CN106825926A - 适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，该方法将网筒中截面为三角形的网丝垂直于支撑圈的径向方向连接至支撑圈上形成交错的网状结构，网丝的一角与支撑圈上的齿槽啮合并激光焊接形成整体；然后通过激光透射焊使外层孔板筒与内层网筒成为一体；可以高效地制造出气密性稳定的支撑圈间隔腔体。相比于传统电阻缠绕焊/TIG焊工艺，对于此类产品加工，本申请具有更高的焊接强度、更可靠的焊接稳定性，更精确的焊缝缝隙和更加美观的表观质量，还可放大生产规格，满足一些流化床装置的特殊要求等优势；同时由于激光技术的采用，对水、电等能源的使用生产成本可大大降低，符合国家目前所倡导的低碳、节能、环保的政策导向要求。

Description

适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及大型流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接加工方法，具体地说是一种激光焊接制造V型丝网筒的外层孔板筒工装及其激光加工工艺。

背景技术

流化床工艺是指反应过程中催化剂沿反应器轴向连续流动的一类化工技术，包括重整炼油、丙烷脱氢、苯乙烯等。其中重整炼油是生产高辛烷值汽油及轻芳烃的主要石油加工工艺；丙烷脱氢是生产现需求最重要的化工产品丙烯的工艺，其反应器网筒是当今炼油化工行业反应器内构件中结构最复杂，加工难度最高的产品之一；苯乙烯工艺采用乙苯催化脱氢制聚合单体。近年来此类化工项目在国内吸引了数千亿投资并呈扩大趋势。流化床装置中网筒结构内件设备是其核心部分之一，是指由倒三角形状的V型金属丝焊接而成的内构件，设计要求强度高，加工尺寸精确，焊接可靠，是反应器的核心设备。

激光加工流化床装置网筒的过程中，用于固定网丝和支撑圈的工装设计极其重要：工装的设计制造不仅影响最终内层网筒尺寸和表面质量精度，而且还间接影响其焊接强度，如网丝与支撑圈之间接触不实易导致焊接热变形、表面开裂等缺陷。目前业内大多数制造商制造反应器V型丝网筒的通用工艺是先将三角形网丝与平直形支撑架的齿槽啮合，外层孔板筒工装采用分段式TIG填充氩弧焊用于紧固网丝与平直形支撑架，随后采用电阻焊焊成平板形网板，经冲压成所需弧形网板，再由多个弧板TIG焊接成圆形内层网筒，完成内构件制造。采用此加工工艺方法制造出的内构件由于数控冲压使网丝缝隙不均匀，网筒圆度差，变形难控制，焊后校形困难，内层网筒成形精度较差，效率较低，且合格率低，重新修复难度大；同时流化床装置内构件均属大口径V型丝网筒，采用工艺制造出的网筒存在多处整体纵焊缝，使内构件在高温高压下使用时极易开裂损坏。所以急需发明设计出适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的新型加工路线及方法。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其目的是解决以往网筒圆度、垂直度不足，网丝缝隙精度误差不易控制以及无法在大口径网筒的生产商应用等所存在的问题。

技术方案：

一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：所述方法将网筒中截面为三角形的网丝垂直于支撑圈的径向方向连接至支撑圈上形成交错的网状结构，网丝的一角与支撑圈上的齿槽啮合并激光焊接形成整体；然后通过激光透射焊使外层孔板筒与内层网筒成为一体；可以高效地制造出气密性稳定的支撑圈间隔腔体。

所述焊接工艺方法的具体步骤如下：

、采用三阶梯专业拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的三角形截面的网丝；同时，利用激光束聚焦切割方法，在支撑圈内环面制备出与三角形截面的网丝的一角啮合的内牙V形齿槽，得到与网丝相啮合的齿形支撑圈；

、支撑圈上开有定位孔，将支撑杆穿过支撑圈的定位孔，在各支撑杆上嵌入设计尺寸要求的定位套，定位套支撑于两个相邻的支撑圈之间，使得两个相邻的支撑圈的距离固定，将以上工序循环操作至内层网筒所需高度；

、将三角形截面网丝从上到下依次穿入支撑圈的V型齿槽内，将高能量密度的激光束聚焦到网丝与支撑圈的齿槽之间相结合部位的两侧4，使得该部分的网丝与齿槽的金属材质瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将网丝和支撑圈焊接为一体；

、待全部网丝与支撑圈上的齿槽啮合并完成焊接以后，形成内层网筒，在内层网筒外围包装外层孔板筒，通过调节紧裹工装，使得外层孔板筒紧密贴合在支撑圈外部，在与支撑圈相接触的外层孔板筒外侧进行激光连续透射焊，使外层孔板筒与内层网筒焊为一个整体。图中的4-1为焊道。

所述支撑圈为齿槽在内环面的内牙支撑圈，与网丝形成嵌入结构；所述支撑圈的齿槽为V形结构，使得整个支撑圈形成齿形结构，支撑圈是由多段弧形支撑齿条拼接对焊而成。

③步骤中的激光束为800W-2700W的激光束；“③、④”步骤中激光焊接是利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，激光焊接头借助六轴联动机械手，经过精确聚焦的高能量激光束沿着网丝和齿槽的啮合部分运动，实现激光焊接；精确聚焦的高能量激光束焦距为：250-300mm；光斑为：0.5-1.2mm。

所述的定位套包括主定位杆和副定位杆，主定位杆的侧面设置有横向限位筒，横向限位筒与主定位杆垂直，横向限位筒内设置有伸缩限位撑，伸缩限位撑为能沿着横向限位筒的轴向移动且前端伸出横向限位筒的结构，使用时伸缩限位撑的前端顶住将支撑杆的一侧，横向限位筒的后端设置有两跟拉杆，两根拉杆的一端通过活动轴活动连接形成“人”字形结构，两根拉杆的另一端分别穿过横向限位筒的侧壁的活动孔，活动轴连接伸缩限位撑的后端并能在伸缩限位撑的作用下沿横向限位筒轴向移动，拉杆上设置有限位条形孔，该限位条形孔套在固定于活动孔处的限位销上，使得限位条形孔能相对于限位销移动，在两根拉杆伸出横向限位筒的部分设置有豁口；在伸缩限位撑外套有拉簧，拉簧的一端固定于横向限位筒前端，另一端固定于伸缩限位撑，拉簧始终保持一个将伸缩限位撑的前端向前顶的力；

副定位杆的侧面设置有两根球头拉臂和一个使用时前端顶住支撑杆另一侧的横向固定撑，两根球头拉臂分列于横向固定撑的两侧，两根球头拉臂的前端设置有球头且球头的直径大于豁口的宽度，两根球头拉臂的另一端通过万象球头与副定位杆连接，两根球头拉臂使用时放入豁口内且球头卡在豁口处。

在伸缩限位撑和横向固定撑的前端均设置有弧形弹性垫。

主定位杆和副定位杆为能轴向伸缩的结构。

主定位杆和副定位杆上均设置有能相对于主定位杆和副定位杆升降的副杆，该副杆与主定位杆和副定位杆之间通过螺纹连接。

球头拉臂为能轴向伸缩的结构。

球头拉臂分为前后两段，前段与后段之间螺纹配合使得前段与后段之间能沿轴向相对移动。

优点效果：

本发明提供一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接加工方法，其目的在于此方法可实现大型无纵焊缝网筒整体焊接，得到更高的圆度、均匀的网丝间隙；同时，利用激光透射焊可以高效地制造出气密性稳定的支撑圈间隔腔体。

相比于传统电阻缠绕焊/TIG焊工艺，对于此类产品加工，本申请的激光焊接工艺具有更高的焊接强度、更可靠的焊接稳定性，更精确的焊缝缝隙和更加美观的表观质量，还可放大生产规格，满足一些流化床装置的特殊要求等优势；同时由于激光技术的采用，对水、电等能源的使用生产成本可大大降低，符合国家目前所倡导的低碳、节能、环保的政策导向要求。

具体优点及效果如下：

（1）适用于大型流化床装置网筒内件设备的生产制造。采用激光复合加工技术焊接外层孔板筒工装使其紧固支撑圈上，使得网丝不会由于热变形导致缝隙超差，可得到尺寸精度高的网筒。

（2）得到高焊接强度的大型网筒内构件。本发明工艺中，在支撑圈的齿槽的两侧都进行了激光熔融焊接，之后在外层孔板筒与支撑圈焊接紧固，再进行激光连续透射焊，较之传统的单点电阻接触焊接，焊接面积变大，从而实现更高的焊接强度和更稳定的焊接质量。

（3）使用本发明加工工艺方法，使得生产制造的大型网筒整体性好；表面质量高；焊接变形小；可避免高温下焊道蠕变断裂等重大事故的产生；可消除焊接产生的残余应力，提高V型丝网筒产品使用寿命。

（4）采用特制的定位套对上下相邻的两个支撑圈之间的位置进行定位，保证缝隙精度，同时，定位套方便拆卸且可以随时进行安装，使用十分方便。

附图说明：

图1为本发明网筒网段结构示意图；

图2为本发明网筒网段的截面局部图；

图3为本发明V型丝和支撑圈结合示意图；

图4为本发明网筒俯视截面图；

图5为定位套的结构示意图。

具体实施方式：

本发明提供一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，：所述方法将网筒中截面为三角形的网丝1垂直于支撑圈2的径向方向连接至支撑圈2上形成交错的网状结构，网丝1的一角与支撑圈2上的齿槽啮合并激光焊接形成整体；然后通过激光透射焊使外层孔板筒3与内层网筒的支撑圈2成为一体；可以高效地制造出气密性稳定的支撑圈间隔腔体。

所述焊接工艺方法的具体步骤如下：

①采用三阶梯专业拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的三角形截面的网丝1；同时，利用激光束聚焦切割方法，在支撑圈2内环面制备出与三角形截面的网丝1的一角啮合的内牙V形齿槽，得到与网丝相啮合的齿形支撑圈2；

②支撑圈2上开有定位孔，将支撑杆5穿过支撑圈2的定位孔，在各支撑杆上嵌入设计尺寸要求的定位套，定位套支撑于两个相邻（上下）的支撑圈2之间，使得两个相邻的支撑圈2的距离固定，将以上工序循环操作至内层网筒所需高度；

③将三角形截面网丝1从上到下依次穿入支撑圈的V型齿槽内，将高能量密度的激光束（800W-2700W）聚焦到网丝1与支撑圈2的齿槽之间相结合部位的两侧4，使得该部分的网丝1与齿槽3的金属材质瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将网丝1和支撑圈焊接为一体；

④待全部网丝与支撑圈上的齿槽啮合并完成焊接以后，形成内层网筒，在内层网筒外围包装外层孔板筒3，通过调节紧裹工装，使得外层孔板筒3紧密贴合在支撑圈2外部，在与支撑圈2相接触的外层孔板筒3外侧进行激光连续透射焊，使外层孔板筒3与内层网筒焊为一个整体。

所述支撑圈为齿槽在内环面的内牙支撑圈，与网丝1形成嵌入结构；所述支撑圈2的齿槽为V形结构，使得整个支撑圈2形成齿形结构，支撑圈2是由多段弧形支撑齿条拼接对焊而成。

“③、④”步骤中激光焊接是利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，激光焊接头借助六轴联动机械手，经过精确聚焦的高能量激光束（焦距：250-300mm；光斑：0.5-1.2mm）沿着网丝1和齿槽的啮合部分运动，实现激光焊接。

所述的定位套包括主定位杆6和副定位杆7，主定位杆6的侧面设置有横向限位筒8，横向限位筒8与主定位杆6垂直，横向限位筒8内设置有伸缩限位撑9，伸缩限位撑9为能沿着横向限位筒8的轴向移动且前端伸出横向限位筒8的结构，使用时伸缩限位撑9的前端顶住将支撑杆5的一侧，横向限位筒8的后端设置有两跟拉杆11，两根拉杆11的一端通过活动轴10活动连接形成“人”字形结构，两根拉杆11的另一端分别穿过横向限位筒8的侧壁的活动孔12，活动轴10连接伸缩限位撑9的后端并能在伸缩限位撑9的作用下沿横向限位筒8轴向移动，拉杆11上设置有限位条形孔 13，该限位条形孔 13套在固定于活动孔12处的限位销14上，使得限位条形孔 13能相对于限位销14移动，在两根拉杆11伸出横向限位筒8的部分设置有豁口15；在伸缩限位撑9外套有拉簧16，拉簧16的一端固定于横向限位筒8前端，另一端固定于伸缩限位撑9，拉簧16始终保持一个将伸缩限位撑9的前端（即图5中的向右的方向）向前顶的力；

副定位杆7的侧面设置有两根球头拉臂17和一个使用时前端顶住支撑杆5另一侧的横向固定撑20，两根球头拉臂17分列于横向固定撑20的两侧，两根球头拉臂17的前端设置有球头18且球头18的直径大于豁口15的宽度，两根球头拉臂17的另一端通过万象球头19与副定位杆7连接，两根球头拉臂17使用时放入豁口15内且球头18卡在豁口15处。

在伸缩限位撑9和横向固定撑20的前端均设置有弧形弹性垫21。

主定位杆6和副定位杆7为能轴向伸缩的结构。

主定位杆6和副定位杆7上均设置有能相对于主定位杆6和副定位杆7升降的副杆，该副杆与主定位杆6和副定位杆7之间通过螺纹连接。使得主定位杆6和副定位杆7能实现高度调整。以适应不同的尺寸要求。

球头拉臂17为能轴向伸缩的结构。

球头拉臂17分为前后两段，前段与后段之间螺纹配合使得前段与后段之间能沿轴向相对移动。这样就能实现球头拉臂17的长短调整。

如图5所示，该定位套使用时，将主定位杆6和副定位杆7放置于一层支撑圈2上且分列于支撑杆5的两侧，然后将伸缩限位撑9的前端和横向固定撑20的前端顶住支撑杆5，然后调整球头拉臂17的长度，之后推动主定位杆6尽量将伸缩限位撑9的前端顶紧支撑杆5，即尽量向图5中的右侧顶紧，这时，拉簧16拉伸变长，同时，两根拉杆11夹角变大并向外延展，然后将球头拉臂17放入豁口15内，然后松手，这时，拉簧16收缩，在拉簧16的复位拉力作用下，豁口15将球头18卡紧，同时，伸缩限位撑9和横向固定撑20将支撑杆5顶紧，实现主定位杆6和副定位杆7相对于支撑杆5的固定，这样就可以在主定位杆6和副定位杆的上端继续施装支撑圈2，需要拆卸时，再次压紧伸缩限位撑9，然后取下球头拉臂17即可。

Claims (10)

1.一种适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：所述方法将网筒中截面为三角形的网丝（1）垂直于支撑圈（2）的径向方向连接至支撑圈（2）上形成交错的网状结构，网丝（1）的一角与支撑圈（2）上的齿槽啮合并激光焊接形成整体；然后通过激光透射焊使外层孔板筒（3）与内层网筒成为一体；可以高效地制造出气密性稳定的支撑圈间隔腔体。

2.根据权利要求1所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：

所述焊接工艺方法的具体步骤如下：

、采用三阶梯专业拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的三角形截面的网丝（1）；同时，利用激光束聚焦切割方法，在支撑圈（2）内环面制备出与三角形截面的网丝（1）的一角啮合的内牙V形齿槽，得到与网丝相啮合的齿形支撑圈（2）；

、支撑圈（2）上开有定位孔，将支撑杆（5）穿过支撑圈（2）的定位孔，在各支撑杆上嵌入设计尺寸要求的定位套，定位套支撑于两个相邻的支撑圈（2）之间，使得两个相邻的支撑圈（2）的距离固定，将以上工序循环操作至内层网筒所需高度；

、将三角形截面网丝（1）从上到下依次穿入支撑圈的V型齿槽内，将高能量密度的激光束聚焦到网丝（1）与支撑圈（2）的齿槽之间相结合部位的两侧，使得该部分的网丝（1）与齿槽的金属材质瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将网丝（1）和支撑圈焊接为一体；

、待全部网丝与支撑圈上的齿槽啮合并完成焊接以后，形成内层网筒，在内层网筒外围包装外层孔板筒（3），通过调节紧裹工装，使得外层孔板筒（3）紧密贴合在支撑圈（2）外部，在与支撑圈（2）相接触的外层孔板筒（3）外侧进行激光连续透射焊，使外层孔板筒（3）与内层网筒焊为一个整体。

3.根据权利要求1所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：所述支撑圈为齿槽在内环面的内牙支撑圈，与网丝（1）形成嵌入结构；所述支撑圈（2）的齿槽为V形结构，使得整个支撑圈（2）形成齿形结构，支撑圈（2）是由多段弧形支撑齿条拼接对焊而成。

4.根据权利要求1所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：③步骤中的激光束为800W-2700W的激光束；“③、④”步骤中激光焊接是利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，激光焊接头借助六轴联动机械手，经过精确聚焦的高能量激光束沿着网丝（1）和齿槽的啮合部分运动，实现激光焊接；精确聚焦的高能量激光束焦距为：250-300mm；光斑为：0.5-1.2mm。

5.根据权利要求1所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：所述的定位套包括主定位杆（6）和副定位杆（7），主定位杆（6）的侧面设置有横向限位筒（8），横向限位筒（8）与主定位杆（6）垂直，横向限位筒（8）内设置有伸缩限位撑（9），伸缩限位撑（9）为能沿着横向限位筒（8）的轴向移动且前端伸出横向限位筒（8）的结构，使用时伸缩限位撑（9）的前端顶住将支撑杆（5）的一侧，横向限位筒（8）的后端设置有两跟拉杆（11），两根拉杆（11）的一端通过活动轴（10）活动连接形成“人”字形结构，两根拉杆（11）的另一端分别穿过横向限位筒（8）的侧壁的活动孔（12），活动轴（10）连接伸缩限位撑（9）的后端并能在伸缩限位撑（9）的作用下沿横向限位筒（8）轴向移动，拉杆（11）上设置有限位条形孔（ 13），该限位条形孔（ 13）套在固定于活动孔（12）处的限位销（14）上，使得限位条形孔（ 13）能相对于限位销（14）移动，在两根拉杆（11）伸出横向限位筒（8）的部分设置有豁口（15）；在伸缩限位撑（9）外套有拉簧（16），拉簧（16）的一端固定于横向限位筒（8）前端，另一端固定于伸缩限位撑（9），拉簧（16）始终保持一个将伸缩限位撑（9）的前端向前顶的力；

副定位杆（7）的侧面设置有两根球头拉臂（17）和一个使用时前端顶住支撑杆（5）另一侧的横向固定撑（20），两根球头拉臂（17）分列于横向固定撑（20）的两侧，两根球头拉臂（17）的前端设置有球头（18）且球头（18）的直径大于豁口（15）的宽度，两根球头拉臂（17）的另一端通过万象球头（19）与副定位杆（7）连接，两根球头拉臂（17）使用时放入豁口（15）内且球头（18）卡在豁口（15）处。

6.根据权利要求5所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：在伸缩限位撑（9）和横向固定撑（20）的前端均设置有弧形弹性垫（21）。

7.根据权利要求5所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：主定位杆（6）和副定位杆（7）为能轴向伸缩的结构。

8.根据权利要求7所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：主定位杆（6）和副定位杆（7）上均设置有能相对于主定位杆（6）和副定位杆（7）升降的副杆，该副杆与主定位杆（6）和副定位杆（7）之间通过螺纹连接。

9.根据权利要求5-8所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：球头拉臂（17）为能轴向伸缩的结构。

10.根据权利要求9所述的适用于流动床炼化装置双层筒状内件设备的激光焊接方法，其特征在于：球头拉臂（17）分为前后两段，前段与后段之间螺纹配合使得前段与后段之间能沿轴向相对移动。