳞装置使成品工件表面光亮达到本色。沥水台，使工件自动移位，在沥水台上自动移位时，将管内的积水排净，不带至回火加热区，不影响加热效果，水和水蒸汽也不进入回火感应加热线圈内，不存在影响感应加热线圈的使用寿命。
文档编号C21D9/08GK201183811SQ200820009390
公开日2009年1月21日 申请日期2008年4月3日 优先权日2007年6月28日
发明者朱兴发 申请人:朱兴发