CN103170768A - 小口径直管对接焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小口径直管对接焊装置，小口径直管对接焊装置包括定位芯杆、紧固螺母、端部顶盖和保护气体过渡管嘴；其中，定位芯杆一端开口或两端开口，中间是空心的，在定位芯杆中部开设通气孔，保护气体过渡管嘴旋接于定位芯杆的一个开口端，另一端未开口或选接堵头螺母；端部顶盖套设于定位芯杆上，在端部顶盖上沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘；定位芯杆上，在端部顶盖外侧套设紧固螺母；在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔。利用本发明的小口径直管对接焊装置对换热管对接接头以及换热管与填充材料的装配精度进行控制，提高接头内壁惰性气体的保护的有效性，从而保证接头焊缝最终成形满足产品的制造要求，保证换热管对接坡口根部焊缝的质量。

Description

小口径直管对接焊装置

技术领域

本发明涉及对接焊装置，特别涉及小口径直管对接焊装置。

背景技术

在工业生产上，经常需要对管式设备如换热管等进行焊接。在实践中，为了实现对管式设备的对接焊，保证良好的焊接质量，一直进行各种努力。

目前，多个国家已经加入了以高温气冷堆为主的第四代核电技术的研究。我国自主设计的高温气冷堆蒸汽发生器，结构形式与以往的压水堆、沸水堆核岛主设备的差异很大，制造上存在很多难点。蒸汽发生器内件小直径换热管的对接是其中之一，受到了国家各部门的关注，并为此设立了国家重大专项课题研究项目。小直径换热管对接焊缝在成功引入填充相应的熔化环的焊接工艺后，更有利于保证了焊缝成形。但是镍基材料换热管与熔化环的装配精度和换热管内部焊缝背部气体保护问题一直是制约和影响焊缝质量的主要因素。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现，对于小口直径换热管，通过其上两侧套设带有凸缘的顶部端盖的定位芯杆，将换热管及熔化环固定于定位芯杆上，再用紧固螺母将端部项盖、换热管及熔化环锁紧，从而提高熔化环和换热管对接坡口的装配精度，避免或抑制换热管焊接坡口错边现象的出现，以保证焊缝成型和焊缝质量。此外，定位芯杆是中空的，其上开设通气孔，通过螺纹连接的保护气体过渡管嘴将惰性气体引入焊接过程，从而实现换热管内部焊缝背部气体保护进而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面。

(1)一种小口径直管对接焊装置，其特征在于，所述小口径直管对接焊装置包括定位芯杆、紧固螺母、端部顶盖和保护气体过渡管嘴；

其中，定位芯杆一端开口，中间是空心的，在定位芯杆中部开设通气孔，保护气体过渡管嘴旋接于定位芯杆的开口端；

端部顶盖套设于定位芯杆上，在端部顶盖上沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘；

在定位芯杆上，在端部顶盖外侧套设紧固螺母；

在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔。

(2)一种小口径直管对接焊装置，其特征在于，所述小口径直管对接焊装置包括定位芯杆、紧固螺母、端部顶盖、堵头螺母和保护气体过渡管嘴；

其中，定位芯杆二端开口，中间是空心的，在定位芯杆中部开设通气孔，保护气体过渡管嘴旋接于定位芯杆的一端，堵头螺母旋转连接于定位芯杆的另一端；

端部顶盖套设于定位芯杆上，在端部顶盖上沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘；

在定位芯杆上，在端部顶盖外侧套设紧固螺母；

在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔。

(3)根据上述(1)或(2)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，定位芯杆中部为光滑表面结构的平直部，在平直部分两侧之外为螺纹部，在平直部中间开设通气孔。

(4)根据上述(1)或(2)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，沿着与定位芯杆平行的方向，在端部顶盖的凸缘中和在紧固螺母中开设通气孔。

(5)根据上述(4)中所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，在端部顶盖与紧固螺母相接表面上，在端部顶盖与紧固螺母上分别开设凹槽，使得在端部顶盖和紧固螺母之间形成气垫室。

(6)根据上述(1)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，沿着定位芯杆，在其不开口一侧方向上，在端部顶盖和紧固螺母中开设通气孔，在定位芯杆开口一侧方向上，即在连接保护气体过渡管嘴一侧方向上，在顶部端盖和紧固螺母中不开设通气孔。

(7)根据上述(2)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，沿着定位芯杆，在其连接堵头螺母一侧方向上，在端部顶盖和紧固螺母中开设通气孔，在定位芯杆连接保护气体过渡管嘴一侧方向上，在顶部端盖和紧固螺母中不开设通气孔。

(8)根据上述(6)或(7)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，在开设通气孔的端部顶盖和紧固螺母时，在与定位芯轴垂直的平面上，在端部顶盖中心两侧对称地开设通气孔，相应地，在与定位芯轴垂直的平面上，在紧固螺母中心两侧对称地开设通气孔。

(9)根据上述(1)或(2)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，端部顶盖的凸缘外径尺寸与换内管内径相同。

(10)根据上述(1)或(2)所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，端部顶盖的凸缘直径的上偏差与换热管内径的下偏差相同。

本发明提供的小口径直管对接焊装置，采用定位芯杆和端部顶盖来定位要进行对接焊的换热管和熔化环，通过端部顶盖可以有效的保证换热管和对接焊装置的平行度，通过旋紧紧固螺母，可以保证换热管与熔化环的贴合度。通过定位芯杆一端安装的保护气体过渡管嘴将惰性气体引入，定位芯杆另一端为封闭的或安装堵头螺母，经由定位芯杆上开设的通气孔，将定位芯杆内部气体通道与换热管和芯杆之间的空腔联通，将惰性气体引入该空腔中，使得熔化环在背面惰性气体保护下进行焊接，通过端部顶盖与紧固螺母上开设的通气孔释出惰性气体，使空腔内的保护气体压力稳定，且具有流动性，从而进一步的保证焊缝的最终成型。

本发明的小口径直管对接焊装置，特别适于解决高温气冷堆示范蒸汽发生器的小直径薄壁换热管直管对接焊时换热管和熔化环的装配和接管内侧根部焊缝的背面气体保护难题。

本发明的小口径直管对接焊装置，非常容易制造，根据要焊接的换热管的内径大小，并根据换热管的长度，调节定位芯杆的长度，特别是平直部和螺纹部的长度，从而方便地生产出适于批量焊接换热管的装置。

附图说明

图1示出根据本发明优选实施方式的小口径直管对接焊装置剖面结构示意图。

图2示出根据本发明优选实施方式的小口径直管对接焊装置中定位芯杆的剖面结构示意图。

图3示出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中堵头螺母的结构示意图。

图4示出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中紧固螺母的结构示意图。

图5示出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中端部顶盖的结构示意图。

图6示出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中端部顶盖的结构示意图。

图7示出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中紧固螺母的结构示意图。

图8示出出根据本发明优选实施方式小口径直管对接焊装置中保护气体过渡管嘴的结构示意图。

图9示出根据在对接焊之前进行对中点焊的换热管对中点焊装置。

附图标号说明：

1-空心定位芯杆

2-堵头螺母

3-紧固螺母

4-端部顶盖

5-端部顶盖

6-紧固螺母

7-保护气体过渡管嘴

8-换热管

9-熔化环

10-通气孔

31-通气孔

32-凹槽

41-凸缘

42-凹槽

43-通气孔

51-凸缘

11-实心定位芯杆

12-紧固螺母

111-定位芯杆平直部

112-定位芯杆螺纹部

具体实施方式

以下结合附图，参照优选的具体实施方式来进一步说明本发明。本发明的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚。

在本发明中，要解决的主要问题在于，对于小直径的薄壁的换热管，在填充熔化环的情况下，精确地进行对接焊，确保焊缝成型和焊缝质量。为此，需要在保护气体作用下，将要焊接的换热管和熔化环进行精确定位，进而实现良好焊接。

在本发明的一个优选实施方案中，如图1中所示，提供一种小口径直管对接焊装置，该装置包括中空的定位芯杆1，中间部开设有通气孔10，在定位芯杆1一端旋接有堵头螺母2，在定位芯杆1另一端旋接有保护气体过渡管嘴7，在定位芯杆上分别套设有端部顶盖4和5，在顶盖4和5外侧分别套设紧固螺母3和6，在端部顶盖4和5上设有凸缘41和51。

使用时，如图1所示，将已经完成点焊成为一体的换热管8与熔化环9的两端，卡接于凸缘41和51上，然后用紧固螺母3和6紧固，保护气体从气源经保护气体过渡管嘴7通入。通过定外芯杆1的空心经通气孔10进入换热管8、熔化环9和定位芯杆1之间形成的空腔中，再经过端部顶盖4和紧固螺母3中开设的通气孔43和31释出。

堵头螺母2的作用是封闭定位芯杆一端，使得保护气体从通气孔10流出。在另一优选的实施方式中，也可以使用一端封闭、一端开口的中空定位芯杆(图中未示出)，其开口端旋接有保护气体过渡管嘴。

端部顶盖用于轴向卡接换热管和熔化环，其沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘，使用时，将换热管卡接于凸缘外侧即可，凸缘将两段换热管固定，并保证了装配面的平行度以及同轴度。为了方便地卡接和拆除换热管，凸缘头部外径可以小于凸缘底部外径，不过凸缘外径以凸缘底部的外径计。

在进一步优选的实施方式中，端部顶盖凸缘外径尺寸与换热管内径尺寸保持一致，凸缘直径的上偏差与换热管内径下偏差保持一致，两侧凸缘外径保持一致，从而进一步保证两段换热管的平行度及同轴度。

为了便于卡接，端部顶盖与定位芯杆相接面为光滑表面，其上不设置螺纹，这样端部顶盖可在定位芯杆上自由滑动。

在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔的目的在于释出在换热环和定位芯杆间的空腔中的高压保护气，以免保护气压力过高不利于焊缝成型或者影响焊缝质量。

可以在所有的端部顶盖和紧固螺母中开设通气孔，通气孔的数量也没有具体限定。不过，在优选的实施方式中，在处于定位芯杆封闭一端的端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔，而在处于旋转保护气体过渡管嘴一端的端部顶盖和紧固螺母上不开设通气孔，如图1、3、4、5、6所示，这样更便于空气保护气体压力。

在进一步优选的实施方式中，在处于定位芯杆封闭一端的端部顶盖和紧固螺母中，在与定位芯轴垂直的平面上，在端部顶盖中心两侧对称地开设通气孔，相应地，在与定位芯轴垂直的平面上，在紧固螺母中心两侧对称地开设通气孔，如图1、3和4中所示，这样不仅易于控制背面惰性保护气体压力，而且适当压力的流动性保护气体有利于对接焊缝的成型和焊缝质量。

在本实施方式中，在定位芯杆中间部位开设通气孔，在实践中，可以根据需要求设置通气孔的数量。在固定要焊接的换热管和熔化环后，为了确保气体保护效果，可以让定位芯杆上的通气孔正对着熔化环底部，使得从通气孔流出的保护气体直接作用于熔化环。

在根据本发明的小口径直管对接焊装置中，定位芯杆1外径小于换热管8内径，使得定位芯杆1与换热管8内径留有空隙。

在实践中，定位芯杆1可以是中间为平直部，两侧为螺纹的结构，也可以全部为螺纹结构。从便于制造、方便使用的角度考虑，优选定位芯杆中间为平直部，两侧为螺纹的结构。

在根据本发明的小口径直管对接焊装置中，定位芯杆1两侧各设有紧固螺母3和6，紧固螺母的设计需与端部顶盖相适应，以便于螺纹紧固螺母时，将端部顶盖、换热管和熔化环紧固固定。

在根据本实施方式的小口径直管对接焊装置中，定位芯杆1一侧设有堵头螺母2，另一侧设有保护气体过渡管嘴7，通过螺纹安装，通过保护气体过渡管嘴7将惰性保护气体引入到定位芯杆1内部，通过堵头螺母2将保护气体封闭在定位芯杆内部通道及换热管内径与定位芯杆之间形成的空腔内。

如图1所示，在使用本装置时，将端部顶盖放置于定位芯杆上并位于定位芯杆两侧，将两段换热管放置于端部顶盖中间，并放置于端部顶盖凸缘上，两段换热管对接坡口中填充的熔化环，通过调整端部顶盖，以保证两段换热管和熔化环的平行度和同轴度，通过旋紧紧固螺母的程度，进一步固定两段换热管和熔化环，并减少换热管和熔化环的贴合间隙，进一步保证焊接过程中换热管和熔化环之间不出现装配间隙而影响熔池的流动，并保证焊缝的成型；通过定位芯杆一侧保护气体过渡管嘴将惰性气体引入到定位芯杆内部，惰性气体流入定位芯杆，通过定位芯杆另一侧安装堵头螺母将惰性气体堵住，惰性保护气体从定位芯杆中间部的通气孔进入换热管内。

对于奥氏体不锈钢、镍基合金的同种钢或异种钢材质的小直径换热管对接焊接时，可利用本发明的小口径直管对接焊装置对换热管对接接头以及换热管与填充材料的装配精度进行控制，提高接头内壁惰性气体的保护的有效性，从而保证接头焊缝最终成形满足产品的制造要求，保证换热管对接坡口根部焊缝的质量。

根据本发明的小口径直管对接焊装置有效的提高了换热管对接的装配精度，实现了焊接试验时对小直径镍基合金(或不锈钢)换热管对接坡口背面根部焊缝气体保护，有效控制了焊缝成形质量和焊缝性能，极大的推进了国家重大专项课题的进展，为高温气冷堆示范工程蒸汽发生器的制造提供了技术和制造进度双重保障

在对接焊之前，一般需要将换热管和熔化环点焊对中点焊固定。对于小口径薄壁的换热管，使用以下换热管对中点焊装置进行对中点焊，所述换热管对中点焊装置包括定位芯杆11，定位芯杆11中部为光滑表面结构的平直部111，在平直部分两侧之外为螺纹部112，在螺纹部上分别设有紧固螺母12，优选地，所述定位芯杆为圆柱形杆，其平直部的外径、要焊接的换热管内径、和要填充的熔化环的内径相同，所述芯杆的外径上偏差与换热管内径的下偏差一致，所述定位芯杆的螺纹部的外径等于或小于平直部的外径，如图9所示。

当使用上述换热管对中点焊装置实现换热管的对中点焊时，将两根换热管8和对接坡口中填充的熔化环9套设于定位芯杆11的外部，以保证它们同轴，通过旋紧紧固螺母12将换热管8和熔化环9锁紧，确保换热管内径-熔化环内径-换热管内径之间没有错边，保证三者纸件的装配为紧密连接，没有装配间隙，然后在换热管外侧通过焊接方式对三者进行点焊固定。点焊固定后，利用金属受热膨胀，使换热管8与定位芯杆9之间的间隙增大，将焊接件拆除。

然后，经点焊固定后的换热管-熔化环-换热管卡接固定于上述小口径直管对接焊装置上，在通入惰性保护气体的情况下，进行对接焊。

以上结合具体实施方案对本发明进行了说明。不过，这些实施方案仅是说明性的，其对本发明的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解，在不超出或偏离本发明保护范围的情况下，本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物，这些均应落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种小口径直管对接焊装置，其特征在于，所述小口径直管对接焊装置包括定位芯杆、紧固螺母、端部顶盖和保护气体过渡管嘴；

其中，定位芯杆一端开口，中间是空心的，在定位芯杆中部开设通气孔，保护气体过渡管嘴旋接于定位芯杆的开口端；

端部顶盖套设于定位芯杆上，在端部顶盖上沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘；

在定位芯杆上，在端部顶盖外侧套设紧固螺母；

在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔。

2.一种小口径直管对接焊装置，其特征在于，所述小口径直管对接焊装置包括定位芯杆、紧固螺母、端部顶盖、堵头螺母和保护气体过渡管嘴；

其中，定位芯杆二端开口，中间是空心的，在定位芯杆中部开设通气孔，保护气体过渡管嘴旋接于定位芯杆的一端，堵头螺母旋转连接于定位芯杆的另一端；

端部顶盖套设于定位芯杆上，在端部顶盖上沿着定位芯杆中心的方向配设有凸缘；

在定位芯杆上，在端部顶盖外侧套设紧固螺母；

在端部顶盖和紧固螺母上开设通气孔。

3.根据权利要求1或2所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，定位芯杆中部为光滑表面结构的平直部，在平直部分两侧之外为螺纹部，在平直部中心开设通气孔。

4.根据权利要求1或2所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，沿着与定位芯杆平行的方向，在端部顶盖的凸缘中和紧固螺母中开设通气孔。

5.根据权利要求4中所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，在端部顶盖与紧固螺母相接表面上，在端部顶盖与紧固螺母上分别开设凹槽，使得在端部顶盖和紧固螺母之间形成气垫室。

6.根据权利要求1所述的小口径直管对接焊工装，其特征在于，沿着定位芯杆，在其不开口一侧方向上，在端部顶盖和紧固螺母中开设通气孔，在定位芯杆开口一侧方向上，即在连接保护气体过渡管嘴一侧方向上，在顶部端盖和紧固螺母中不开设通气孔。

7.根据权利要求2所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，沿着定位芯杆，在其连接堵头螺母一侧方向上，在端部顶盖和紧固螺母中开设通气孔，在定位芯杆连接保护气体过渡管嘴一侧方向上，在顶部端盖和紧固螺母中不开设通气孔。

8.权利要求6或7所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，在开设通气孔的端部顶盖和紧固螺母中，在与定位芯轴垂直的平面上，在端部顶盖中心在两侧对称地开设通气孔；相应地，在与定位芯轴垂直的平面上，在紧固螺母中心在两侧对称地开设通气孔。

9.根据权利要求1或2所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，端部顶盖的凸缘外径尺寸与换内管内径相同。

10.根据权利要求1或2所述的小口径直管对接焊装置，其特征在于，端部顶盖的凸缘直径的上偏差与换热管内径的下偏差相同。

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