高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件的製作方法

2024-02-13 00:34:15

專利名稱：高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測溫設備，尤其涉及一種高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外 測溫構件。
背景技術：
採用紅外測溫技術實現非接觸式連續在線測量高溫部件的溫度是一個相對成熟 的技術。其應用的原理是通過接收被測物體自身發射出的不可見紅外輻射電磁頻譜來測量 物體的溫度，常用的測溫紅外波段是0. 7微米-14微米。紅外測溫儀通常由光學系統、光電 探測器、信號放大器、信號處理和顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外 輻射能量，紅外輻射能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電信號，該信號經轉換即成 為被測目標的溫度值。HFff高頻焊接焊管，是運用感應加熱的技術利用高頻電流的趨膚效應和鄰近效應， 將捲起的鋼板沿著兩邊緣迅速加熱到鋼的熔融溫度後，通過擠壓而將兩邊緣焊接在一起， 製造鋼管。高頻焊接現場存在著高溫、多霧等惡劣生產環境，國內外鋼管生產企業通常為了 保護測溫裝置不受損傷和幹擾，而將測溫裝置安裝在遠離被測溫點的位置上，且採用對測 溫頭進行保護的保護套結構。即如圖Ia所示，測溫裝置10遠離鋼管高頻焊接測溫部位， 該測溫裝置10如圖Ib所示，包括測溫頭11，與該測溫頭11連接的光纖12 ；—般在光纖12 外表面安裝有光纖側螺母13和與該光纖側螺母13相隔一定距離的測溫頭側螺母14 ；中空 狀的測溫頭保護套15，其一端設有內螺紋15a，測溫頭11旋入擰緊在該內螺紋15a中；保護 氣入口 16，其開設在測溫頭保護套15的內螺紋15a下方側的側部；以及保護氣引入管17， 其安裝在保護氣入口 16上。在上述的結構中，光纖12與測溫系統(未圖示)連接，因此，有效降低了測溫系統 受到高溫損壞和高頻電磁波幹擾的可能性。另外，通過安裝在保護氣入口 16上的保護氣引 入管17而將保護氣(空氣或其它氣體等)引入中空狀的測溫頭保護套15中，以對測溫頭 保護套15內進行吹掃，保護測溫頭進行正常的測溫工作，此種結構簡單、有效。但是，在實 際的焊接鋼管時對焊縫溫度進行測定的過程中，發現很多問題，主要是1)、由於沒有考慮到現場煙霧環境會影響紅外電磁波信號的折射匯聚而影響現場 的測溫精度；2)、測溫裝置10距離被測溫點過遠(> 50cm)，導致光學測溫系統無法有效聚焦在 被測溫點上，嚴重降低測溫系統的光學解析度，導致測溫不準；3)、測溫頭光學機構發出的測溫光斑彌散面積遠大於需測溫點面積，測量溫度與 實際溫度相比偏低；4)、測溫裝置10的固定安裝方式無法應對生產過程中鋼管的焊接點輕微偏移等 問題。由於上述的種種缺陷，在專利「一種ERW焊縫溫度測量方法和裝置」(申請號 200720074021. 3)中提出了如下結構的測溫裝置，主要利用一組可旋轉連杆裝置，按指定位
4置設定在HFW高頻設備主架上；焊接時，將帶有反吹氣功能的紅外測溫頭安置於臨近測溫 點的位置上(< 50cm)對準焊接點，以保證測溫精度，測溫裝置的光電信號轉換設備安放在 遠離焊接設備的地方，測溫頭和光電信號轉換設備之間通過光纖連接；在鋼板運動過程中 V字焊接點會發生偏移，可以通過連杆萬向頭在線微調。測溫頭採用光學玻璃製作，且通過 光纖連接，可有效避免電磁幹擾，使用時靠近被檢測點，所以能夠不受生產現場的多煙霧環 境的影響而準確檢測到被測點的溫度。這種專利的測溫裝置可以較為準確地測量焊接點的溫度，但未考慮到生產過程中 鋼板快速彎曲擠壓會在焊接點部位產生熾熱的熔融鋼滴飛濺的現象，若長期使用，會發生 測溫頭端部光學玻璃被嚴重擊損而導致測溫系統徹底失靈的問題。

實用新型內容本實用新型是針對生產過程中四處飛濺的熔融小鋼滴擊打損壞測溫頭的情況而 作的，目的在於提供一種對測溫頭的保護結構進行改進的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅 外測溫構件，不僅以測溫頭靠近測溫點的安裝方式來保證測溫精度，而且能保護測溫頭端 部測溫光學玻璃不被損壞，提高測溫設備的使用壽命。為實現上述目的，本實用新型的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，包 括測溫頭(11)，與該測溫頭連接的光纖(12)；套在該光纖外表面的、位於所述測溫頭與 所述光纖的連接處的測溫頭側螺母(14)；保護氣引入管(17)；以及中空狀測溫頭保護套 (15)，該紅外測溫構件的特徵在於，還具有外形為圓柱形的連接套(1)，其圓柱形中央開設有測溫頭用通孔(lk)，該測溫頭 用通孔的一端加工有與所述測溫頭的外螺紋相螺合的內螺紋部(Ia)；外形為圓柱形的中套(2)，其圓柱形中央開設有第1通孔(2k)，該第1通孔的一側 與所述測溫頭用通孔的另一端連接；保護氣內套筒(3)，其套入在所述測溫頭保護套的一端上；以及石英玻璃(4)，其位於所述保護氣內套筒與所述第1通孔之間。另外，在所述第1通孔的另一側的圓柱形外周面上開設有與所述第1通孔連通的 保護氣入口(2q)，所述保護氣引入管安裝在所述保護氣入口上，所述測溫頭保護套的一端 與所述第1通孔的另一側通過螺紋連接，在所述保護氣內套筒與所述第1通孔的另一側的 內周壁之間形成有與所述保護氣入口及所述測溫頭保護套的中空(15k)相連通的保護氣 流道(5)，在所述保護氣內套筒的一端的端面形成有徑向方向的至少二個以上等間隔分布 的貫通凹槽(3c)。最好在所述測溫頭用通孔的另一端的所述連接套的圓柱形外周部加工有連接套 外螺紋部(Ib)，在所述第1通孔的一側，從該第1通孔向所述中套的一端面(2m)加工有中 套第1內螺紋部(2a)，通過所述連接套外螺紋部與所述中套第1內螺紋部的螺紋螺合，而將 所述連接套和所述中套連接在一起。另外，在所述測溫頭保護套的所述一端的端面(15a)形成有具有中空部(15c)的 保護套外螺紋部(15b)；在所述第1通孔的另一側，從該第1通孔向所述中套的另一端面(2η)分別開設 有孔徑依次增大的用於安裝所述石英玻璃的第2通孔(2s)、用於放置所述保護氣內套筒的
5第3通孔(2t)、以及加工有中套第2內螺紋部(2b)的用於連接測溫頭保護套的第4通孔 (2b，)；通過所述保護套外螺紋部與所述中套第2內螺紋部的螺紋螺合，而將所述測溫頭 保護套與所述中套連接在一起。在上述結構中，所述石英玻璃置於所述第2通孔內，所述保護氣內套筒的一端置 於所述保護套外螺紋部的所述中空部內並擱置在所述測溫頭保護套的所述一端端面上，另 一端置於所述第3通孔內並抵接在所述第2通孔和所述第3通孔之間所形成的臺階面(4a) 上。所述保護氣內套筒外壁與所述第4通孔之間及與所述保護套外螺紋部之間形成 環狀的所述保護氣流道。所述中空狀測溫頭保護套其中空部的內壁面(15t)形成為正六面體，擱置在所述 測溫頭保護套的所述一端端面上的所述保護氣內套筒的一端外周圓(3a)與所述正六面體 的六個頂角(15d)之間形成有六個頂角空隙(6)，所述保護氣流道與該頂角空隙相通。此外，所述保護氣入口位於所述中套第2內螺紋部的一側而與所述第4通孔連通。此外，所述第2通孔的長度大於等於所述石英玻璃的厚度。此外，所述中套第1內螺紋部的孔徑大於所述第1通孔的孔徑。最好所述連接套的位於所述內螺紋部的外形形成為六角形，所述中套的外形形成 為六角形。並且，所述第1通孔的孔徑大於等於所述測溫頭的直徑。採用本實用新型的紅外測溫構件，其結構簡單，便於加工製造，且安裝方便，可對 安裝於中套的第2通孔內的石英玻璃進行拆裝，可有效提高測溫設備的使用壽命，達到穩 定可靠測量高頻焊接點溫度的目的。此外，還可適用於潮溼多霧、多電磁幹擾和固體飛濺物 等惡劣環境，測量精度提高。

圖Ia是在HFW高頻焊接部位以往所普遍使用的測溫裝置的安裝方式。圖Ib是表示圖Ia的測溫裝置大致結構的示意圖。圖2是表示本實用新型的紅外測溫構件的大致結構的示意圖。圖3是表示圖2的紅外測溫構件中的連接套的半剖立體圖。圖4是表示圖2的紅外測溫構件中的中套結構的示意圖。圖5a是表示本實用新型實施例1的中套與石英玻璃、保護氣內套筒等之間連接關 系的半剖立體圖。圖5b是表示本實用新型實施例2的中套與石英玻璃、保護氣內套筒等之間連接關 系的半剖立體圖。圖6a是表示本實用新型的實施例2的當保護氣內套筒的一端端面形成為平面時、 測溫頭保護套的中空相應形成為正六面體的半剖立體圖。圖6b是表示從圖6a上方俯看測溫頭保護套時測溫頭保護套的整個外形圖。圖7a是表示本實用新型的實施例2的保護氣內套筒放置在測溫頭保護套一端端 面上狀態的半剖立體圖。[0041]圖7b是表示從圖7a上方俯看所得到的保護氣內套筒與測溫頭保護套的整個外形 圖。圖8是表示本實用新型的實施例4的保護氣內套筒與測溫頭保護套的保護套外螺 紋部形成為一體結構時的半剖立體圖。圖9是表示與圖8實施例4的結構相配合的保護氣內套筒與中套連接關係的半剖 立體圖。
具體實施方式
下面，根據附圖2 來詳細說明本實用新型的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外 測溫構件的具體實施例和有益效果。實施例1圖2是表示本實用新型的紅外測溫構件的大致結構的示意圖。本實施例1的紅外 測溫構件包括測溫頭11，與該測溫頭連接的光纖12 ；套在該光纖12外表面的、位於測溫 頭11與光纖12的連接處(未圖示)的測溫頭側螺母14 ；保護氣引入管17 ；以及中空狀測 溫頭保護套15。在上述紅外測溫構件中，還具有外形為圓柱形的連接套1(參看圖3，連接套1的 外形形成為帶階梯形的圓柱形，但也可形成為無階梯的圓柱形)，其圓柱形中央開設有測溫 頭用通孔lk，該測溫頭用通孔Ik的一端加工有與測溫頭11的外螺紋(未圖示)相螺合的 內螺紋部Ia ；外形為圓柱形的中套2，其圓柱形中央開設有第1通孔2k，該第1通孔2k的 一側與測溫頭用通孔Ik的另一端連接；保護氣內套筒3，其套入在測溫頭保護套15的一端 上；以及石英玻璃4，其位於保護氣內套筒3與第1通孔2k之間。另外，如圖2所示，在該第1通孔2k的另一側的圓柱形外周面上開設有與第1通孔 2k連通的保護氣入口 2q，保護氣引入管17安裝在保護氣入口 2q上，測溫頭保護套15的一 端與第1通孔2k的另一側連接，在保護氣內套筒3與第1通孔2k的另一側的內周壁(未 圖示)之間，形成有與保護氣入口 2q及測溫頭保護套15的中空15k相連通的保護氣流道 5，並在保護氣內套筒3的一端的端面(未圖示)形成有徑向方向的至少二個以上等間隔分 布的貫通凹槽3c(參看圖5a，在該半剖視圖中顯示了等間隔分布的沿徑向方向的二個貫通 凹槽3c，也可等間隔分布三個以上的貫通凹槽)。在該場合，測溫頭保護套15的中空15k 內壁面是圓柱體。另外，在上述結構中，如圖3所示，還在測溫頭用通孔Ik的另一端的連接套1的圓 柱形外周部加工有連接套外螺紋部lb，並且如圖4所示，在中套2的第1通孔2k的一側，從 該第1通孔2k向中套2的一端面2m加工有中套第1內螺紋部2a，通過連接套外螺紋部Ib 與中套第1內螺紋部2a的螺紋螺合，而將連接套1和中套2連接在一起。在上述結構中，進一步地如圖6a所示，在測溫頭保護套15的一端端面15a形成有 具有中空部15c的保護套外螺紋部15b，並且如圖4所示，在中套2的第1通孔2k的另一 側，從該第1通孔2k向中套2的另一端面2η分別開設有孔徑依次增大的用於安裝石英玻 璃4的第2通孔2s、用於放置保護氣內套筒3的第3通孔2t、以及加工有中套第2內螺紋 部2b的用於連接測溫頭保護套15的第4通孔2b』。S卩，在圖5a所示的中套2的第1通孔 2k的另一側(即下側)分別開設有帶有三個臺階的四個通孔，並在第4通孔2b』中自中套
72的另一端面2η加工有一定深度的用於連接測溫頭保護套15的保護套外螺紋部15b的中 套第2內螺紋部2b。本實用新型的紅外測溫構件的石英玻璃4如圖5a所示，被置於第2通孔2s內，保 護氣內套筒3的長度形成為其一端(即端面，未圖示)置於保護套外螺紋部15b的中空部 15c內並擱置在測溫頭保護套15的一端端面上後，另一端(即端面，未圖示)置於第3通孔 2t內並抵接在第2通孔2s和第3通孔2t之間所形成的臺階面4a上，通過將保護套外螺 紋部15b與中套第2內螺紋部2b螺合，且在測溫頭保護套15的一端端面15a與中套2的 另一端面2η接觸的狀態下，而將測溫頭保護套15與中套2連接在一起。由此，保護氣內套 筒3外壁(相當於圖7b中的3a)與第4通孔2b』之間及與保護套外螺紋部15b之間(參 看圖7a)，形成了環狀的保護氣流道5。另外，如圖4和圖5所示，保護氣入口 2q位於中套 第2內螺紋部2b的一側而與第4通孔2b』連通。這樣，保護氣從保護氣引入管17經保護氣入口 2q、保護氣流道5及保護氣內套筒 3的貫通凹槽3c而進入保護氣內套筒3內和與保護氣內套筒3相連的測溫頭保護套15的 中空15k內，以對被測溫的環境起到保護作用，保證測溫精度。採用上述實施例1的結構，由於增加了帶有石英玻璃的中套，因此，可有效抵禦被 測物體的高溫、多霧和固體飛濺物等惡劣的環境幹擾，將紅外測溫構件安裝在臨近測溫點 的位置上，有效提高了測溫精度和穩定性，並可顯著地提高紅外測溫構件的使用時間。實施例2圖5b是表示本實用新型的第2實施例。即，保護氣內套筒3的一端端面是一平面， 不形成有上述實施例那樣的貫通凹槽3c。在該場合，如圖6a、圖6b所示，中空狀的測溫頭保護套15，其中空部15k的內壁面 15t形成為正六面體，當將保護氣內套筒3的一端如圖7a所示那樣置於測溫頭保護套15的 一端端面15a上、且另一端如圖5所示那樣置於第3通孔2t內並抵接在第2通孔2s和第3 通孔2t之間所形成的臺階面4a上時，保護氣內套筒3 —端的外周圓3a就如圖7b所示那 樣，與測溫頭保護套15的正六面體15t的六個頂角15d(參看圖6b)形成有六個頂角空隙 6，使得在保護氣內套筒3外壁與保護套外螺紋部15b之間所形成的保護氣流道5與該頂角 空隙6相通。採用本實施例的結構，同樣可獲得與實施例1相同的效果。實施例3在本實施例中，可將實施例1和2中的中套第1內螺紋部2a的孔徑做得大於第1 通孔2k的孔徑，但也可做成兩者孔徑相同，圖示省略，只要中套2的第1通孔2k的孔徑大 於等於測溫頭11的直徑即可，以便測溫頭11的紅外線透過安裝在第2通孔2s內的石英玻 璃4並沿測溫頭保護套15的中空部15k長度方向射出而能對焊接鋼管的被側部位進行照 射、測溫。所述第2通孔的長度大於等於所述石英玻璃的厚度。另外，雖未圖示，但連接套1的位於內螺紋部Ia的外形最好形成為六角形，且中套 2的外形也最好形成為六角形，以方便拆裝。實施例4在本實施例中，如圖8所示，也可將上述各實施例中的保護氣內套筒3與測溫頭保 護套15的保護套外螺紋部15b形成為一體，即，保護氣內套筒3的外壁面與保護套外螺紋部15b之間不存在如圖7a所示那樣的保護氣流道5。在該場合，在保護氣內套筒3的位於 保護套外螺紋部15b上方的部位開設有徑向方向的至少二個以上等間隔分布的用於引入 保護氣的貫通孔3k (本實施例中顯示等間隔分布的二個貫通孔，但圖8是半剖立體圖，因此 僅圖示了一個貫通孔3k)。此時，也無須將測溫頭保護套15的中空15k內壁面做成正六面 體，做成圓柱面即可。在本實施例的場合下，還可相應地將圖2所示的實施例1中的中套2 的第3通孔2t和第4通孔2b』合併成一個通孔，即，如圖9所示，把第3通孔2t的孔徑做 成與第4通孔2b』的孔徑相同(圖9中省略了與保護套外螺紋部15b形成一體的測溫頭保 護套15部分)。這樣，減少了製造測溫構件的加工工序，且可使零部件減少，降低生產成本， 安裝也方便。 除了上述各實施例外，也可將上述實施例1 實施例4予以各種組合、變形來實現 本實用新型的測溫構件，可獲得這樣一種效果本測溫構件結構簡單，易於加工製造，且安 裝方便，可有效提高測溫設備的使用壽命，達到穩定可靠測量高頻焊接點溫度的目的。此 外，本實用新型還可適用於類似的潮溼多霧、多電磁幹擾和飛濺固體顆粒的環境。
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權利要求一種高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，包括測溫頭(11)，與該測溫頭連接的光纖(12)；套在該光纖外表面的、位於所述測溫頭與所述光纖的連接處的測溫頭側螺母(14)；保護氣引入管(17)；以及中空狀測溫頭保護套(15)，該紅外測溫構件的特徵在於，還具有外形為圓柱形的連接套(1)，其圓柱形中央開設有測溫頭用通孔(1k)，該測溫頭用通孔的一端加工有與所述測溫頭的外螺紋相螺合的內螺紋部(1a)；外形為圓柱形的中套(2)，其圓柱形中央開設有第1通孔(2k)，該第1通孔的一側與所述測溫頭用通孔的另一端連接；保護氣內套筒(3)，其套入在所述測溫頭保護套的一端上；以及石英玻璃(4)，其位於所述保護氣內套筒與所述第1通孔之間。
2.如權利要求1所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，在 所述第1通孔的另一側的圓柱形外周面上開設有與所述第1通孔連通的保護氣入口(2q)， 所述保護氣引入管安裝在所述保護氣入口上，所述測溫頭保護套的一端與所述第1通孔的 另一側通過螺紋連接，在所述保護氣內套筒與所述第1通孔的另一側的內周壁之間形成有 與所述保護氣入口及所述測溫頭保護套的中空(15k)相連通的保護氣流道(5)，在所述保 護氣內套筒的一端的端面形成有徑向方向的至少二個以上等間隔分布的貫通凹槽(3c)。
3.如權利要求1所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，在 所述測溫頭用通孔的另一端的所述連接套的圓柱形外周部加工有連接套外螺紋部(Ib)，在 所述第1通孔的一側，從該第1通孔向所述中套的一端面(2m)加工有中套第1內螺紋部 (2a)，通過所述連接套外螺紋部與所述中套第1內螺紋部的螺紋螺合，而將所述連接套和所 述中套連接在一起。
4.如權利要求1、2或3所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在 於，在所述測溫頭保護套的所述一端的端面(15a)形成有具有中空部(15c)的保護套外螺 紋部(15b)，在所述第1通孔的另一側，從該第1通孔向所述中套的另一端面(2η)分別開設有孔徑 依次增大的用於安裝所述石英玻璃的第2通孔(2s)、用於放置所述保護氣內套筒的第3通 孔(2t)、以及加工有中套第2內螺紋部(2b)的用於連接測溫頭保護套的第4通孔(2b』)，通過所述保護套外螺紋部與所述中套第2內螺紋部的螺紋螺合，而將所述測溫頭保護 套與所述中套連接在一起。
5.如權利要求4所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，所 述石英玻璃置於所述第2通孔內，所述保護氣內套筒的一端置於所述保護套外螺紋部的所 述中空部內並擱置在所述測溫頭保護套的所述一端端面上，另一端置於所述第3通孔內並 抵接在所述第2通孔和所述第3通孔之間所形成的臺階面(4a)上，所述保護氣內套筒外壁與所述第4通孔之間及與所述保護套外螺紋部之間形成環狀 的所述保護氣流道，所述中空狀測溫頭保護套其中空部的內壁面(15t)形成為正六面體，擱置在所述測溫 頭保護套的所述一端端面上的所述保護氣內套筒的一端外周圓(3a)與所述正六面體的六 個頂角(15d)之間形成有六個頂角空隙(6)，所述保護氣流道與該頂角空隙相通，所述保護氣入口位於所述中套第2內螺紋部的一側而與所述第4通孔連通。
6.如權利要求4所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，所 述第2通孔的長度大於等於所述石英玻璃的厚度。
7.如權利要求3所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，所 述中套第1內螺紋部的孔徑大於所述第1通孔的孔徑。
8.如權利要求1所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，所 述連接套的位於所述內螺紋部的外形，形成為六角形。
9.如權利要求1所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，其特徵在於，所 述中套的外形，形成為六角形。
10.如權利要求1、2、3、5、6、7、8或9所述的高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構 件，其特徵在於，所述第1通孔的孔徑大於等於所述測溫頭的直徑。
專利摘要一種高頻感應焊接鋼管生產線用的紅外測溫構件，包括測溫頭(11)，與該測溫頭連接的光纖(12)；套在該光纖外表面的測溫頭側螺母(14)；保護氣引入管(17)；以及中空狀測溫頭保護套(15)，並具有連接套(1)，其圓柱形中央開設有測溫頭用通孔(1k)，該測溫頭用通孔的一端加工有與所述測溫頭的外螺紋相螺合的內螺紋部(1a)；中套(2)，其圓柱形中央開設有第1通孔(2k)，該第1通孔的一側與所述測溫頭用通孔的另一端連接；保護氣內套筒(3)，其套入在所述測溫頭保護套的一端上；以及位於所述保護氣內套筒與所述第1通孔之間的石英玻璃(4)。本實用新型可提高使用壽命，適用於潮溼多霧、多電磁幹擾和固體飛濺物等惡劣環境，提高測量精度。
文檔編號G01J5/02GK201672972SQ20102011713
公開日2010年12月15日 申請日期2010年2月23日 優先權日2010年2月23日
發明者周月明, 瞿培磊 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司