CN107052506B - 一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，包括首先绘制筒体以及在筒体上画出开孔，进而绘制开孔放样线和初始向心孔放样线，然后利用筒体外侧放样图和筒体内侧放样图对焊接坡口进行加工。本发明提供的方法能有效保证气割坡口的精确性，保证气割开孔不伤及坡口根部，还能够有效控制焊接变形，保证接管的焊后尺寸。

Description

一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法

技术领域

本发明涉及一种焊接坡口加工方法，特别是一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法。

背景技术

非向心接管是压力容器产品中一种常见的结构形式，对于接管与筒体的焊接坡口加工方法，常规做法为在图样中标注接管与筒体的V形坡口角度β。但是，采用该方法对非向心接管的筒体坡口加工后，接管与筒体所成锐角处的坡口至少1/4圆周内的空间过大，导致焊接过程中增加很多焊接熔敷金属填充量；而与之对称的另一侧处，焊接熔敷金属填充量较少，造成接管两侧焊接过程中热输入量差别巨大，并且这种现象随着接管与筒体轴向中心距离的增加而加大。因此，这样的坡口形式，导致非向心接管与筒体焊后产生以下两种严重问题：

1)接管产生严重变形，接管朝筒体中心一侧变形，当接管与外部管路焊接或与法兰对接，将导致错位无法进行；若接管是容器的液位计接管，将导致接管控制容器内液体位置的功能失效。

2)筒体产生变形，若筒体厚度较薄，将导致筒体在焊接位置产生较大变形。

因此，如何控制非向心接管与筒体的焊接变形量、保证接管焊后位置精度要求成为压力容器产品制造过程中的一个难题。

由于上述原因，本发明人对现有的技术进行改造，设计出一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，该方法操作方便，能使坡口四周焊接熔敷金属填充量基本相同，有助于控制焊接变形。

具体来说，本发明的目的在于提供一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，该方法包括以下步骤：

绘制筒体20，并在筒体20上画出开孔13，所述开孔轴线即为接管轴线，然后绘制开孔放样线1和初始向心孔放样线2，所述开孔放样线1包括坡口內缘线3、坡口外缘线4和内侧坡口线5，内侧坡口线5即为筒体内侧放样图15；

将初始向心孔放样线2和坡口內缘线3中心点重合，二者重叠交叉部分为核桃形区域6；

将绘制的坡口內缘线3、坡口外缘线4和核桃形区域6的中心点重合进行合并，得到筒体外侧放样图14；

利用筒体外侧放样图14和筒体内侧放样图15对焊接坡口进行加工。

优选地，根据本发明，上述对焊接坡口进行加工是采用气割方法加工，所述气割包括以下步骤：

在待焊接的筒体20上找到开孔中心点，将各线条划到筒体上；

气割去除桃核形区域6；

去除阴影区域7；

气割切除开孔内侧部分；

气割去除斜线区域8。

本发明所具有的有益效果包括：

1、本发明提供的方法采用单边V形坡口，以标注坡口宽度代替标注坡口角度，避免了非向心接管与筒体局部坡口宽度过大的问题，坡口四周的焊接熔敷金属填充量基本一致，因此，在减少焊接量的同时，还能够有效控制住焊接变形，保证接管的焊后尺寸；

2、采用1:1比例的加工辅助工具进行筒体线条绘制，所述加工辅助工具制作简单、操作方便，灵活性强；

3、本发明中采用气割向心孔、开孔、坡口的三步气割法进行坡口加工，更能有效保证气割坡口的精确性，保证气割开孔不伤及坡口根部，一定程度上弥补了手工气割粗加工的缺陷，确保加工成形的坡口满足图样设计的高要求；

4、本发明无需额外的机械加工，有效降低坡口加工成本，增加坡口加工效果，提高接管与筒体的焊接质量；

5、该方法计算简单，使用方便，适用范围广，尤其适用于位置精度要求高的各种接管。

附图说明

图1示出的根据本发明一种优选实施方式的非向心接管与筒体的连接示意图；

图2示出图1中圆圈部分A的放大图；

图3示出根据本发明标注坡口宽度D的示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的筒体开孔示意图；

图5示出根据本发明半弧长的示意图；

图6示出根据本发明弧长的示意图；

图7示出根据本发明弧长的四等分点的示意图；

图8示出根据本发明一种优选的实施方式的半弦长的示意图；

图9示出根据本发明一种优选的实施方式的放样线的示意图；

图10示出根据本发明一种优选的实施方式的向心切割的示意图；

图11示出根据本发明一种优选的实施方式的核桃形区域的示意图；

图12示出根据本发明一种优选的实施方式的筒体外侧放样图的示意图；

图13示出根据本发明一种优选的实施方式的筒体内侧放样图的示意图；

图14示出根据本发明一种优选的实施方式的开孔工序示意图。

附图标号说明：

1-开孔放样线

2-初始向心孔放样线

3-坡口內缘线

4-坡口外缘线

5-内侧坡口线

6-核桃形区域

7-阴影区域

8-斜线区域

9-投影开孔

10-接管

11-筒体外侧开孔中心点

12-筒体内侧开孔中心点

13-开孔

14-筒体外侧放样图

15-筒体内侧放样图

20-筒体

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。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，其中，在一种优选的实施方式中，非向心接管与筒体的连接关系如图1所示，并且，如图2所示，常规做法为在图样中标注接管与筒体的V形坡口角度，本发明中，β仅指代接管与筒体的V形坡口角度，而不具有其他含义。

本发明提供的方法采用单边V形坡口，以标注坡口宽度代替标注坡口角度，其中，所述坡口宽度为筒体开孔外侧上端点到接管间的距离，或者筒体开孔外侧下端点到接管间的距离。本发明中，如图3所示，坡口宽度用D表示，所述坡口宽度D根据实际情况可以任意改变设定值。

以标注坡口宽度D代替标注坡口角度β，便于计算，适用范围广，能够有效避免非向心接管与筒体局部坡口宽度过大的问题。

本发明提供了一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)：绘制筒体20，并在筒体20上画出开孔13，所述开孔轴线即为接管轴线，然后绘制开孔放样线1和初始向心孔放样线2，所述开孔放样线1包括坡口內缘线3、坡口外缘线4和内侧坡口线5，内侧坡口线5即为筒体内侧放样图15；

其中，在一种优选的实施例中，步骤(1)中所述开孔放样线1的按照以下步骤进行绘制：

A)如图4所示，在筒体20上画出一个开孔13，所述开孔轴线即为接管轴线，将开孔轴线与筒体20的相交点确定为开孔轴向中心点，所述开孔轴向中心点具有两个，分别为筒体外侧开孔中心点11和筒体内侧开孔中心点12；确定筒体20同一侧开孔顶点与开孔轴向中心点之间的半弧长；

在一种实施方式中，如图5所示，所述半弧长为筒体外侧开孔顶点与筒体外侧开孔中心点11之间的半弧的长度；

在另一种实施方式中，所述半弧长还可以为筒体内侧开孔顶点与筒体内侧开孔中心点12之间的半弧的长度；

本发明中，所述半弧长采用L2表示，所述L2仅表示为半弧的长度。

B)确定筒体20同侧开孔的上端点与下端点之间的弧长，并确定所述弧长进行等分；

在一种实施方式中，如图6所示，所述弧长为筒体外侧开孔上端点和筒体外侧开孔下端点之间的弧的长度；

在另一种实施方式中，所述弧长还可以为筒体内侧开孔上端点和筒体内侧开孔下端点之间的弧的长度；

本发明中，所述弧长采用L1表示，所述L1仅表示为弧的长度。

本发明中，将弧长L1进行等分并不受等分数量的限制：等分数量越多，对线条的绘制精确度越高，等分数量越少，对线条的绘制精确度越低。

在一种优选的实施方式中，将弧长L1进行四等分，如图7所示，所述弧长L1被三个四等分点均分为长度相等的四段小弧，在本发明中，为表述清楚，将第一四等分点以a1表示，第二四等分点以a2表示，第三四等分点以a3表示。

C)对所述开孔13进行投影，确定等分点投影点到投影开孔9的半弦长。

在一种优选的实施方式中，如图8所示投影，确定四等分点投影点到投影开孔9的半弦长，所述半弦长具有三个；为表述清楚，将第一四等分点a1的投影点到投影开孔9的半弦长以d1表示，将第二四等分点a2的投影点到投影开孔9的半弦长以d2表示，将第三四等分点a3投影点到投影开孔9的半弦长以d3表示。

D)根据上述数据，在新的平面内以半弧长、弧长、半弦长为参数绘制线段，其中，将半弧长与弧长上端齐平，半弧长下端点即为开孔轴向中心点；所述半弦长分别在对应的等分点处垂直于弧长或半弧长绘制，将所述弧长、半弦长的端点曲线连接，并以弧长为轴镜像复制，制得开孔放样线1；

在一种优选的实施方式中，在新的平面内以半弧长L2、弧长L1、半弦长d1、半弦长d2、半弦长d3为参数绘制线段，如图9所示，其中，将半弧长L2与弧长L1上端齐平，半弧长L2下端点即为开孔轴向中心点；所述开孔轴向中心点可以为筒体外侧开孔中心点11或筒体内侧开孔中心点12；所述半弦长d1、半弦长d2、半弦长d3分别在对应的四等分点投影处垂直于弧长L1或半弧长L2绘制，将所述线段的端点曲线连接，并以弧长L1为轴镜像复制，制得开孔放样线1。

其中，如图13所示，内侧坡口线5即为筒体内侧放样图15；

本发明中，根据开孔放样线1的绘制方法，可以进行坡口內缘线3、坡口外缘线4和内侧坡口线5的绘制。

在一种优选的实施方式中，其中，坡口外缘线4的上端点到接管的距离，与坡口外缘线4的下端点到接管的距离相等，所述距离即为坡口宽度D。

本发明中，确定坡口宽度D能够避免非向心接管与筒体局部坡口宽度过大的问题，使坡口四周的焊接熔敷金属填充量基本一致，不仅减少焊接量，还能够有效控制住焊接变形，保证接管的焊后尺寸。

在一种优选的实施方式中，步骤(1)中所述初始向心孔放样线2的绘制包括以下步骤：

a)确定筒体20中心到筒体20外侧上端点的连线与筒体20中心到筒体20内侧下端点的连线之间所形成的角度，或者当筒体中心在开孔13上方时，确定筒体20中心到筒体20外侧下端点的连线与筒体20中心到筒体20内侧上端点的连线之间所形成的角度；

在一种实施方式中，将筒体剖面圆心与筒体外侧上端点进行连线、将筒体剖面圆心与筒体内侧下端点进行连线，两条连线之间形成一定角度本发明中，为描述方便，将所述角度以i表示；

b)在所述角度范围内进行旋转切除，得到向心孔；

在一种优选的实施方式中，在所述角度范围内对筒体20向心旋转切除得到向心孔；在一种更优选的实施方式中，如图10所示，以i/2角度线为轴，以i/2角度为范围，对筒体20向心旋转切割，得到向心孔。

c)对所述向心孔进行处理，得到初始向心孔放样线2；

在一种优选的实施方式中，对所述向心孔径向投影，也就是说，沿i/2角度线对向心孔进行投影，得初始向心孔放样线2，其中，筒体外侧开孔中心点11在所述初始向心孔放样线2的下部。

步骤(2)：将初始向心孔放样线2和坡口內缘线3中心点重合，二者重叠交叉部分为核桃形区域6；

在一种优选的实施方式中，将初始向心孔放样线2和坡口內缘线3的筒体外侧开孔中心点11重合，如图11所示，发现初始向心孔放样线2有超出坡口內缘线3的区域，而向心气割的范围不能大于开孔13范围，因此取其交集得到二者重叠交叉部分为核桃形区域6，并且，坡口內缘线3内的剩余部分为阴影区域7。

步骤(3)：将绘制的坡口內缘线3、坡口外缘线4和核桃形区域6的中心点重合进行合并，得到筒体外侧放样图14；

在一种优选的实施方式中，如图12所示，将绘制的坡口內缘线3、坡口外缘线4和核桃形区域6的筒体外侧开孔中心点11重合并进行合并，得到筒体外侧放样图14，其中坡口內缘线3和坡口外缘线4未重叠部分为斜线区域8；

步骤(4)：利用筒体外侧放样图14和筒体内侧放样图15对焊接坡口进行加工；

在一种优选的实施方式中，对焊接坡口进行气割；其中，所述气割包括以下步骤：

1’)在待焊接的筒体20上找到开孔中心点，将各线条划到筒体上；

本发明提供了一种辅助工具，辅助工具用于帮助在筒体20上绘制线条；本发明中，所述辅助工具绘制、印制或刻有本发明提供的一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法中的任意线条，并且，所述辅助工具与待焊接的筒体开口大小的比例为1:1。并且，所述辅助工具具有一定厚度和硬度，能够弯曲，可以任意裁剪或切割。

在一种优选的实施方式中，所述辅助工具可以为金属片、纸张和塑料片中的任一种；

在一种更优选的实施方式中，所述辅助工具为青稞纸。

在一种优选的实施方式中，所述辅助工具可以印有开孔放样线1中的任意一条线条；在一种更优选的实施方式中，所述辅助工具可以印有筒体外侧放样图14或筒体内侧放样图15。

在一种优选的实施方式中，所述辅助工具印有筒体外侧放样图14，使用时，先裁剪坡口外缘线4，利用所述辅助工具在筒体20外侧划坡口外缘线4；再对所述辅助工具裁剪出坡口内缘线3，利用所述辅助工具在筒体20外侧划坡口内缘线3；最后将所述辅助工具裁剪出核桃形区域6的轮廓线，利用所述辅助工具在筒体20外侧划出核桃形区域6的轮廓线；所述划线的顺序为坡口、开孔、向心孔。

在一种优选的实施方式中，在待焊接的筒体20上找到开孔中心点，将辅助工具的筒体外侧开孔中心点11和筒体内侧开孔中心点12分别与对应的开孔中心点重合，再通过裁剪、划线将辅助工具中各线条划到筒体上；

本发明提供的辅助工具用于辅助在筒体20待开孔处绘制开孔放样线1，辅助焊接坡口的开孔作业，其制作简单、操作方便，灵活性强；并且不需要额外的机械加工，有效增加坡口加工效果，所述辅助工具经过多次裁剪再利用，操作简便、节约材料。

2’)气割去除桃核形区域6；

在一种优选的实施方式中，在筒体20外侧向心气割去除桃核形区域6所对应的筒体部分；

直接对筒体20进行气割开孔时，容易在气割过程中不慎伤及坡口根部，造成局部坡口较大，导致后续焊接接管时，坡口根部间隙不均匀。本发明首先气割向心孔，其目的是避免直接开孔伤及坡口根部。

对于接管直径大、开孔大的产品，手工气割难度相对较小，可省略气割向心孔步骤；对于接管直径小、开孔小的产品，手工气割难度相对较大，必须先气割向心孔，才能保证最终开孔质量。

如图14所示，在筒体20外侧向心气割去除桃核形区域6后，筒体20外侧一部分区域已经达到开孔尺寸要求，其中筒体20外侧未达到开孔尺寸要求的区域，如图14中所示，为阴影区域7。

3’)去除阴影区域7；

在一种优选的实施方式中，在筒体20外侧平行于开孔轴线方向去除阴影区域7；此时，筒体20外侧已经达到开孔尺寸要求。筒体20内侧还存有部分区域未达到开孔尺寸要求。

4’)气割切除开孔内侧部分；

在一种优选的实施方式中，从筒体20内侧沿内侧坡口线5平行于开孔轴线方向气割切除开孔内侧部分；此时，筒体20完成开孔作业。

5’)气割去除斜线区域8；

在一种优选的实施方式中，在筒体外侧沿坡口外缘线4气割去除斜线区域8，气割方向为坡口外缘线4和内侧坡口线5连接线，如图14中箭头所示方向，所述气割方向沿连接线周向不断变化。此时，筒体20全部完成开孔工序。

本发明中采用气割向心孔、开孔、坡口的三步气割法进行坡口加工，更能有效保证气割坡口的精确性，保证气割开孔不伤及坡口根部，一定程度上弥补了手工气割粗加工的缺陷，确保加工成形的坡口满足图样设计的高要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中涉及的技术特征，只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

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 (10)

1.一种压力容器非向心接管与筒体的焊接坡口加工方法，该方法包括以下步骤：

1)绘制筒体(20)，并在筒体(20)上画出开孔(13)，所述开孔轴线即为接管轴线，然后绘制开孔放样线(1)和初始向心孔放样线(2)，所述开孔放样线(1)包括坡口內缘线(3)、坡口外缘线(4)和内侧坡口线(5)，内侧坡口线(5)即为筒体内侧放样图(15)；

2)将初始向心孔放样线(2)和坡口內缘线(3)的筒体外侧开孔中心点(11)重合，二者重叠交叉部分为核桃形区域(6)；

3)将绘制的坡口內缘线(3)、坡口外缘线(4)和核桃形区域(6)的中心点重合进行合并，得到筒体外侧放样图(14)；

4)利用筒体外侧放样图(14)和筒体内侧放样图(15)对焊接坡口进行加工；

步骤1)中，所述坡口外缘线(4)的上端点到接管外壁上端的距离，与坡口外缘线(4)的下端点到接管外壁下端的距离相等，所述距离为坡口宽度。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤1)中，所述开孔放样线(1)按照以下步骤进行绘制：

A)将开孔轴线与筒体(20)的相交点确定为开孔轴向中心点，然后确定筒体(20)同侧开孔顶点与开孔中心点之间的半弧长；

B)确定筒体(20)同侧开孔的上端点与下端点之间的弧长，并对所述弧长进行等分；

C)对所述开孔(13)沿接管轴线方向进行投影，确定等分点投影点到投影开孔(9)的半弦长；

D)在新的平面内以半弧长、弧长、半弦长为参数绘制线段，其中，将半弧长与弧长上端齐平，半弧长下端点即为开孔轴向中心点；所述半弦长分别在对应的等分点处垂直于弧长或半弧长绘制，将所述弧长、半弦长的端点曲线连接，并以弧长为轴镜像复制，制得开孔放样线(1)。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤1)中，所述初始向心孔放样线(2)按照以下步骤进行绘制：

a)确定筒体(20)中心到筒体(20)外侧上端点的连线与筒体(20)中心到筒体(20)内侧下端点的连线之间所形成的角度，或者当筒体中心在开孔(13)上方时，确定筒体(20)中心到筒体(20)外侧下端点的连线与筒体(20)中心到筒体(20)内侧上端点的连线之间所形成的角度；

b)在所述角度范围内进行旋转切除，得到向心孔；

c)对所述向心孔进行处理，对所述向心孔径向进行投影，得到初始向心孔放样线(2)。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤1)中，所述距离可以根据焊接需求改变设定值。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤2)中，坡口內缘线(3)内除了核桃形区域(6)的剩余部分形成阴影区域(7)；

步骤3)中，坡口內缘线(3)和坡口外缘线(4)未重叠部分形成斜线区域(8)。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，步骤4)中，对焊接坡口进行气割。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，

所述气割包括以下步骤：

1’)在待焊接的筒体(20)上找到开孔中心点，将各线条划到筒体上；

2’)气割去除桃核形区域(6)；

3’)去除阴影区域(7)；

4’)气割切除开孔内侧部分；

5’)气割去除斜线区域(8)。

8.根据权利要求6或7所述的加工方法，其特征在于，

所述气割包括以下步骤：

1’)在待焊接的筒体上找到开孔中心点，将辅助工具的筒体外侧开孔中心点(11)和筒体内侧开孔中心点(12)分别与对应的开孔中心点重合，再通过裁剪、划线将辅助工具中各线条划到筒体上；

2’)在筒体外侧向心气割去除桃核形区域(6)；

3’)在筒体外侧平行于开孔轴线方向去除阴影区域(7)；

4’)从筒体内侧沿内侧坡口线(5)平行于开孔轴线方向气割切除开孔内侧部分；

5’)在筒体外侧沿坡口外缘线(4)气割去除斜线区域(8)，气割方向为坡口外缘线(4)和内侧坡口线(5)连接线，气割方向沿连接线周向不断变化。

9.根据权利要求1至7之一所述的加工方法，其特征在于，

利用辅助工具进行放样线的绘制，所述辅助工具绘制、印制或刻有权利要求1-6之一所述的放样线，所述辅助工具与焊接开口的比例为1:1；

所述辅助工具可以弯曲，具有一定硬度，并且可以任意裁剪或切割。

10.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，

利用辅助工具进行放样线的绘制，所述辅助工具绘制、印制或刻有权利要求1-6之一所述的放样线，所述辅助工具与焊接开口的比例为1:1；

所述辅助工具可以弯曲，具有一定硬度，并且可以任意裁剪或切割。