CN107975642B - 锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法 - Google Patents

锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法 Download PDF

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Abstract

锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法。长期以来，锅炉和压力容器、核电等承压设备筒体安放式或座式大口径厚壁接管（简称大接管）焊接坡口大都是马鞍形曲面形式，随着筒体开孔周围表面形状不断变化，坡口结构形式单一。存在着火焰气割质量差、坡口表面淬硬层打磨清除不彻底、数控机加周期长、制造费用高等问题。本发明组成包括接管本体，所述的接管底面焊接坡口形状是由多个平面形的焊接坡口组成，与筒体外表面形成D类焊缝坡口，平面焊接坡口的倾角在‑35°～40°之间。本发明应用于锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管手工焊条电弧焊焊接坡口结构的设计和制造。

Description

锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法
技术领域：
本发明涉及一种锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法，涉及锅炉、压力容器和核电设备等承压设备的设计和制造领域，用于60万千瓦以上超临界、超超临界电站启动分离器和贮水箱等筒体大接管，具体涉及类似结构和规格尺寸的承压设备筒体或锥体安放式大口径厚壁接管或接管法兰手工焊条电弧焊焊接坡口结构的设计和制造技术。
背景技术：
长期以来，锅炉和压力容器、核电等承压设备筒体安放式或座式大口径厚壁接管（简称大接管）焊接坡口大都是马鞍形曲面形式，随着筒体开孔周围表面形状不断变化，坡口结构形式单一。除按外表面展开图划线手工气割外，还有数控气割或数控气割加数控镗铣床编程加工等。存在着火焰气割质量差、坡口表面淬硬层打磨清除不彻底、数控机加周期长、制造费用高等问题。导致锅炉和压力容器等承压设备制造企业大接管焊接坡口设计结构和制造技术落后、制造费用高或质量差。
例如某超超临界大容量电站贮水箱管接头，如图4-7所示，筒体φ1151×151的贮水箱管接头共2件，规格φ710×158，合金钢SA-182锻件，设计要求坡口按管接头外表面展开图曲线a线向心气割加工坡口钝边，然后按b线加工坡口，坡口的最大倾角为30°、坡口的最小倾角为0°、其余倾角依次递进，坡口钝边间隙和内孔余量均为4mm，管接头中心线垂直筒体或壳体中心线。
管接头曲面坡口采用数控镗铣时，需要先镗铣坡口钝边圆弧、再编制数控程序使用小圆铣头加工全部坡口曲面，加工量小、效率低、周期长；而且加工后留下的明显刀纹需要手工打磨光滑。主要工艺流程为：锻件复验合格→车全部，下端坡口不车→划坡口曲面位置线→镗铣坡口钝边圆弧面R575.5（即a线）→用小圆铣头数控镗铣焊接坡口曲面（即b线）→打磨去除刀纹→坡口无损检测→筒身装配管接头→手工焊妥→镗铣内孔余量→其它工序。
发明内容：
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，其组成包括：接管本体，所述的接管底面焊接坡口形状包括四个相交平面，与筒体外表面形成D类焊缝坡口，平面焊接坡口的倾角在-35°～40°之间。
所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，所述的由四个相交平面是由两对对称设置的平面焊接坡口组成，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口倾角在15°～40°，与其成90 度位置平面焊接坡口的倾角在-35°～35°。
所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，所述的四个相交平面包括两对对称设置的平面焊接坡口，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口是一对组合平面焊接坡口，所述的组合平面焊接坡口是由两个平面组成的折面坡口，折面坡口内侧平面的平面焊接坡口的倾角在25°～40°，折面坡口外侧平面的平面焊接坡口的倾角在5°～20°，另一对与筒体轴向成90 度位置的平面焊接坡口的倾角在-35°～35°。
所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管的连接方法，所述的平面焊接坡口采用锯切、镗铣或刨的机械加工方法加工而成，将相邻平面焊接坡口的相交棱角打磨至平滑，将接管装配到筒身上，通过接管内的衬管进行定位，然后在平面焊接坡口处进行手工焊条电弧焊焊接，镗铣接管的内孔余量和衬管。
本发明的有益效果：
1.本发明使大接管焊接坡口形式得到简化和创新，坡口加工方法和效率得到优化和改进，提高锅炉和压力容器大接管手工焊条电弧焊焊接坡口设计和制造技术水平、经济效益、产品质量。
本发明在满足标准、设计、制造和使用要求的情况下，将以往长期以来大接管单一的、曲面连续的焊接坡口形式进行简化、创新，发明了多平面组合焊接坡口结构，创新和优化了焊接坡口结构，改进和升级了制造工艺和加工方法。
本发明有效地解决了以往锅炉和压力容器筒体安放式大接管焊接坡口结构单一、加工加工质量差或制造难度大、费用高等难题。在满足标准、设计、制造和使用要求的前提下，通过改进锅炉和压力容器大接管焊接坡口结构，使锅炉和压力容器大接管焊接坡口设计结构和制造技术水平、经济效益得到优化和提升。大接管直径越大、壁厚越厚、发明效果越好。在国内外首创了筒体安放式大接管马鞍型坡口的若干平面坡口组合结构。
某管接头马鞍型三维曲面坡口与新型平面坡口对比示意图见图10。图10中原马鞍型三维曲面焊接坡口曲线与本发明的多平面或斜面组合平面焊接坡口折线对比清晰、区别明显；原接管马鞍型三维曲面焊接坡口与筒身坡口间隙均匀稳定，而本发明多平面或斜面组合平面焊接坡口与筒身坡口间隙不均匀、在一定偏差内变化、间隙平均值增大1.5倍。
据估算，本发明除节约可观的熔焊金属外，镗铣新型平面坡口比原曲面坡口生产效率提高50%左右，比原结构和制造工序明显简化、焊材消耗减少、生产效率提高、经济效益和社会效益显著。
附图说明：
附图1是本发明的接管的仰视图。图中，1为倾角范围在15°～40°之间的平面焊接坡口，3为倾角范围在-35°～35°之间的平面焊接坡口，6为接管内孔余量，7为衬管，8为相邻平面焊接坡口的交线，A为筒体轴线方向，B为筒体环向方向。
附图2是附图1的侧视图。图中，4为平面焊接坡口3的倾角，5为坡口钝边，9为参考线。
附图3是附图1的另一侧视图。图中，2为平面焊接坡口1的倾角。
附图4是传统的焊接坡口为马鞍形曲面形式的接管的结构示意图。
附图5是传统的焊接坡口为马鞍形曲面形式的接管的侧视图。图中，坡口的最大倾角为30°。
附图6是传统的焊接坡口为马鞍形曲面形式的接管的俯视图。图中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是划分的四个象限分界线的标号。
附图7是附图6的马鞍形曲面焊接坡口的外表面展开图。图中，坡口按管接头外表面展开图曲线a线向心气割加工坡口钝边，然后按b线加工坡口。
附图8是本发明平面焊接坡口是组合平面的接管的仰视图。图中，A为筒体轴线方向，B为筒体环向方向。
附图9是附图8接管的侧视图。
附图10是马鞍型三维曲面坡口与本发明平面焊接坡口对比图。图中，10为筒体，11为平面焊接坡口折线，12为原马鞍形三维曲面坡口曲线，13为接管。
具体实施方式：
实施例1：
一种锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，其组成包括：接管本体，所述的接管底面焊接坡口形状包括四个相交平面，与筒体外表面形成D类焊缝坡口，平面焊接坡口的倾角在-35°～40°之间。
实施例2：
根据实施例1所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，所述的由四个相交平面是由两对对称设置的平面焊接坡口组成，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口倾角在15°～40°，与其成90 度位置平面焊接坡口的倾角在-35°～35°。
实施例3：
根据实施例1所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，所述的四个相交平面包括两对对称设置的平面焊接坡口，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口是一对组合平面焊接坡口，所述的组合平面焊接坡口是由两个平面组成的折面坡口，折面坡口内侧平面的平面焊接坡口的倾角在25°～40°，折面坡口外侧平面的平面焊接坡口的倾角在5°～20°，另一对与筒体轴向成90 度位置的平面焊接坡口的倾角在-35°～35°。
实施例4：
上述锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管的连接方法，所述的平面焊接坡口采用锯切、镗铣或刨的机械加工方法加工而成，将相邻平面焊接坡口的相交棱角打磨至平滑，将接管装配到筒身上，通过接管内的衬管进行定位，然后在平面焊接坡口处进行手工焊条电弧焊焊接，镗铣接管的内孔余量和衬管。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法，锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管新型手工焊条电弧焊焊接坡口结构见图1-3。图1-3为筒体安放式或座式大口径厚壁接管各方向视图，图1-3中包括焊接坡口平面1和3，坡口平面1、3的倾角2、4，坡口钝边，内孔余量，焊接内衬管，坡口平面1、3的交线。大接管下端焊接坡口表面1、3均为平面或平面组合，形成四个或多个平面组成的坡口表面，与筒体外表面形成D类焊缝坡口；坡口的倾角4在-35°～35°、倾角2在15°～40°；大接管内孔余量以及接管焊接内衬管在焊缝焊接完成后机加去除；大接管焊接坡口四个平面1、3适宜采用锯切、镗铣、刨等简单机械方法加工；坡口钝边与筒体外表面形成的坡口间隙可在5～20mm变化，大接管焊接坡口平面1、3四个平面组成的整个焊接坡口表面存在四个平面相交形成不连续的棱角，对手工焊接操作及焊接质量没有不良影响；大接管焊接内衬管用于必要时连接接管和筒体开孔内表面以及焊缝打底焊；大接管中心线可以垂直筒体表面也可以适当倾斜于筒体表面。
实施例6：
根据实施例1或2或3或4所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法，通过生产现场多次调研实物观察和三维仿真，发现管接头坡口曲面表面大部分非常平缓、很近似若干平面组合，与平面坡口相差无几；通过与焊工交流平面坡口对焊接操作也没有影响。按照本发明的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管及连接方法，经过重新设计核算，某电站贮水箱管接头焊接坡口结构得到创新，新型结构见图8-9。图8-9管接头焊接坡口钝边间隙放大到平均值10±5 mm（以符合平面坡口特点、方便焊接、保证焊透）、30°坡口平面由于管壁厚焊缝深，拟采用组合平面或多角度组合平面坡口，坡口平面倾角减小到26°和15°（以减少焊接金属消耗）、标出坡口距上端650mm（以方便确定平面坡口位置）、取消外表面展开图及坡口曲线、新增一段内衬管和一个平面坡口视图，整个坡口简化为由两个26°、两个15°斜平面和两个0°平面共六个平面构成。
管接头多平面坡口采用镗铣时，不需要编制数控程序，可以使用大刀盘按平面位置、角度加工，加工量大、表面不会出现刀纹、一次完成效率高，主要工艺流程为：锻件复验合格→车全部，下端坡口不车→划坡口平面位置线→用大刀盘镗铣焊接坡口2个斜平面→打磨平面相交棱角平滑→坡口无损检测→筒身装配管接头及内衬管→手工焊妥→镗铣内孔余量和衬管→其它工序。

Claims (2)

1.一种锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管，其组成包括：接管本体，其特征是：所述的接管底面焊接坡口形状包括四个相交平面，与筒体外表面形成D类焊缝坡口，平面焊接坡口的倾角在-35°～40°之间；
所述的四个相交平面是由两对对称设置的平面焊接坡口组成，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口倾角在15°～40°，与其成90度位置平面焊接坡口的倾角在-35°～35°；
所述的四个相交平面包括两对对称设置的平面焊接坡口，其中一对位于筒体轴向的平面焊接坡口是一对组合平面焊接坡口，所述的组合平面焊接坡口是由两个平面组成的折面坡口，折面坡口内侧平面的平面焊接坡口的倾角在25°～40°，折面坡口外侧平面的平面焊接坡口的倾角在5°～20°，另一对与筒体轴向成90度位置的平面焊接坡口的倾角在-35°～35°；
管接头多平面坡口采用镗铣时，不需要编制数控程序，使用大刀盘按平面位置、角度加工，加工量大、表面不会出现刀纹、一次完成效率高。
2.一种权利要求1所述的锅炉和压力容器筒体安放式大口径厚壁接管的连接方法，其特征是：所述的平面焊接坡口采用锯切、镗铣或刨的机械加工方法加工而成，将相邻平面焊接坡口的相交棱角打磨至平滑，将接管装配到筒身上，通过接管内的衬管进行定位，然后在平面焊接坡口处进行手工焊条电弧焊焊接，镗铣接管的内孔余量和衬管。
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