CN105750717B - 一种用于连接板与筒体之间的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蒸汽发生器的水平支承连接板(1)与筒体(2)之间的焊接工艺，其中，采用单面窄间隙坡口，并采用圆弧状火焰加热装置进行加热、用焊枪(3)进行焊接。本发明采用自动埋弧焊焊接，对每组水平支承连接板(1)两侧的坡口进行交替焊接，并在磁粉检验合格后进行后续焊接。本发明所提供的焊接工艺实现了窄间隙内的自动埋弧焊焊接，其焊接过程稳定，焊缝成形均匀，侧壁熔合良好，焊接变形得到有效控制，在显著提高焊接效率的同时各项无损检验结果均满足产品设计要求。

Description

一种用于连接板与筒体之间的焊接工艺

技术领域

本发明属于焊接领域，尤其涉及一种焊接工艺，具体地，涉及一种用于连接板与筒体之间的焊接工艺，特别地，涉及一种用于蒸汽发生器的水平支承连接板与筒体之间的焊接工艺。

背景技术

华龙1号ACP1000蒸汽发生器水平支承连接板(简称连接板)与筒体的焊接是该类产品的特有结构，该部件材质为18MND5低合金钢，筒体高4350mm，外径Φ3595mm，产品共设置6组12件连接板，4组为小尺寸，2组为大尺寸，在筒体外壁沿圆周方向布置，其中，每组小尺寸的连接板在轴向并列布置，连接板间距离较小仅360mm。而焊接过程需要加热，筒体较高，操作空间有限，焊缝为全焊透的结构设计，焊接变形控制要求较高，焊缝出现缺陷很难进行返修。由于产品结构的特殊性施焊空间小，易采用埋弧焊。

但由于连接板间空间狭小，且焊接过程需要沿筒体外壁在圆周方向进行焊接，常规的埋弧焊设备无法满足使用要求，需设计专用的自动埋弧焊装置，并进行工艺开发以获得满足要求的焊接工艺。

由于上述原因，本发明人对现有的焊接工艺进行深入研究，以便涉及出一种能够克服上述困难的新的焊接工艺。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过对坡口、加热装置、焊接装置以及焊接方式进行重新设计，公开了一种用于连接板1与筒体2之间的焊接工艺。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种焊接工艺，用于蒸汽发生器的水平支承连接板1与筒体2之间的焊接，其特征在于，所述焊接工艺包括以下步骤:

步骤1、在水平支承连接板1上开设坡口11，用于焊接，

步骤2、将待焊产品进行装配定位，

步骤3、对待焊产品进行预热，

步骤4、进行焊接，

其中，所述待焊产品包括水平支承连接板1和筒体2，在焊接过程中，以两件水平支承连接板1为一组进行焊接；

(2)根据上述(1)所述的焊接工艺，其中，在步骤1之前进行提料，优选地，对每组水平支承连接板1进行整体提料，更优选在水平支承连接板1的周围(尤其是长、宽、高各方向)留有加工余量(例如5～10mm)；

(3)根据上述(1)或(2)所述的焊接工艺，其中，在步骤1中，

所述坡口11为单面窄间隙坡口，开设于水平支承连接板1的一侧，和/或

所述坡口11的深度为40～160mm，优选为60～140mm；

所述坡口包括底面111和侧面112，其中，

所述底面111的宽度为20～30mm，优选为22～28mm，更优选为24～26mm，和/或

所述侧面112与筒体2的轴心的夹角为2～5°，优选为3～4°；

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的焊接工艺，其中，在步骤2中，在装配定位时，将连接板1的端部或坡口11的根部与筒体2进行角焊缝焊接，用于定位，优选所述焊接采用SMAW方法；其中，

对连接板1的端部进行焊接时，焊脚为20～50mm，优选为30～40mm，更优选为35mm，和/或

对坡口11的根部进行焊接时，焊接厚度为5～10mm，优选为7～8mm；

(5)根据上述(1)至(4)之一所述的焊接工艺，其中，在步骤3中，采用加热装置进行预热，其中，

所述加热装置为圆弧状火焰加热装置，和/或

焊接时，所述加热装置随产品进行同步旋转；

(6)根据上述(1)至(5)之一所述的焊接工艺，其中，在步骤4中，

所述焊接为自动埋弧焊焊接：对每组水平支承连接板1两侧的坡口进行交替焊接，在焊接过程中维持预热温度、进行焊道间的清理，并且，每3层进行一次磁粉检验，检验合格后进行后续焊接；

所述焊接采用焊枪3进行，其中，

所述焊枪3的高度小于等于300mm，优选为100～250mm，更优选为150～200mm，和/或

所述焊枪3的长度大于等于1300mm，优选为1500～2500mm，更优选为1800～2200mm；

(7)根据上述(6)所述的焊接工艺，其中，在步骤4中，在焊接时，

所述焊枪3的一端固定于悬臂式焊接操作机横臂的端部，焊枪3的另一端伸入待焊接的区域，和/或

所述焊枪3的枪体与筒体2的外壁相切；

(8)根据上述(1)至(7)之一所述的焊接工艺，其中，在步骤4中，采用焊接变位机使待焊产品相对于焊枪进行旋转运动，用于与每组水平支承连接板1的两侧进行交替焊接；

(9)根据上述(1)至(8)之一所述的焊接工艺，其中，所述步骤4包括如下子步骤：

步骤4-1、在一侧坡口焊接1～8层，优选3～6层，

步骤4-2、待焊产品在焊接变位机的作用下进行翻转，然后在另一侧坡口焊接7～14层，优选9～12层，

步骤4-3、待焊产品再次翻转，进行焊接，完成一组水平支承连接板的两侧坡口的焊接；

(10)根据上述(1)至(9)之一所述的焊接工艺，其中，在步骤4之后进行后处理，所述后处理包括消除应力热处理和机加工清根。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的待测产品的结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的坡口的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的圆弧状火焰加热装置的结构示意图。

附图标号说明：

1-水平支承连接板

11-坡口

111-底面

112-侧面

2-筒体

3-焊枪

4-支撑杆

5-固定弧

6-加热口

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

根据本发明提供的一种焊接工艺，用于连接板与筒体之间的焊接，尤其是用于蒸汽发生器的水平支承连接板1与筒体2之间的焊接，其中，所述焊接工艺包括以下步骤：

步骤1、在水平支承连接板1上开设坡口11，用于焊接；

步骤2、将待焊产品进行装配定位；

步骤3、对待焊产品进行预热；

步骤4、进行焊接，所述焊接为自动埋弧焊焊接：对每组水平支承连接板1两侧的坡口进行交替焊接，在焊接过程中维持预热温度、进行焊道间的清理，并且，每3层进行一次磁粉检验，检验合格后进行后续焊接；

其中，如图1所示，所述待焊产品包括水平支承连接板1和筒体2，并且，在焊接过程中，以两件水平支承连接板1为一组进行焊接。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1之前进行提料。

在进一步优选的实施方式中，对每组水平支承连接板1进行整体提料。

在更进一步优选的实施方式中，在提料时，在水平支承连接板1的周围，尤其是长、宽、高各方向留有5～10mm的加工余量。

其中，每组水平支承连接板中的两件水平支承连接板的间距较小，仅为120mm，为了提高连接强度以减少焊接变形，将每组中的两件水平支承连接板进行组合整体提料，两件水平支承连接板连接处的厚度大于等于100mm，整体提料后，如图1 所示，每组水平支承连接板呈“U”型。所述整体提料是指将每组水平支承连接板在生产时直接加工成一整体。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1中，如图1、图2所示，所述坡口11为单面窄间隙坡口，其开设于水平支承连接板1的一侧，在筒体一侧不开设坡口。

在进一步优选的实施方式中，所述坡口11的深度为40～160mm，优选为60～140mm。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤1中，如图2所示，所述坡口包括底面111和侧面112。

在进一步优选的实施方式中，所述底面111的宽度为20～30mm，优选为22～28mm，更优选为24～26mm。

在更进一步优选的实施方式中，所述侧面112与筒体2的轴心的夹角为2～5°，优选为3～4°。

上述结构的坡口是为配合本发明特定的焊接工艺及特定规格的连接板与筒体而设计，其用于提供合适的熔池体积和熔池形状，同时保证熔深及熔透良好，使得焊接接头处形成完整的熔池且管口不出现过大内缩。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2中，在装配定位时，将连接板端部或坡口的根部与筒体进行角焊缝焊接，用于定位，所述焊接采用SMAW方法。

其中，在装配定位时，坡口内不进行焊接。

在进一步优选的实施方式中，对连接板端部进行焊接时，焊脚为20～50mm，优选为30～40mm，更优选为35mm。

在进一步优选的实施方式中，对坡口11的根部进行焊接时，焊接厚度为5～10mm，优选为7～8mm。

其中，所述SMAW方法为Shielded Metal Arc Welding方法的缩写，又名手工电弧焊，即用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊 方法，它是通过带药皮的焊条和被焊金属间的电弧将被焊金属加热，从而达到焊接的目的。所述焊脚是指角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤3中，采用加热装置进行预热。

在进一步优选的实施方式中，如图3所示，所述加热装置为圆弧状火焰加热装置，该装置是为本发明的焊接工艺而专门设计的，所述圆弧状火焰加热装置包括支撑杆4和固定弧5，在所述固定弧5上设置有2～10个加热口6，优选为4～8个，更优选为5～7个，例如9个或6个，其中，所述支撑杆4和固定弧5均为中空结构，便于气体流通至加热口，所述气体为用于加热的气体，例如天然气。

在更进一步优选的实施方式中，在每组水平支承连接板与筒体之间的连接处(待焊部位)均设置有该加热装置，焊接时，所述加热装置随产品同步旋转进行加热。

采用圆弧形加热装置可以沿水平支承连接板长度方向对连接板进行均匀加热，保证待焊位置温度均匀、稳定。

其中，预热有利于降低材料热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。在本发明中，根据需要可进行调整或局部加热以控制产品焊接温度的均匀，并满足预热温度大于等于175℃，后热温度为200～400℃的加热要求。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤4中，所述焊接采用焊枪3进行。

在进一步优选的实施方式中，所述焊枪3的高度小于等于300mm，优选为100～250mm，更优选为150～200mm。

在更进一步优选的实施方式中，所述焊枪3的长度大于等于 1300mm，优选为1500～2500mm，更优选为1800～2200mm。

其中，焊枪的尺寸设计是为了满足其使用要求，首先，为使焊枪在每组水平支承连接板之间需具有一定的活动空间，焊枪的高度应该小于每组水平支承连接板之间的间距(360mm)，因此设计其高度小于等于300mm。其次，为保证焊接过程中焊枪处于筒体外壁的切线位置，伸入待焊部位，因此，设计焊枪的长度大于等于1300mm，具有上述结构的焊枪不同于常规的埋弧焊焊枪。

在本发明中，利用悬臂式焊接操作机及其固有的送丝系统与焊接输送系统，沿枪体长度方向送进焊丝及焊剂。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤4中，在焊接时，所述焊枪3的一端固定于悬臂式焊接操作机横臂的端部，焊枪3的另一端伸入待焊接的区域。

在进一步优选的实施方式中，所述焊枪3的枪体与筒体2的外壁相切，焊枪伸入坡口。

其中，启动焊接电源起弧后，产品在焊接变位机的配合下实现与焊接机头的相对旋转运动，从水平支承连接板的一端焊接至另一端从而完成焊接。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤4包括如下子步骤：

步骤4-1、在一侧坡口焊接1～8层，优选3～6层；

步骤4-2、待焊产品在焊接变位机的作用下进行翻转，然后在另一侧坡口焊接7～14层，优选9～12层；

步骤4-3、待焊产品再次翻转，进行焊接，完成一组水平支承连接板的两侧坡口的焊接。

在进一步优选的实施方式中，每道焊接后清理焊渣并对焊缝成形进行检查，并且，焊接过程每道焊缝焊接方向不变，通过导电 嘴角度调节装置调节导电嘴位置进行后续焊接。

其中，在每道焊接后进行清理，以保证焊接位置符合焊接标准，避免杂质或焊接缺陷影响最终的焊接质量，其中，清理方式不受限制，只要能清理干净即可。

在更进一步优选的实施方式中，每3层进行一次磁粉无损检验，合格后进行后续焊接后热温度200～400℃，至少1h。

其中，磁粉检验用于探测铁磁性工件表面和近表面的宏观几何缺陷，例如表面气孔、裂纹。

在本发明中，所述焊接的工艺参数如下：采用埋弧焊焊接工艺，焊接材料为EG低合金钢埋弧焊丝及焊剂,规格为Φ3.2mm,电流412～596A，焊接电压28.5～32.7V，焊接速度330～420mm/min，焊接过程维持预热温度，预热温度175～250℃。

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤4之后进行无损检验，无损检验合格后进行后处理。

其中，所述无损检验是指在不损坏试件的前提下，以物理或化学的方法为手段，借助先进的技术和设备，对试件的内部及表面的结构、性质以及状态进行检查和测试的方法。在本发明中，使用的无损检验包括磁粉检验和超声波检验。

在进一步优选的实施方式中，所述后处理包括消除应力热处理和机加工清根。

其中，采用燃气加热炉进行消除应力热处理，热处理保温温度为598～618℃，保温时间为3～3.5h，升降温速度小于等于55℃/h。分别采用立车、镗床进行机加工清根并去除余量加工至产品最终尺寸要求。

采用本发明所提供的焊接工艺对蒸汽发生器的水平支承连接板及筒体进行焊接，其焊接过程稳定，焊缝成形均匀，侧壁熔合良好，焊接变形得到有效控制，在显著提高焊接效率的同 时经各项无损检验其结果满足产品设计要求。

在本发明中，水平支撑连接板1也简称为连接板。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供特殊尺寸的焊枪和特殊结构的加热装置，在窄空间内进行自动埋弧焊焊接；

(2)本发明对每组水平支承连接板两侧的坡口进行交替焊接，得到强度高的焊接接口；

(3)本发明所提供的焊接工艺的焊接过程稳定，焊缝成形均匀，侧壁熔合良好，使焊接变形得到有效控制；

(4)本发明所提供的焊接工艺在显著提高焊接效率的同时，经各项无损检验，其结果满足产品设计要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种焊接工艺，用于蒸汽发生器的水平支承连接板(1)与筒体(2)之间的焊接，其中，在所述蒸汽发生器上共设置6组12件水平支承连接板(1)，所述水平支承连接板(1)在筒体外壁沿圆周方向布置，所述水平支承连接板(1)间距离仅360mm，所述水平支承连接板(1)的材质为18MND5低合金钢，其特征在于，

所述焊接工艺包括以下步骤:

步骤1、在水平支承连接板(1)上开设坡口(11)，用于焊接；

步骤2、将待焊产品进行装配定位；

步骤3、对待焊产品进行预热；

步骤4、进行焊接；

其中，所述待焊产品包括水平支承连接板(1)和筒体(2)，在焊接过程中，以两件水平支承连接板(1)为一组进行焊接，

在步骤1之前对每组水平支承连接板(1)进行整体提料，所述整体提料是指将每组水平支承连接板(1)在生产时直接加工成一整体；

在步骤1中，所述坡口(11)为单面窄间隙坡口，开设于水平支承连接板(1)的一侧；所述坡口包括底面(111)和侧面(112)，其中，所述底面(111)的宽度为22～28mm；所述侧面(112)与筒体(2)的轴心的夹角为2～5°；所述坡口(11)的深度为60～140mm；

在步骤2中，在装配定位时，将水平支承连接板(1)的端部或坡口(11)的根部与筒体(2)进行角焊缝焊接，用于定位，所述角焊缝焊接采用SMAW方法；其中，对水平支承连接板(1)的端部进行焊接时，焊脚为20～50mm；对坡口(11)的根部进行焊接时，焊接厚度为7～8mm；

在步骤3中，采用加热装置进行预热，其中，所述加热装置为圆弧状火焰加热装置，所述圆弧状火焰加热装置包括支撑杆(4)和固定弧(5)，在所述固定弧(5)上设置有2～10个加热口(6)；焊接时，所述加热装置随产品进行同步旋转；

在步骤4中，所述焊接为自动埋弧焊焊接：对每组水平支承连接板(1)两侧的坡口进行交替焊接，在焊接过程中维持预热温度、进行焊道间的清理，并且，每3层进行一次磁粉检验，检验合格后进行后续焊接；

所述焊接采用焊枪(3)进行，其中，所述焊枪(3)的高度小于等于300mm；所述焊枪(3)的长度大于等于1300mm；

所述焊枪(3)的一端固定于悬臂式焊接操作机横臂的端部，焊枪(3)的另一端伸入待焊接的区域；

所述焊枪(3)的枪体与筒体(2)的外壁相切；

所述步骤4包括如下子步骤：

步骤4-1、在一侧坡口焊接3～6层；

步骤4-2、待焊产品在焊接变位机的作用下进行翻转，然后在另一侧坡口焊接9～12层；

步骤4-3、待焊产品再次翻转，进行焊接，完成两侧坡口的焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，

所述底面(111)的宽度为为24～26mm；所述侧面(112)与筒体(2)的轴心的夹角为3～4°。

3.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，对水平支承连接板(1)的端部进行焊接时，焊脚为30～40mm；对坡口(11)的根部进行焊接时，焊接厚度为7～8mm。

4.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述焊枪(3)的高度为100～250mm；所述焊枪(3)的长度为1500～2500mm。

5.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，在步骤4中，采用焊接变位机使待焊产品相对于焊枪进行旋转运动，用于与每组水平支承连接板(1)的两侧进行交替焊接。

6.根据权利要求1至5之一所述的焊接工艺，其特征在于，在步骤4之后进行后处理，所述后处理包括消除应力热处理和机加工清根。