CN105195912B - 锥形盘管制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锥形盘管制作技术领域，公开了一种锥形盘管制作工艺，包括以下步骤：不同直径单圈管的制作；设计制造工装锥台（1）；在工装锥台（1）上装配不同直径的单圈管；所有单圈管装配好后取下，焊接所有相邻的单圈管形成最终的产品；检测产品尺寸并记录其尺寸，在设计工装锥台和装配不同直径的单圈管时,均给予竖直方向焊接收缩补偿，主要给予竖直方向焊接收缩补偿，保证产品锥体的高度和锥角尺寸精度。

Description

锥形盘管制作工艺
技术领域
本发明涉及锥形盘管制作领域。
背景技术
气化炉主要内件由膜式壁气化室、顶锥、底锥等锥形冷却盘管、渣屏、渣口冷却器等组成。其中顶锥、底锥等锥形冷却器由光管和圆钢的结构组成不同水流冷却回路，主要采用的制作方法是由不同直径的单管圈在工装上装配焊接而成，焊接收缩变形导致无法保证产品尺寸精度要求。
目前，国内外均认为在制造工艺把盘管组装中水平方向和竖直方向焊接均匀收缩，此处所述的水平方向和竖直方向分别指锥形盘管的径向和高度方向，组装工装均按产品图样角度设计，导致组装后的锥体产品均存在高度及角度尺寸偏差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以提高产品尺寸精度的锥形盘管制作工艺。
发明人通过对焊接收缩仔细分析和试验见证发现：锥体主要是竖直方向焊接收缩，而单圈管子长度已定，水平方向收缩可以忽略不计。基于此发现，要保证锥体的高度和锥角尺寸精度，工装设计时就必须考虑焊接收缩变形对产品高度和锥度的影响，在设计工装锥台和装配不同直径单圈管时,主要给予竖直方向焊接收缩补偿，以保证产品锥体的高度和锥角尺寸精度。
基于上述发现，本发明所采用的技术方案是：锥形盘管制作工艺，包括以下步骤：不同直径的单圈管的制作；设计制造工装锥台；在工装锥台上装配不同直径的单圈管；所有单圈管装配好后取下，焊接所有相邻的单圈管形成最终的产品；检测产品尺寸并记录其尺寸，在设计工装锥台和装配不同直径的单圈管时,均给予竖直方向焊接收缩补偿，产品焊接后收缩变形主要在竖直方向，主要给予竖直方向焊接收缩补偿，这样的补偿设计使其产品的焊接变形后水平方向、竖直方向的尺寸更接近于设计尺寸，从而得以保证产品锥体的高度和锥角尺寸精度。
不同直径的单管圈均为一组固定连接的相应直径的弯管和弯制圆钢，每组的弯制圆钢与弯管同心且内径相同、弧长相同，且弯制圆钢的直径小于弯管管径，弯制圆钢与弯管通过焊接固定，考虑到弯管的焊接变形大于圆钢的焊接变形，通过增加弯管弧长来补偿弯管水平方向的收缩量。
工装锥台的锥度△ao为产品尺寸角度α与产品变形角度△α之和，保证了产品焊接后的高度尺寸精度，选择合适钢板厚度，预留机加余量卷制锥台，并设计加强筋板与起吊耳板，工装锥台尺寸，要求锥台整体退火消除焊接应力后，机加外表面来保证,产品变形角度是根据焊接收缩规律和焊接收缩量的实验数据计算给出的一个预变形角度。
装配不同直径的单圈管时，在工装锥台上由下至上依次进行单圈管放样，工装锥台底端的放样起点为产品下端正公差尺寸的位置，对产品上、下两端开口直径尺寸进行弥补，保证产品上、下端开口直径在焊接收缩后，在尺寸公差范围内，该产品下端正公差尺寸为产品下端开口直径与产品下端开口直径的正公差之和，相邻放样起点之间的距离为单圈管节距与焊接收缩余量之和，在相邻放样起点之间依次放置弯管、弯制圆钢，进一步保证所有单圈管焊接完成后形成的产品的高度尺寸精度。
单圈管放样时,在工装锥台上每个放样起点的下方均设置有至少一个支撑块，这些支撑块沿工装锥台周向排列，相邻放样起点之间设置有至少一个L形工装，L形工装两边分别与弯管和弯制圆钢相切，L形工装与弯管相切的一边的长度等于单圈管节距L与节距焊接收缩余量之和，L形工装确保圆钢中心位置与管子中心位置一直，以及方便定位单圈管节距。
本发明的有益效果是：
（1）基于锥体焊接收缩主要是竖直方向焊接收缩，而单圈管子长度已定，水平方向收缩可以忽略不计的理论，要保证锥体的高度和锥角尺寸精度，在设计工装锥台锥台和装配不同直径单圈管时，工装设计时就必须考虑焊接收缩变形对产品高度和锥度的影响，从而保证产品制造精度。
（2）并在装配工装上使用定位块简化了放样流程，降低了装配难度。
（3）通过制定上述工艺方法，降低了制造难度，制造出的产品满足产品设计性能要求。
附图说明
图1是本发明单圈管装配示意图及其A的局部放大图。
图2是本发明单圈管焊接完成后形成的产品结构图。
图中标记为：1-工装锥台，2-弯管，3-弯制圆钢，4-支撑块4，5-L形工装，6-挤压弯头，△ao-工装锥台的锥度。
具体实施方式
下面以一种锥形冷却盘管的制作工艺方法为例进行说明，具体如下：
如图1、图2所示，制作不同直径的单圈管时，根据产品的用途选择钢管与圆钢的管径，每组弯管2和弯制圆钢3的直径展开尺寸与机加余量之和确定其长度并切断，将切断后的钢管和圆钢在异形弯管机上弯制成不同直径的弯管或采用模具成形弯管和弯制圆钢3，弯管2或弯制圆钢3为具有开口的弯曲成为近似360度的圆环，弯管2或弯制圆钢3所需弧长可以根据实际所需切割，一般为1/3、1/2或者整个圆弧的长度。
工装锥台1在设计时，主要对竖直方向的焊接进行收缩补偿，进而了保证产品焊接后的高度尺寸，已知产品尺寸角度α和变形角度△α，而工装锥台1角度△ao为产品尺寸角度α与变形角度△α之和，已知单圈管节距L为钢管与圆钢3管径之和的二分之一，根据公式
工装锥台1角度：△ao=ATAN（Lx/（Ly+△Ly)）；
其中，Lx、Ly：单圈管节距L在水平与竖直方向分量，单位mm；△Lx、△Ly：△L在水平与竖直方向分量，单位mm；
计算出△Ly的值，再根据公式Cos(△ao)=△Ly/△L；
其中，△ao：工装锥台1角度,单位度；△L：每个单圈管节距焊接收缩余量，单位mm；△Ly：△L在水平与竖直方向分量，单位mm；
计算出每个单圈管节距焊接收缩余量△L的值。
根据公式工装锥台1母线长度：Ln=n(L+△L)+2h
其中，△L：每个单圈管节距焊接收缩余量，单位mm；L：单圈管节距，单位mm；n：单圈管节距个数；h：工装锥台1上端或下端到弯管中心的距离，单位mm；
计算出工装锥台1母线长度Ln的值。
计算出工装锥台1母线长度Ln与工装锥台1角度△ao后：以产品上端开口直径为设计起点，以弯管2横截面的圆心为基准做出角度△ao，并将角度线水平平移弯管2的1/2直径，延长平移线与工装锥台1上、下端开口相交，从而确定工装锥台1上、下端直径。
根据设计完成的工装锥台1的结构，选择合适钢板厚度，预留机加余量卷制锥台，并在工装锥台1上设置加强筋板与起吊耳板，工装锥台1尺寸，要求锥台整体退火消除焊接应力后，机加外表面来保证。
单圈管放样时，需要对产品上、下两端开口直径尺寸进行弥补，放样时，选产品下端正公差尺寸为放样起始点，保证产品上、下端开口直径在焊接收缩后，在尺寸公差范围内。
首先按公式：下端直径在工装锥台1锥面上的对应高度H=(Cos(△ao)/2Sin(△ao))(φ4-(φ2+△φ)+φCos(△ao)-φCos(△ao)Sin(△ao))
其中，△ao：工装锥台1角度,度；φ2：产品下端尺寸，单位mm；△φ：产品下端尺寸正公差，单位mm；φ4工装锥台1下端直径尺寸，单位mm。
计算出产品下端直径在工装锥台1锥面上的对应高度H。
根据单圈管节距和产品下端直径在锥台上对应高度H在工装锥台1上画放样环线，具体包括以下步骤：1）把锥台放在平台上，以工装锥台1的其中一条母线的下端为起点，在其长度为H的环面上画出放样起点的环线；2）检测环线：测量圆弧长度小于理论计算的最大弧长2mm内为合格；反之，则不合格；3）以锥台下端画出的环线为起点，依次测量出每个放样起点在工装锥台1母线的长度H：(L+△L)，2(L+△L)，3(L+△L)，…，n(L+△L)，并在相应的环面上画出环线。
装配不同直径单圈管时，在工装锥台1上从下往上装配，用L形工装5辅助装配，并随时测量单圈管节距，进行装配调整，具体操作如下：1）以工装锥台1下端的环线为起点，垂直工装锥台1锥面的方向在每条换线上焊接支撑块4；2）装配弯管2，将弯管2放置在支撑块上，使其与锥台紧密贴合；贴合不紧密处，强制装配；3）装配弯制圆钢3，将弯制圆钢3放置在弯管2上方，用L形工装进行辅助装配来定位弯制圆钢3位置，并点焊弯制圆钢3与弯管2；4）重复上述装配弯管2和装配弯制圆钢3的步骤，直至装配完成，装配过程中，随时测量装配单圈管节距，并调整；5）所有单圈管在工装锥台1上完成装配后，取下，分别焊接相邻组的弯管2和弯制圆钢3形成最终的产品，焊接时，让产品自由收缩，为防止单圈管从工装锥台1上取下来焊接时发生变形，焊接采用从下端单圈管向上端单圈管顺序焊接，并且焊接时，关于弯管中心对称焊接且间断焊接的方法，以避免焊接热量集中产生变形，产品焊接完成后，弯管的开口之间由挤压弯头连接形成回路；6）检测产品尺寸，并记录产品尺寸，主要检测产品锥体的高度和锥角。

Claims (5)

1.锥形盘管制作工艺，包括以下步骤：不同直径的单圈管的制作；设计制造工装锥台（1）；在工装锥台（1）上装配不同直径的单圈管；所有单圈管装配好后取下，焊接所有相邻的单圈管形成最终的产品；检测产品尺寸并记录其尺寸，其特征在于：在设计工装锥台和装配不同直径的单圈管时,均给予竖直方向焊接收缩补偿。
2.按照权利要求1所述的锥形盘管制作工艺，其特征在于：不同直径的单管圈均为一组固定连接的相应直径的弯管（2）和弯制圆钢（3），每组的弯制圆钢（3）与弯管（2）同心且内径相同、弧长相同，且弯制圆钢（3）的直径小于弯管（2）管径。
3.按照权利要求1所述的锥形盘管制作工艺，其特征在于：工装锥台（1）的锥度△ao为产品尺寸角度α与产品变形角度△α之和。
4.按照权利要求1所述的锥形盘管制作工艺，其特征在于：装配不同直径的单圈管时，在工装锥台（1）上由下至上依次进行单圈管放样，工装锥台（1）底端的放样起点为产品下端正公差尺寸的位置，相邻放样起点之间的距离为单圈管节距与焊接收缩余量之和，在相邻放样起点之间依次放置弯管（2）、弯制圆钢（3）。
5.按照权利要求1或4所述的锥形盘管制作工艺，其特征在于：单圈管放样时,在工装锥台（1）上每个放样起点的下方均设置有至少一个支撑块（4），这些支撑块（4）沿工装锥台周向排列，相邻放样起点之间设置有至少一个L形工装（5），L形工装（5）的两边分别与弯管（2）和弯制圆钢（3）相切，L形工装（5）与弯管（2）相切的一边的长度等于单圈管节距L与节距焊接收缩余量之和。
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