CN107030408A - 一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法和焊接工装 - Google Patents

一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法和焊接工装 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法和焊接工装，属于锅炉吹灰器技术领域。该方法包括：焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，将喷头管预热并同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差，向喷嘴通入空气的流速为10m/s‑25m/s；焊接过程中，继续对喷头管进行加热和向喷嘴通入空气，将喷头管与喷嘴分别保持在300‑400℃和100‑200℃，使喷头管与喷嘴之间的温差为150‑200℃，将喷嘴焊接在喷头管上；焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止，自然冷却。采用该方法焊接的喷头的使用寿命由3个月增加到一年以上。

Description

一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法和焊接工装
技术领域
本发明属于锅炉设备技术领域，特别涉及一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法和焊接工装，尤其涉及通过设置预应力以延长喷头使用寿命的焊接方法和焊接工装。
背景技术
在锅炉吹灰器行业中，吹灰枪管喷头长期工作在高温区。特别是折焰角吹灰器，喷头长期暴露在1000℃高温烟气区，在不吹灰时喷头温度达到1000℃。当吹灰蒸汽高速流出喷嘴的快速冷却作用，导致喷嘴与喷头的焊缝周围产生很大的冷热应力。这种应力经过多次的交替作用使喷嘴与喷头焊缝及焊缝附近产生裂纹最后导致喷嘴脱落，如果不及时发现和更换，将会使锅炉内的换热面吹坏，导致锅炉事故发生。这种普通喷头－般只能使用3个月左右。对电厂锅炉的的正常运行影响很大，因此需要开发一种能够减轻这种应力的工艺来延长喷头使用周期的喷头。
发明内容
本发明的目的之一为提供一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法，该方法通过设置预应力使喷头的使用寿命由3个月增加到一年以上；本发明的目的之二为提供了一种采用上述方法的焊接工装，该工装还具有焊接过程简单、焊接效果符合使用要求等优点。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法，该焊接方法包括：焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，将喷头管预热并同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差；焊接过程中，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，将喷嘴焊接在喷头管上；焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止，自然冷却。
其中，本发明实施例中，在焊接过程中，保持喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃。
其中，在本发明实施例中，采用加热器或火焰对喷头管进行加热，采用丝焊的方式对喷嘴和喷头管进行焊接。
其中，本发明实施例中的锅炉吹灰器喷头包括喷头管和对称设于喷头管头部两侧的喷嘴，所述喷嘴的直径为20-25mm，所述喷嘴的材质为1Cr25Ni20，所述喷头管的材质为1Cr25Ni20或1Cr18Ni9Ti。
其中，在本发明实施例中，向喷嘴通入空气的流速为10m/s-25m/s。
具体地，本实施例提供的焊接方法包括：焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，将喷头管预热至300-400℃，同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差，向喷嘴通入空气的流速为10m/s-25m/s；焊接过程中，继续对喷头管进行加热和向喷嘴通入空气，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，使喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃，将喷嘴焊接在喷头管上；焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止，自然冷却。
另一方面，本发明实施例还提供了一种锅炉吹灰器喷头的焊接工装，该焊接工装包括加热套6、进气管3、出气管4、喷嘴定位结构5和空气提供结构，所述加热套6套设在喷头管1头部且其两侧对应喷嘴2的位置设有通孔10，所述喷嘴定位结构5插设于喷头管1中，两个喷嘴2的内端分别顶靠在喷嘴定位结构5的两侧以实现焊接定位并通过喷嘴定位结构5连通，所述进气管3和出气管4分别顶靠在两个喷嘴2的外端且与喷嘴2、喷嘴定位结构5共同组成空气流通的通道，所述进气管3通过管路与空气提供结构连接。
其中，本发明实施例中的加热套6为形状与喷头管1头部配合的管套结构，所述进气管3和出气管4设于通孔10内；所述喷嘴定位结构5包括拆卸杆和固定在拆卸杆上的连通板，所述连通板设于喷头管1头部内且其上设有与喷嘴2配合的通气孔，两喷嘴2的内端分别顶靠在连通板上并通过通气孔连通，所述拆卸杆沿喷头管1设置并向外穿出；所述空气提供结构包括通过管路依次连接的空压机、流量计7和调节阀8。
其中，本发明实施例中的连通板与喷嘴2的内端之间设有耐热垫片9，所述进气管3和出气管4与喷嘴2接触的一端均设有密封垫圈。
进一步地，本发明实施例中的工装还包括固定夹具，所述固定夹具能将进气管3和出气管4分别固定并压紧在两个喷嘴2上，且能固定喷嘴定位结构5。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的方法的思路是通过预设的正应力来抵消一部分负应力，在喷嘴工作时产生的负应力绝对植减少，使采用该焊接工艺的喷头比普通工艺焊接的喷头工作时的拉应力的绝对值减少了540Mpa左右,喷头的使用寿命由3个月增加到一年以上。另外，本发明中预热的温度和温差还综合考虑了工作温度、喷头的特殊结构与材质和温差变化等因素得到的，如喷头管的管壁较薄，焊接温度需保持在一定温度下才能较好地焊接；如喷嘴不工作时，温度大约为1000℃，而工作时喷嘴管用于安装喷嘴的内壁的温度迅速降到600-700℃，则需要一定的预热温度才能达到延长寿命的效果；另外，预热温度不能太高，保证正负应力变化在一定范围内，使应力变化相对温和。
附图说明
图1是锅炉吹灰器喷头的结构示意图；
图2是喷头管的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的焊接工装的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的焊接工装的剖视图。
图5是本发明实施例提供的焊接工装的部分结构侧视图。
图中：1喷头管、2喷嘴、3进气管、4出气管、5喷嘴定位结构、6加热套、7流量计、8调节阀、9耐热垫片、10通孔、11焊点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法，该方法包括：
焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，将喷头管预热并同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差。焊接过程中，保持加热和通气状态，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，采用常规焊接方法将喷嘴焊接在喷头管上；焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止通气，自然冷却。
其中，在本发明实施例中，焊接过程中，保持喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃。
优选地，焊接前，将喷头管预热至300-350℃并保持至焊接完成；焊接过程中，保持喷嘴的温度为150-170℃并保持至焊接完成。
其中，在本发明实施例中，采用加热器或火焰等方式对喷头管进行加热，采用压缩空气使喷嘴与喷头管形成温差，采用丝焊的方式或焊槽的方式等对喷嘴和喷头管进行焊接。
其中，参见图1和2，本发明实施例中的锅炉吹灰器喷头包括喷头管1和对称设于喷头管1头部两侧的喷嘴2，喷嘴2的直径为20-35mm，如22.5mm或32mm，喷嘴2的材质为1Cr25Ni20，喷头管1的材质为1Cr25Ni20或1Cr18Ni9Ti等不锈钢。进一步地，焊丝的直径为1-3mm，材质与喷头管1和喷嘴2的材质相同或相近。进一步地，本实施例提供的焊接方法用于焊接锅炉折焰区（温度变化大且频繁）的吹灰器喷头。
其中，在本发明实施例中，向喷嘴2（进气管3）通入空气的流速为10m/s-25m/s。
具体地，本实施例提供的焊接方法包括：
(1)焊接前，通过焊接工装将喷嘴定位在喷头管上，通过火焰或焊接工装上的加热套将喷头管预热至300-400℃，同时通过焊接工装向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差，向喷嘴通入空气的流速为10m/s-25m/s。
(2)焊接过程中，继续对喷头管进行加热和向喷嘴通入空气，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，使喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃，将喷嘴焊接在喷头管上。
(3)焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止通气，自然冷却，将喷头从焊接工装上取出。
该焊接方法是为了克服喷嘴高速喷出的蒸汽冷却时产生的收缩拉应力（设为负应力），通过在喷头焊接过程中预设置一种压应力（设为正应力）来提高使用寿命，即通过在焊接过程中通过使喷头管与喷嘴之间形成温差的方式来产生正应力。设喷头管预热并保持在300-400℃，在焊接过程中，通过通入冷空气保持喷头管用于安装喷嘴的内壁的温度为100-200℃，使在焊接过程中喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃；焊接工序结束后喷嘴继续保持空气冷却，喷头管自然冷却，当喷头管冷却到与喷嘴内壁温度接近或相同时，喷头管由300-400℃高温区向环境温度低温区收缩，此时喷嘴由100-200℃温度向环境温度低温区收缩。根据虎克定律和热应力原理，由于喷头管与喷嘴在焊接时存在温差，焊接完成后，当喷头管与喷嘴处于相同温度时，喷头管与喷嘴的收缩量或膨胀量的不同而产生应力。在喷头不工作时（温度在1000℃左右），喷嘴与喷头管之间的应力为压应力（设为正应力），理论应力540Mpa左右。当喷头工作时，当喷嘴喷冷却的蒸汽（蒸汽温度400℃左右）吹灰时，由于蒸汽的高速流动使喷嘴管内圈急速冷却，当温度减少150℃时，此时应力非常小接近0；当再减少150℃时，应力由压应力变为拉应力，此时理论拉应力为540Mpa(设为负应力)左右。
本发明提供的方法的思路是通过预设的正应力来抵消一部分负应力，在喷嘴工作时产生的负应力绝对植减少，因此采用喷头预应力焊接工艺的喷头比普通工艺焊接的喷头工作时的拉应力的绝对值减少了540Mpa左右,喷头的使用寿命由3个月增加到一年以上。另外，本发明中预热的温度和温差还综合考虑了工作温度、喷头的特殊结构与材质和温差变化等因素得到的，如喷头管的管壁较薄，焊接温度需保持在一定温度下才能较好地焊接；如喷嘴不工作时，温度大约为1000℃，而工作时喷嘴管内壁的温度迅速降到600-700℃，则需要一定的预热温度才能达到延长寿命的效果；另外，预热温度不能太高，保证正负应力变化在一定范围内，是应力变化相对温和。
实施例2
参见图1-5，本发明实施例提供了一种锅炉吹灰器喷头的焊接工装，该焊接工装包括加热套6、进气管3、出气管4、喷嘴定位结构5和空气提供结构等。加热套6套设在喷头管1头部且其两侧对应喷嘴2的位置设有通孔10，具体可以为U形管套结构，其上设有电加热丝。该加热套6将喷头管1头部及其上的喷嘴区域包覆并通过其上的通孔10将喷嘴2和焊点暴露出来。喷嘴定位结构5插设于喷头管1中，两个喷嘴2的内端分别顶靠在喷嘴定位结构5的两侧将喷嘴2与喷头管1按规定位置组合好以实现焊接定位，两个喷嘴2通过喷嘴定位结构5连通。进气管3和出气管4分别顶靠在两个喷嘴2的外端且与喷嘴2、喷嘴定位结构5共同组成空气流通的通道，进气管3通过管路与空气提供结构连接用于提供冷却空气；具体地，如图3所述，进气管3、喷嘴2、喷嘴定位结构5、另一喷嘴2和出气管4依次拼接组成空气流通的通道。
其中，参见图3-5，本发明实施例中的加热套6为形状与喷头管1头部配合的管套结构，进气管3和出气管4分别设于加热套6两端的通孔10内；进气管3和出气管4的内径与外径均与喷嘴2的内径和外径差不多，进气管3和出气管4最好为硬质L形结构以便于固定夹具将其压设在喷嘴2上。通孔10直径较进气管3和出气管4的直径大且之间有一定间隙以便于焊接；具体地，通孔10围绕进气管3和出气管4并将喷嘴2和焊点11暴露出来。喷嘴定位结构5包括拆卸杆和固定在拆卸杆端部上的连通板，连通板的形状与喷嘴2配合，其厚度要保证将喷嘴2定位在喷头管1指定位置。其中，连通板设于喷头管1头部内且其上设有与喷嘴2配合的通气孔，通气孔与进气管3和出气管4的内径差不多，通气孔与进气管3和出气管4的内孔对接构成空气流通的通道。两喷嘴2的内端分别顶靠在连通板的两侧并通过通气孔连通，拆卸杆沿喷头管1设置并向外穿出。空气提供结构包括通过管路依次连接的空压机、流量计7和调节阀8，调节阀8通过管路与进气管3连接。
其中，参见图3和4，本发明实施例中的连通板与喷嘴2的内端之间设有耐热垫片9，耐热垫片9夹设在连通板与喷嘴2的内端之间，以保证密封效果和便于拔出喷嘴定位结构5。其中，进气管3和出气管4与喷嘴2接触的一端均设有密封垫圈，密封垫圈固定在进气管3和出气管4上，用以保证密封效果。
进一步地，本发明实施例中的工装还包括固定夹具，该固定夹具能将进气管3和出气管4分别固定并压紧在两个喷嘴2上，且能固定喷嘴定位结构5。具体地，固定夹具可以为T形结构，其三条臂上分别设有固定进气管3、出气管4和喷嘴定位结构5的固定结构，对应进气管3、出气管4的两条臂的端部还设有压紧结构，用于将进气管3和出气管4压在喷嘴2上。
进一步地，本发明实施例中的焊接工装还包括温度检测结构用于检测喷头管1和喷嘴2的温度，具体可以为红外线温度检测仪。
下面结合图1-5对本实施例提供的焊接工装的工作过程进行说明：
焊接前：在喷头管1内放入喷嘴定位结构5，在喷头管1上放入两喷嘴2，使喷嘴2的内端顶靠（之间垫有耐热垫片9）在喷嘴定位结构5上且与喷嘴定位结构5上的通气孔对接，将喷嘴2定位到喷头管1的指定位置上。将进气管3、出气管4分别顶靠在喷嘴2的外端，即在AB两端压紧，保持进气管3、出气管4、喷嘴2与喷嘴定位结构5共同组成空气流通的通道的畅通和密封；开启加热套6和空压机，调整调节阀8使进气管3中空气的流速为10m/s-25m/s，使喷头管1预热至300-400℃，而喷嘴2内由于通入了空气温度较喷头管1低很多，喷头管1与喷嘴2形成温差，稳定后进行焊接。焊接过程中：在通孔10中，采用常规焊接方法对喷嘴2和喷头管1进行焊接，调整或不调整加热套6的温度和保持通气量使喷头管1和喷嘴2的温度分别保持在300-400℃和100-200℃使喷头管与喷嘴之间的温差为100-200℃以形成正应力。焊接完成后：关闭加热套6，停止对喷头管1进行加热，保持进气管3的通气量使喷头管1的温度降至100℃以下时停止通气，自然冷却至室温，最后松开AB两端并沿C向拔出喷嘴定位结构5，取出喷头。
本焊接工装利用实施例1提供的焊接工艺焊接喷头时，可使喷头的使用寿命由3个月增加到一年以上，且焊接过程简单、焊接效果符合使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，对喷头管进行预热并同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差；
焊接过程中，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，将喷嘴焊接在喷头管上；
焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，焊接过程中，保持喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃。
3.根据权利要求1所述的锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，采用加热器或火焰对喷头管进行加热，采用丝焊的方式对喷嘴和喷头管进行焊接。
4.根据权利要求1所述的锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，所述锅炉吹灰器喷头包括喷头管和对称设于喷头管头部两侧的喷嘴，所述喷嘴的直径为20-35mm，所述喷嘴的材质为1Cr25Ni20，所述喷头管的材质为1Cr25Ni20或1Cr18Ni9Ti。
5.根据权利要求1所述的锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，向喷嘴通入空气的流速为10m/s-25m/s。
6.根据权利要求1所述的锅炉吹灰器喷头的焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
焊接前，将喷嘴定位在喷头管上，将喷头管预热至300-400℃，同时通过向喷嘴通入空气使喷嘴与喷头管形成温差，向喷嘴通入空气的流速为10m/s-25m/s；
焊接过程中，继续对喷头管进行加热和向喷嘴通入空气，将喷头管与喷嘴分别保持在300-400℃和100-200℃，使喷头管与喷嘴之间的温差为150-200℃，将喷嘴焊接在喷头管上；
焊接完成后，停止对喷头管进行加热，继续向喷嘴通入空气至喷头管温度降至100℃以下时停止，自然冷却。
7.一种锅炉吹灰器喷头的焊接工装，其特征在于，包括加热套(6)、进气管(3)、出气管(4)、喷嘴定位结构(5)和空气提供结构，所述加热套(6)套设在喷头管(1)头部且其两侧对应喷嘴(2)的位置设有通孔(10)，所述喷嘴定位结构(5)插设于喷头管(1)中，两个喷嘴(2)的内端分别顶靠在喷嘴定位结构(5)的两侧以实现焊接定位并通过喷嘴定位结构(5)连通，所述进气管(3)和出气管(4)分别顶靠在两个喷嘴(2)的外端且与喷嘴(2)、喷嘴定位结构(5)共同组成空气流通的通道，所述进气管(3)通过管路与空气提供结构连接。
8.根据权利要求7所述的锅炉吹灰器喷头的焊接工装，其特征在于，
所述加热套(6)为形状与喷头管(1)头部配合的管套结构，所述进气管(3)和出气管(4)设于通孔(10)内；
所述喷嘴定位结构(5)包括拆卸杆和固定在拆卸杆上的连通板，所述连通板设于喷头管(1)头部内且其上设有与喷嘴(2)配合的通气孔，两喷嘴(2)的内端分别顶靠在连通板上并通过通气孔连通，所述拆卸杆沿喷头管(1)设置并向外穿出；
所述空气提供结构包括通过管路依次连接的空压机、流量计(7)和调节阀(8)。
9.根据权利要求8所述的锅炉吹灰器喷头的焊接工装，其特征在于，所述连通板与喷嘴(2)的内端之间设有耐热垫片(9)，所述进气管(3)和出气管(4)与喷嘴(2)接触的一端均设有密封垫圈。
10.根据权利要求7-9任一项所述的锅炉吹灰器喷头的焊接工装，其特征在于，所述工装还包括固定夹具，所述固定夹具能将进气管(3)和出气管(4)固定并分别压紧在两个喷嘴(2)上，且能固定喷嘴定位结构(5)。
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