CN117754203A - 一种变换废锅的修复系统和修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变换废锅的修复系统，包括焊接单元和检测单元。焊接单元由X、Y、Z三个相互垂直的内嵌式联动部件和焊接组件组成。检测单元沿变换废锅周向安装，并将变换废锅周向分为第一检测区、第二检测区和探伤区。其中，所述第一超声发射器对第一检测区初步扫查，第二超声发射器对第二检测区初步扫查，若第一超声接收器配合或第二超声接收器配合接收到高于额定值的回波信号，则记录标记，在初步扫查后，所述超声探测器检测变换废锅的缺陷波形，根据异常回波信号与变换废锅结构的缺陷波形进行复核扫查。更加全面和准确地检测变换废锅的焊缝质量，及时发现并处理潜在的缺陷。

Description

一种变换废锅的修复系统和修复方法

技术领域

本发明涉及废锅修复技术，尤其涉及一种变换废锅的修复系统和修复方法。

背景技术

煤化工变换系统中，其变换废锅由于其使用环境和通过的介质往往容易出现缺陷（裂缝），其使用寿命普遍不长。为了延长其使用寿命一般会进行焊接修复，现有修复工艺普遍采用直接焊接法，其修复之后往往会出现二次裂缝的问题，焊接成功率不高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种变换废锅的修复系统和修复方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种变换废锅的修复系统，其特征在于，包括：

焊接单元，焊接单元由X、Y、Z三个相互垂直的内嵌式联动部件和焊接组件组成，其中Z轴联动部件为调整轴，Y 轴联动部件为控制轴，X 轴联动部件为纠偏轴，均用于控制焊接组件移动，所述焊接组件一端设置有视觉传感器，视觉传感器与焊接组件沿Y轴联动部件水平相对，所述视觉传感器用于控制焊接组件沿焊缝中心线移动；

检测单元，检测单元沿变换废锅周向安装，并将变换废锅周向分为第一检测区、第二检测区和探伤区，所述检测单元包括第一超声发射器、第一超声接收器、第二超声发射器、第二超声接收器和超声探测器，所述第一超声发射器和第一超声接收器位于第一检测区，所述第二超声发射器和第二超声接收器位于第二检测区，所述超声探测器位于探伤区，

其中，所述第一超声发射器对第一检测区初步扫查，第二超声发射器对第二检测区初步扫查，若第一超声接收器配合或第二超声接收器配合接收到高于额定值的回波信号，则记录标记，在初步扫查后，所述超声探测器检测变换废锅的缺陷波形，根据异常回波信号与变换废锅结构的缺陷波形进行复核扫查。

在本发明中，所述第一超声发射器包括连接板，连接板的两端均设置有连接铰链，所述两个连接铰链经贴合铰链进行连接，连接板下方设置有探头，其中，所述贴合铰链用于控制探头与变换废锅壁贴合力度。

在本发明中，所述第一超声发射器之间设置有转接部件，转接部件包括左右两侧的连接板，两连接板之间设置有铰接杆，所述连接板正上方设置有滚轮，连接板内侧设置有多个连杆，多个连杆与安装杆连接，所述安装杆的下方设置有第一超声发射器，由多个连杆控制安装杆的垂直移动距离，进而确保第一超声发射器与锅壁始终耦合。

在本发明中，所述探头具有多组超声折射角度，探头折射角度K分别为K1、K2、K3、K4和K5，其中，折射角度K1为70.6°，折射角度K2为67.5°，折射角度K3为56.6°，折射角度K4为50.1°，折射角度K5为44.7°。

在本发明中，所述焊接单元包括两个Y轴延伸架，Y轴延伸架上方设置有Y轴滑轨，所述龙门架为N型结构，滑动连接在两个Y轴滑轨上方，所述龙门架的一侧设置有第一驱动电机，第一驱动电机用于控制龙门架在滑轨上移动，其中，龙门架顶部设置有上顶板，上顶板横向设置有X轴滑轨，沿X轴滑轨上滑动设置有滑动架，X轴滑轨的一侧设置有第二驱动电机，第二驱动电机用于控制滑动架在X轴滑轨上移动，所述滑动架下方设置有Z轴导板，Z轴导板外侧滑动安装有Z轴滑块。

在本发明中，所述Z轴滑块上安装有焊接组件，Z轴导板顶部还安装有第三驱动电机，第三驱动电机用于带动Z轴滑块及焊接组件沿Z轴滑动。

在本发明中，所述焊接组件包括连接座，连接座固定连接在Z轴滑块上，会随Z轴滑块一同上下移动，其中，所述连接座的一端设置有大臂，该大臂经中臂与摇臂连接，摇臂的另一端与焊头相连。

一种变换废锅的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过变换废锅修复系统，对变换废锅进行检测，并对缺陷部分进行标识；

步骤2：清除深度不大于20mm的缺陷部分，用磨光机打磨，将缺陷清理干净，深度大于20mm的缺陷部分，用碳弧气刨将缺陷清理干净，用磨光机打磨，将熔渣等清理干净，打磨部位做MT检测，检查缺陷是否清理干净及是否还存在其它缺陷；

步骤3：消氢处理，用热处理设备对需要修复的设备整体进行加热，加热至350摄氏度左右，在350摄氏度的温度下保温24H；

步骤4：缺陷部位补焊，补焊前对焊接部位采用电加热进行预热，预热≥150℃，保持层间温度小于等于200℃，对缺陷部位按相应的焊接工艺焊接，焊接过程中设备温度不低于300度；

步骤5：补焊部位无损检测，焊接冷却24小时后，焊接接头进行100% UT、MT 检测；

步骤6：热处理，用电加热方式对管板与管箱的整圈焊缝进行消除应力热处理，其中，焊缝内外表面均要有电加热片，内部加热片用环形圈固定；

步骤7：内外部焊缝无损检测，确定焊缝是否焊接完整。

实施本发明的这种变换废锅的修复系统和修复方法，具有以下有益效果：

1、焊接单元的三轴联动设计：焊接单元通过X、Y、Z三个相互垂直且联动的内嵌式滑动轨组成，实现了焊接组件在三维空间内的精确定位和移动。其中，Z轴作为调整轴，使焊接组件与变换废锅的焊缝位置精确贴合；Y轴作为控制轴，控制焊接组件沿焊缝位置的前进或后退；X轴作为纠偏轴，确保焊接组件实时对准焊缝中心线。这种设计大大提高了焊接的精度和效率。

2、PLC控制器的应用：通过在X轴滑轨和Y轴滑轨上安装PLC控制器，可以产生高速脉冲来控制驱动电机的速度和位置，从而实现了对焊缝位置的实时检测与跟踪定位。这不仅提高了焊接的自动化程度，还降低了人工操作的难度和误差。

3、视觉传感器的应用：滑动架上设置的视觉传感器可以对变换废锅的焊接位置进行检测与定位，采集焊缝的图像并处理，提取焊缝中心线。这将运动参数实时反馈到驱动电机，带动焊接组件进行焊接操作，使其始终位于焊缝中心线。这种设计进一步提高了焊接的精准度和质量。

4、检测单元的分区检测设计：检测单元通过超声发射器和接收器将变换废锅分为不同的检测区，包括第一检测区、第二检测区和探伤区。这种分区检测的设计可以更加全面和准确地检测变换废锅的焊缝质量，及时发现并处理潜在的缺陷。

5、超声探测器的应用：超声探测器可以对变换废锅进行缺陷波形检测，针对记录标记区域进行精细扫查，根据异常回波信号的位置与波形来判断焊缝缺陷的类型。这种设计提高了检测的精准性和可靠性，为后续的焊缝质量评估提供了有力的支持。

6、贴合铰链的设计：超声发射器中的贴合铰链可以确保探头始终与变换废锅接触，同时还具有一定的浮动功能。这种设计既保证了探头与变换废锅的良好耦合效果，又避免了因摩擦力过大而损坏探头的问题。

附图说明

图1为本发明焊接单元的结构示意图；

图2为本发明焊接单元的另一角度结构示意图；

图3为本发明焊接单元的又一角度结构示意图；

图4为本发明检测单元的安装结构示意图；

图5为本发明检测单元的部分结构示意图；

图6为本发明变换废锅的结构示意图；

图7为本发明检测单元与变换废锅的安装示意图；

图8为本发明检测单元的部分结构示意图；

图9为本发明检测单元的原理分析图；

图10为变换废锅修复方法的流程框图。

附图标记表示为：100焊接单元、101Y轴延伸架、102Y轴滑轨、103第一驱动电机、104龙门架、105上顶板、106X轴滑轨、107第二驱动电机、108滑动架、109Z轴导板、110Z轴滑块、111第三驱动电机、112连接座、113大臂、114中臂、115摇臂、116焊头、117视觉传感器、200检测单元、21第一超声发射器、22第一超声接收器、23第二超声发射器、24第二超声接收器、25超声探测器、201连接板、202连接铰链、203贴合铰链、204探头、21A转接部件、21A1连接板、21A2铰接杆、21A3滚轮、21A4连杆、21A5安装杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图9所示，本实施例的这种变换废锅的修复系统包括焊接单元100和检测单元200。

如图1至图3所示，焊接单元100由X、Y、Z三个联动部件并且相互垂直的内嵌式滑动轨组成。其中Z轴为调整轴，在进行焊接前进行调整，使焊接组件与变换锅炉焊缝位置进行贴合，而在焊接时Z轴方向保持不动。Y 轴为控制轴，用于控制焊缝组件沿焊缝位置进行前进或者后退，X 轴为纠偏轴，主要目的是用来控制焊缝组件能够实时对准焊缝中心线。

具体地，焊接单元100包括两个Y轴延伸架101，Y轴延伸架101上方设置有Y轴滑轨102。龙门架104为N型结构，滑动连接在两个Y轴滑轨102上方。龙门架104的一侧设置有第一驱动电机103，第一驱动电机103用于控制龙门架104在滑轨上移动。龙门架104顶部设置有上顶板105，上顶板105横向设置有X轴滑轨106。沿X轴滑轨106上滑动设置有滑动架108，X轴滑轨106的一侧设置有第二驱动电机107，第二驱动电机107用于控制滑动架108在X轴滑轨106上移动。滑动架108下方设置有Z轴导板109，Z轴导板109外侧滑动安装有Z轴滑块110。Z轴滑块110上安装有焊接组件，Z轴导板109顶部还安装有第三驱动电机111，第三驱动电机111用于带动Z轴滑块110及焊接组件沿Z轴滑动。其中，X轴滑轨106和Y轴滑轨102上分别安装有PLC 控制器，通过 PLC 控制器产生的高速脉冲来对第一驱动电机103、第二驱动电机107和第三驱动电机111进行速度和位置上的控制，实现了对焊缝位置的实时检测与跟踪定位。

在本实施例中，滑动架108远离焊接组件的一端设置有视觉传感器117，视觉传感器117与焊接组件沿Y轴水平相对。

首先确保变换废锅和焊接条之间的缝隙对接足够紧密，并且不会发生各种位置上的偏移，且对接缝隙的方向与轴一致，再调整对接缝隙与视觉传感器117之间的距离与位置，使之大致对齐。通过视觉传感器117对变换废锅的焊接位置进行检测与定位，用于采集变换废锅焊缝的图像并处理图像，提取焊缝中心线。将运动参数实时反馈到第一驱动电机103、第二驱动电机107和第三驱动电机111，带动焊接组件进行焊接操作，使其始终位于焊缝中心线。焊接组件包括连接座112，连接座112固定连接在Z轴滑块110上，会随Z轴滑块110一同上下移动。连接座112的一端设置有大臂113，该大臂113经中臂114与摇臂115连接，摇臂115的另一端与焊头116相连。通过大臂113、中臂114和摇臂115对焊头116在变换废锅的焊接位置进行微调，以确保焊接质量。

如图4至图5所示，在焊接单元100轴向方位还设置有检测单元200，检测单元200包括安装在变换废锅20周向的第一超声发射器21、第一超声接收器22、第二超声发射器23、第二超声接收器24和超声探测器25。其中，第一超声发射器21和第二超声发射器23上端部两侧，且第一超声发射器21和第二超声发射器23之间的夹角为90°。第一超声接收器22和第二接收器24安装在变换废锅20的两侧，第一超声接收器22和第二接收器24处于同于水平线上。超声探测器25位于变换废锅20的顶部，且与第一超声接收器22或第二接收器24之间的夹角为90°。并通过检测单元200将变换废锅20分为第一检测区、第二检测区和探伤区。第一超声发射器21和第一超声接收器22位于第一检测区，第二超声发射器23和第二超声接收器24位于第二检测区，超声探测器25位于探伤区。

具体地，第一超声发射器21先根据第一检测区划分的探伤面对焊缝进行初步扫查。将检测探头放置在焊缝的一端，垂直于焊缝裂开方向进行循环扫查，以保证超声束可以穿透第一检测区。在扫查时应保持较慢的速度，同时探头宽度的重叠率应保持在5%~10%。若第一超声接收器22接收到高于额定值的回波信号，则记录标记。第二超声发射器23和第二超声接收器24的工作原理与第一超声发射器21和第一超声接收器22一致。在初步扫查后，在通过超声探测器25检测变换废锅的缺陷波形，此时再针对记录标记区域进行精细扫查，根据异常回波信号的位置与波形，结合变换废锅结构的缺陷波形识别特征来判断焊缝缺陷的类型。并记录波形的幅度。对于波形异常且没有对应波形特征的缺陷可以进行复核扫查，进一步确保检测的精准性。

其中，第一超声发射器21与第二超声发射器23结构一致。第一超声发射器21包括连接板201，连接板201的两端均设置有连接铰链202。两个连接铰链202经贴合铰链203进行连接，连接板201下方设置有探头204，该探头204用于发射并接收反射波线。探头204与变换废锅壁贴合时需要控制其力度，力度太小耦合效果不好，力度太大则容易增大摩擦力损坏探头，因此，在对进行安装时，贴合铰链203与变换废锅的侧壁贴合，确保探头204始终与变换废锅接触，同时还具有一定的浮动功能。

进一步地，如图6至图8所示，变换废锅20的锅壁存在错边的接壁，导致锅壁两侧的高度不一致，探头204依靠两侧锅壁进行定位时，会导致探头204倾斜，影响探头204与锅壁的距离参数，进而影响探头204与变换废锅壁的耦合。因此在两个第一超声发射器21之间设置有转接部件21A，转接部件21A包括左右两侧的连接板21A1，两连接板21A1之间设置有铰接杆21A2。连接板21A1正上方设置有滚轮21A3，连接板21A1内侧设置有多个连杆21A4，多个连杆21A4与安装杆21A5连接。安装杆21A5的下方设置有第一超声发射器21，由多个连杆21A4控制安装杆21A5的垂直移动距离，进而确保第一超声发射器21与锅壁始终耦合。

进一步地，如图9所示，为确保超声发射器的扫描范围，探头204具有多组超声折射角度。其中Kmax 为最大K 值探头的覆盖范围，Kmin 为最小K 值探头的覆盖范围。多个不同K 值探头线状排列组成探头组，可以扩大声束覆盖范围，一次性扫查更大区域。其中，探头204之间K 值为 K1、K2、K3、K4和K5。折射角度K1为70.6°，折射角度K2为67.5°，折射角度K3为56.6°，折射角度K4为50.1°，折射角度K5为44.7°。

进一步地，如图10所示，本实施例还公开了一种变换废锅的修复方法，包括如下步骤：

步骤1：通过权利要求1-7任一项所述变换废锅修复系统，对变换废锅进行检测，并对缺陷部分进行标识；

步骤2：清除深度不大于20mm的缺陷部分，用磨光机打磨，将缺陷清理干净，深度大于20mm的缺陷部分，用碳弧气刨将缺陷清理干净，用磨光机打磨，将熔渣等清理干净，打磨部位做MT检测，检查缺陷是否清理干净及是否还存在其它缺陷；

步骤3：消氢处理。用热处理设备对需要修复的设备整体进行加热，加热至350摄氏度左右，在350摄氏度的温度下保温24H，消氢处理后，整个设备在后续焊接的过程中不会出现“氢脆”的过程，大大提升了焊接的成功率；

步骤4：缺陷部位补焊，补焊前对焊接部位采用电加热进行预热，预热≥150℃，保持层间温度小于等于200℃，对缺陷部位按相应的焊接工艺焊接，焊接过程中设备温度不低于300度，较小的层间温差将提高一次焊接成功率，降低了因温差过大而导致的焊接难度；

步骤5：补焊部位无损检测，焊接冷却24小时后，焊接接头进行100% UT、MT 检测；

步骤6：热处理，用电加热方式对管板与管箱的整圈焊缝进行消除应力热处理，其中，焊缝内外表面均要有电加热片，内部加热片用环形圈固定。应力的消除，消除了设备在使用过程中出现应力而二次开裂，提升了其设备后续的使用寿命。

步骤7：内外部焊缝无损检测，确定焊缝是否焊接完整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变换废锅的修复系统，其特征在于，包括：

焊接单元，焊接单元由X、Y、Z三个相互垂直的内嵌式联动部件和焊接组件组成，其中Z轴联动部件为调整轴，Y 轴联动部件为控制轴，X 轴联动部件为纠偏轴，均用于控制焊接组件移动，所述焊接组件一端设置有视觉传感器，视觉传感器与焊接组件沿Y轴联动部件水平相对，所述视觉传感器用于控制焊接组件沿焊缝中心线移动；

检测单元，检测单元沿变换废锅周向安装，并将变换废锅周向分为第一检测区、第二检测区和探伤区，所述检测单元包括第一超声发射器、第一超声接收器、第二超声发射器、第二超声接收器和超声探测器，所述第一超声发射器和第一超声接收器位于第一检测区，所述第二超声发射器和第二超声接收器位于第二检测区，所述超声探测器位于探伤区，

其中，所述第一超声发射器对第一检测区初步扫查，第二超声发射器对第二检测区初步扫查，若第一超声接收器配合或第二超声接收器配合接收到高于额定值的回波信号，则记录标记，在初步扫查后，所述超声探测器检测变换废锅的缺陷波形，根据异常回波信号与变换废锅结构的缺陷波形进行复核扫查。

2.根据权利要求1所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述第一超声发射器包括连接板，连接板的两端均设置有连接铰链，所述两个连接铰链经贴合铰链进行连接，连接板下方设置有探头，其中，所述贴合铰链用于控制探头与变换废锅壁贴合力度。

3.根据权利要求2所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述第一超声发射器之间设置有转接部件，转接部件包括左右两侧的连接板，两连接板之间设置有铰接杆，所述连接板正上方设置有滚轮，连接板内侧设置有多个连杆，多个连杆与安装杆连接，所述安装杆的下方设置有第一超声发射器，由多个连杆控制安装杆的垂直移动距离，进而确保第一超声发射器与锅壁始终耦合。

4.根据权利要求3所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述探头具有多组超声折射角度，探头折射角度K分别为K1、K2、K3、K4和K5，其中，折射角度K1为70.6°，折射角度K2为67.5°，折射角度K3为56.6°，折射角度K4为50.1°，折射角度K5为44.7°。

5.根据权利要求1所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述焊接单元包括两个Y轴延伸架，Y轴延伸架上方设置有Y轴滑轨，所述龙门架为N型结构，滑动连接在两个Y轴滑轨上方，所述龙门架的一侧设置有第一驱动电机，第一驱动电机用于控制龙门架在滑轨上移动，其中，龙门架顶部设置有上顶板，上顶板横向设置有X轴滑轨，沿X轴滑轨上滑动设置有滑动架，X轴滑轨的一侧设置有第二驱动电机，第二驱动电机用于控制滑动架在X轴滑轨上移动，所述滑动架下方设置有Z轴导板，Z轴导板外侧滑动安装有Z轴滑块。

6.根据权利要求5所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述Z轴滑块上安装有焊接组件，Z轴导板顶部还安装有第三驱动电机，第三驱动电机用于带动Z轴滑块及焊接组件沿Z轴滑动。

7.根据权利要求6所述变换废锅的修复系统，其特征在于，所述焊接组件包括连接座，连接座固定连接在Z轴滑块上，会随Z轴滑块一同上下移动，其中，所述连接座的一端设置有大臂，该大臂经中臂与摇臂连接，摇臂的另一端与焊头相连。

8.一种变换废锅的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过权利要求1-7任一项所述变换废锅修复系统，对变换废锅进行检测，并对缺陷部分进行标识；

步骤2：清除深度不大于20mm的缺陷部分，用磨光机打磨，将缺陷清理干净，深度大于20mm的缺陷部分，用碳弧气刨将缺陷清理干净，用磨光机打磨，将熔渣等清理干净，打磨部位做MT检测，检查缺陷是否清理干净及是否还存在其它缺陷；

步骤3：消氢处理，用热处理设备对需要修复的设备整体进行加热，加热至350摄氏度左右，在350摄氏度的温度下保温24H；

步骤4：缺陷部位补焊，补焊前对焊接部位采用电加热进行预热，预热≥150℃，保持层间温度小于等于200℃，对缺陷部位按相应的焊接工艺焊接，焊接过程中设备温度不低于300度；

步骤5：补焊部位无损检测，焊接冷却24小时后，焊接接头进行100% UT、MT 检测；

步骤6：热处理，用电加热方式对管板与管箱的整圈焊缝进行消除应力热处理，其中，焊缝内外表面均要有电加热片，内部加热片用环形圈固定；

步骤7：内外部焊缝无损检测，确定焊缝是否焊接完整。