CN107088698A - 一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置及自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置及自动焊接方法，它解决了现有的管板焊接效率低和焊接质量稳定性差的问题，具有使用了自制的氩弧焊机定位保护工装，集焊接定位和充氩气保护功能于一体，结构简单、使用方便，实现快速充氩保护，提高焊接质量和焊接效率的效果。其技术方案为：定位冷却装置，包括定位头和固定杆，固定杆与定位头固定连接，所述固定杆上设置有轴向中空腔室，定位头包括定位头本体和弹性体，弹性体环绕设置于定位头外侧，且弹性体的直径大于定位头本体的直径；定位头本体上设置有通孔，所述通孔与所述轴向中空腔室连通，所述弹性体位于通孔与固定杆之间。

Description

一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置及自动焊接方法

技术领域

本发明属于焊接领域，具体涉及一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置及自动焊接方法。

背景技术

NO4400是一种镍基合金，此合金在氢氟酸、氟气介质和热浓碱液中具有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀，在石油化学工业中有着广泛的应用。目前，国内NO4400换热管与管板角焊缝焊接，均采用手工氩弧焊。采用焊接的方式对换热管和管板进行连接时，要求换热管之间的距离不能太近，否则会因为高温导致焊缝的质量受到影响。此外，人工焊接时环形焊缝的焊接精度难以保证，导致焊接质量不稳定。而且，人工焊接的效率低下。而换热管与管板之间的连接结构和连接质量往往决定了换热器的使用寿命和质量优劣，接头质量的好坏决定着整个装置的可靠性，所以，需要对换热管与管板之间的焊接工艺进行改进，以提高换热器的质量和生产效率。

发明内容

为了提高换热管与管板之间的焊接效率，发明人尝试使用管板自动焊机对换热管和管板进行焊接，但是在焊接过程中，自动焊机是用绳吊着进行焊接，当焊机喷出焊料时，会对焊机造成一定的冲击作用，使焊机偏离原来位置，焊机的偏离会对后续焊料喷射位置的准确性产生影响，进而影响焊接质量的稳定性。

此外，采用自动焊机对换热管和管板进行焊接，同样对换热管之间的距离有一定的要求，因为焊接时会产生高温，高温会对已经焊接好的焊接结构的质量造成影响。

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置，包括定位头和固定杆，固定杆与定位头固定连接，所述固定杆上设置有轴向中空腔室，定位头包括定位头本体和弹性体，弹性体环绕设置于定位头外侧，且弹性体的直径大于定位头本体的直径；定位头本体上设置有通孔，所述通孔与所述轴向中空腔室连通，所述弹性体位于通孔与固定杆之间。

焊接时，将固定杆固定连接在自动焊机的空心水冷轴上，使固定杆的轴向中空腔室与空心水冷轴的空腔连通，将定位头插入换热管内，定位头上的弹性件与换热管过盈配合，将自动焊机的位置进行了简单固定，实现了定位，该定位作用力应能抵抗喷射焊料时产生的反冲力，保证焊机的位置在焊接过程中不会发生偏移，保证了焊接过程中焊料喷射方向的准确性，进而提高了焊接质量的稳定性。

焊接时，将焊机上的冷却水管拔下，并将氩气管连接在水冷轴的进水口上，向水冷轴内通入氩气。氩气通过水冷轴的空腔进入固定杆的轴向中空腔室，然后通过定位头上的通孔进入换热管内部，大量低温氩气在换热管内流动过程中，带走大量的热量，对换热管及焊接结构进行了降温，降低了焊接高温对相邻焊接结构的质量的影响，在保证相同的焊接质量情况下，可以适当降低相邻换热管之间的距离，进而在保证相同的换热效果下，可以制备体积相对较小的换热器。

所述弹性体由耐高温弹性材料制成，由于定位头上的通孔与弹性体之间的距离较小，氩气流动过程中会对弹性体和弹性体所在的换热管进行有效降温，所以，弹性体以及弹性体所在环境的温度不至于太高，小于500℃，所以耐高温弹性体不容易失效。

进一步的，定位头本体上的通孔朝向所述弹性体倾斜设置。

当通孔朝向弹性体倾斜设置时，低温氩气可以较多地冲击弹性体，对弹性体起到更好的冷却效果。

进一步的，所述定位头上的通孔的直径为2-3.5mm。

当通孔的直径较小时，氩气的流速较大，对弹性体和换热器内壁的冲击作用较大，可以起到更好的冷却效果，当焊接完成后，稍微延长通氩气时间，即可将弹性体进行冷却，弹性体冷却收缩后，便于从换热器中拔出。

进一步的，所述弹性体的宽度为1.5-2.5cm。

该宽度的弹性体可以对焊机起到良好的固定效果，同时固定作用力不至于太大，便于固定头的插入和拔出。

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种换热管与管板的自动焊接装置，包括自动焊机和上述定位冷却装置，所述自动焊机上设置有冷却轴，所述定位冷却装置的固定杆与所述冷却轴固定连接，冷却轴的空腔与所述固定杆的中空腔室连通。

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种换热管与管板的自动焊接方法，包括如下步骤：

1)将定位冷却装置的固定杆固定连接在自动焊机的水冷轴上，使固定杆的轴向中空腔室与水冷轴的空腔连通；

2)将定位头插入换热管内，使定位头上的弹性件与换热管的内壁过盈配合；

3)调节焊枪与焊缝之间的距离，调节自动焊机的参数，进行焊接。

进一步的，所述换热管的管头伸出管板平面4-5mm。

进一步的，步骤2)中，所述定位头的末端插入换热管内的深度为20-25mm。

当插入该深度时，定位头不但可以对换热管进行有效的固定，还可以使定位头上的通孔更接近待焊接位置，通入氩气时，可以起到更好的保护和冷却效果。

进一步的，所述自动焊机为TP060型管板自动焊机。

进一步的，焊接结构包括焊接Ⅰ层和焊接Ⅱ层，焊接Ⅰ层为填充坡口处的焊接结构，焊接Ⅱ层为焊接坡口外侧的焊接结构，焊接Ⅰ层和焊接Ⅱ层使用的焊丝为0.8mm。

采用该焊丝，可获得良好的焊接性及抗热裂纹敏感性，使焊接接头的质量稳定且拉伸强度可在母材强度的85％以上。

更进一步的，焊接Ⅰ层的焊接参数为：基值电流150-170A，峰值电流65-75A，焊接电压8.5-10V，送丝速度150-180mm/min，转速240-280mm/min，氩气气体流量10-15L/min。

采用这样的焊接参数与焊丝配合，可以实现快速高效焊接，焊接质量良好。氩气气体流量为10-15L/min时，不但可以对焊枪进行有效降温，还可以对换热管进行迅速降温。

更进一步的，焊接Ⅱ层的焊接参数为：基值电流160-180A，峰值电流65-75A，焊接电压8.5-10V，送丝速度200-250mm/min，转速260-300mm/min，氩气气体流量10-15L/min。

本发明的有益效果为：

1、本发明将NO4400换热管与管板焊接工艺改为管板自动焊接工艺，提高了焊接质量和工作效率，降低焊接作业人员的劳动强度。

2、本发明使用了自制的氩弧焊机定位保护工装，集焊接定位和充氩气保护功能于一体，结构简单、使用方便，实现快速充氩气保护，提高了焊接质量和焊接效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为加工有安装孔的管板结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为换热管和管板的安装结构示意图；

图4为本发明的定位冷却装置结构示意图。

其中，1、管板，2、换热管，3、定位头本体，4、通孔，5、弹性体，6、固定杆，7、中空腔体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：

定位头，由于在上面设置有弹性件，弹性件的直径大于定位头本体的直径，当该定位头插入换热管内时，弹性件与换热管稍微过盈配合，焊接时，弹性件受热膨胀与换热管之间的作用力更大，可以实现将换热管固定定位的作用，所以将其命名为定位头，在本文中，定位头的作用并不受其名称的限定，因为定位头还可以将氩气引入换热管内。

固定杆，首先为中空的杆状结构，内部设置有轴向中空空腔，固定杆与自动焊机的水冷轴固定连接，起到固定定位头的作用，所以将其命名为固定杆。固定杆的作用并不受名称的限定，因为其还具有流通氩气的作用。

弹性体，由耐高温弹性材料制成，如全芳族聚酰亚胺、高温云母复合材料等。

水冷轴，是自动焊枪中通入冷却水对焊枪进行冷却的结构。

如图4所示，本发明的换热管与管板自动焊接定位冷却装置，包括定位头3和固定杆6，固定杆6与定位头3固定连接，所述固定杆6上设置有轴向中空腔室7，定位头3包括定位头本体和弹性体5，弹性体5环绕设置于定位头外侧，且弹性体5的直径大于定位头本体的直径；定位头本体上设置有通孔4，所述通孔4与所述轴向中空腔室7连通，所述弹性体5位于通孔4与固定杆6之间，通孔4的设置方向与轴向中空腔室7的设置方向大体垂直。焊接时，氩气通过轴向中空腔室7沿换热管的轴向流到定位头3部位，并通过定位头3上的通孔4沿垂直于换热管的轴向喷射到换热管的内壁，起到更好的冷却效果。

通孔4的设置方向还可以现对于定位头的轴向倾斜一定角度设置。

定位冷却装置的固定杆6需要与自动焊枪的水冷轴固定连接，连接方式可以为多样，如，在固定杆6上加工外螺纹，在水冷轴的内壁加工内螺纹，内螺纹和外螺纹配合，即可将固定杆6与自动焊枪的水冷轴固定连接。还可以通过中间连接管分别与固定杆6和定位头3过盈配合连接，避免氩气的泄露。

应用于四氯乙烯技改项目主要设备“稀释液再沸器”，换热管规格为管板NO4400(δ＝40)，如图1和图2所示，采用本发明的工艺焊接，经渗透检测(渗透检测符合NB/T47013.5-2015中的Ⅰ级合格)合格率达到100％，经水压试验3.73MPa，保压30min无泄漏、无可见变形、无异响合格。

具体实施工艺为：

先对换热管头和管板坡口进行清理，依次进行组对、管板自动焊第Ⅰ层，100％渗透检，管板自动焊第Ⅱ层，100％渗透检测(渗透检测符合NB/T47013.5-2015中的Ⅰ级合格)，如图3所示。

所述清理换热管头和管板坡口，用酒精或丙酮清理换热管头和管板坡口油、锈等杂质污物。

所述组对，使换热管外伸长度一致，管头伸出管板平面4-5mm。

所述自动焊焊机选用TP060型管板自动焊机，将图4中的定位冷却结构紧固到管板自动焊机中心定位空心水冷轴上，然后将冷却水进水管拔开，通入保护氩气。焊接(Ⅰ层)，选用的焊丝为0.8mm，焊接工艺参数控制为：基值电流160A，峰值电流70A，焊接电压8.5V，送丝速度170mm/min，转速260mm/min，焊枪保护氩气气体流量9L/min，保护工装保护内通入氩气气体流量12L/min。

所述管板自动焊(Ⅱ层)，选用的焊丝为0.8mm，焊接工艺参数控制为：基值电流170A，峰值电流70A，焊接电压9V，送丝速度220mm/min，转速280mm/min，焊枪保护氩气气体流量10L/min，保护工装保护内通入氩气气体流量12L/min。

NO4400换热管与管板自动焊接工艺，先加工管板试件，对换热管头和管板坡口进行清理，再将换热管头和管板进行组对、管板自动焊第Ⅰ层，100％渗透检，管板自动焊第Ⅱ层，100％渗透检测(渗透检测符合NB/T47013.5-2015中的Ⅰ级合格)。

检验、试验结果：自动焊Ⅰ层、Ⅱ层渗透检测按NB/T47013.5-2015中Ⅰ合格要求；宏观金相检查试样按NB/T47014-2011要求加工8件金相检查试件，检查结果、角焊缝厚度测定结果详见表1，符合NB/T47014要求。

表1

检验面编号	1	2	3	4	5	6	7	8	是否合格
										有无裂纹、未熔合	无	无	无	无	无	无	无	无	合格
角焊缝厚度	2.2	2.4	2.2	2.4	2.2	2.5	2.4	2.2	合格
										是否焊透	无	无	无	无	无	无	无	无	合格

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热管与管板自动焊接定位冷却装置，其特征在于：包括定位头和固定杆，固定杆与定位头固定连接，所述固定杆上设置有轴向中空腔室，定位头包括定位头本体和弹性体，弹性体环绕设置于定位头外侧，且弹性体的直径大于定位头本体的直径；定位头本体上设置有通孔，所述通孔与所述轴向中空腔室连通，所述弹性体位于通孔与固定杆之间。

2.根据权利要求1所述的定位冷却装置，其特征在于：定位头本体上的通孔朝向所述弹性体倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的定位冷却装置，其特征在于：所述定位头上的通孔的直径为2-3.5mm。

4.一种换热管与管板的自动焊接装置，其特征在于：包括自动焊机和权利要求1-3任一所述定位冷却装置，所述自动焊机上设置有冷却轴，所述定位冷却装置的固定杆与所述冷却轴固定连接，冷却轴的空腔与所述固定杆的中空腔室连通。

5.一种换热管与管板的自动焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将定位冷却装置的固定杆固定连接在自动焊机的水冷轴上，使固定杆的轴向中空腔室与水冷轴的空腔连通；

2)将定位头插入换热管内，使定位头上的弹性件与换热管的内壁过盈配合；

3)调节焊枪与焊缝之间的距离，调节自动焊机的参数，进行焊接。

6.根据权利要求5所述的自动焊接方法，其特征在于：所述换热管的管头伸出管板平面4-5mm。

7.根据权利要求5所述的自动焊接方法，其特征在于：步骤2)中，所述定位头的末端插入换热管内的深度为20-25mm。

8.根据权利要求5所述的自动焊接方法，其特征在于：焊接结构包括焊接Ⅰ层和焊接Ⅱ层，焊接Ⅰ层为填充坡口处的焊接结构，焊接Ⅱ层为焊接坡口外侧的焊接结构，焊接Ⅰ层和焊接Ⅱ层使用的焊丝为

9.根据权利要求5所述的自动焊接方法，其特征在于：焊接Ⅰ层的焊接参数为：基值电流150-170A，峰值电流65-75A，焊接电压8.5-10V，送丝速度150-180mm/min，转速240-280mm/min，氩气气体流量10-15L/min。

10.根据权利要求5所述的自动焊接方法，其特征在于：焊接Ⅱ层的焊接参数为：基值电流160-180A，峰值电流65-75A，焊接电压8.5-10V，送丝速度200-250mm/min，转速260-300mm/min，氩气气体流量10-15L/min。