CN109551087A - 一种管板自动埋弧平位置焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管板自动埋弧平位置焊接方法，使用夹具将管板组件固定在焊接变位机上，翻转变位机，使管板组件的插入板倾斜至最上方的坡口的坡口角的角平分线与竖直线的夹角为0～1°，固定自动埋弧焊的焊枪与最上方的坡口位置成船型焊接位置，再将管板组件进行火焰预热，然后将焊接变位机转动是管板组件以轴线为轴进行转动，并进行自动埋弧焊；所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质。或，当管板组件的管子直径大于1m时，将管板组件水平放置，使管板组件的插入板与地面平行，采用埋弧焊自动焊接小车进行自动埋弧焊。

Description

一种管板自动埋弧平位置焊接方法

技术领域

本发明属于大型压力容器管板焊接技术领域，具体涉及一种管板自动埋弧平位置焊接方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

第三代核电堆型AP1000,CAP1000及CAP1400中的钢制安全壳按照ASME规范第Ⅲ卷NE分卷进行制造。其结构组成主要有：底封头、筒体、顶封头、人员闸门、设备闸门、机械贯穿件、电气贯穿件及其它附件组成。其中机械贯穿件、电气贯穿件、人员闸门、设备闸门及环吊梁孔板等组件的焊接接头类型为管板全熔透承插接头。

该组件单机组数量为129件，板厚在38～130mm之间，焊接量大。已建成的世界首个依托化项目机组(包括三门2个，海阳2个)中，钢制安全壳管板焊接均采用了手工电弧焊的方式进行，在自动焊设备及埋弧焊焊接工艺上没有相关的焊接经验可以借鉴，后续项目中通过工艺改进，也只是实现了熔化极气体保护焊焊接工艺。所采用的主要焊接工艺为手工电弧焊及熔化极气体保护焊，单件电气贯穿件焊接周期为15天～20天，焊接效率低，且产生缺陷的机率高，需投入较高的人力、物力来保证最终产品的质量。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的一方面是提供一种管板自动埋弧平位置焊接方法，首次将自动埋弧焊引入钢制安全壳的管板承插式全熔透焊缝的焊接，能够解决手工电弧焊焊接效率低、缺陷率高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种管板自动埋弧平位置焊接方法，使用夹具将管板组件固定在焊接变位机上，翻转变位机，使管板组件的插入板倾斜至最上方的坡口的坡口角的角平分线与竖直线的夹角为0～1°，固定自动埋弧焊的焊枪与最上方的坡口位置成船型焊接位置，再将管板组件进行火焰预热，然后将焊接变位机转动是管板组件以轴线为轴进行转动，并进行自动埋弧焊；所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质。

对于全熔透焊缝，由于自动焊接设备的焊接过程一般是将工件固定，通过移动焊枪，从而进行焊接。固定工件有利于焊接工件的温度稳定，从而有利于焊接的进行，因而为解决本申请本发明涉及的核电堆钢制安全壳管板全熔透承插接头的焊缝位置位于管和板的连接处结构较为复杂、难以实现焊接的自动化的问题，一般考虑的是如何是控制焊枪进行环形转动，但是若要控制焊枪环形转动，需要对自动焊接设备进行改造，而对于自动焊接设备的改动工作量大且改造成本较高，因而难以实现。

为此，本发明的针对管板承插接头的全熔透焊缝，采用变位机将管板组件进行相对固定，通过翻转变位机并调节自动埋弧焊的焊枪的位置，通过固定焊枪，使管板组件进行转动，从而实现自动焊接。然而采用变位机时，电加热方式进行预热，会增加电加热片布线难度，且在旋转过程中，容易造成线路缠绕，采用人工预热方式，增加劳动强度，且预热温度不均匀，因而本发明采用火焰预热方式，通过对火焰预热工装的固定使火焰直接加热管板组件，从而防止预热困难。

上述技术方案可以针对任一直径的管子，但是当管子直径过大时，管板组件重量过大，焊接变位机投入成本较高。因而本发明的另一方面提供了另一种管板自动埋弧平位置焊接方法，当管板组件的管子直径大于1m，且插入板宽度大于450mm时，将管板组件水平放置，使管板组件的插入板与地面平行，采用埋弧焊自动焊接小车进行自动埋弧焊，所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质；所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端均设有圆周行走工装，所述圆周行走工装由定位杆和万向轮组成，所述定位杆的一端与小车连接，定位杆的另一端连接万向轮，所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端的圆周行走工装的万向轮均与管板组件的管壁接触。

该技术方案通过埋弧焊自动焊接小车的前后两端设有定位杆，当小车前进时，小车后端的定位杆对管壁产生压力，同时管壁对小车前端的定位杆产生支撑力，从而使小车进行圆周运动，从而进行自动焊接。

本发明的有益效果为：

(1)更高的焊接效率提高。以插入板与贯穿件组件为例，单机组共计36件垂直型插入板与贯穿件组件，焊接工期大约需要1.5个月，使用埋弧自动焊工艺可缩短至1个月内完成，整体工期可节约30％。

(2)提高焊缝质量。采用手工电弧焊+气体保护焊工艺对焊工技能水平依赖程度较大，且在产品应用过程中缺陷产生几率较大，本发明利用埋弧焊大电流高速度的特点减少缺陷产生的几率，并同时降低对焊工技能水平的依赖程度。

(3)火焰预热。目前产品采用电加热的方式进行预热，由于电加热线路无法跟随变位机转动，因此采用火焰预热，以不影响在工件转动时预热。预热工装各部件尺寸，可根据实际工件的尺寸进行制作。

(4)圆周行走工装，可实现埋弧焊自动焊接小车在大直径管板组件工件上进行焊接，定位杆前端选用的万象球设计，可使埋弧自动焊小车在弧形板中进行行走、焊接。

附图说明

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

图1为管板组件1的主视图；

图2为管板组件1的侧视图；

图3为管板组件2的主视图；

图4为管板组件2的侧视图；

图5为实施例1的焊接工装示意图；

图6为实施例1的焊接工件结构示意图；

图7为实施例1的K型对称型坡口结构示意图；

图8为单管火焰预热工装的结构示意图；

图9为实施例2的焊接工装示意图；

图10为实施例2的焊接工件结构示意图；

图11为埋弧自动焊小车的结构示意图；

图12为多管火焰预热工装的结构示意图；

其中，1、管子，2、插入板，3、变位机，4、变位机夹盘，5、埋弧焊焊枪，6、管板组件(插入板与套筒组件)，7、气体储存室，8、喷嘴，9、支座，10、进气口，11、气体流量调节阀，12、泄压孔，13、埋弧焊自动焊接小车，14、定位杆，15、万向轮，16、连接板，17、定位螺栓，18、调节杆，19、喷嘴，20、气体混合管，21、空气进气孔，22、天然气进气管，23、出气管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

管板组件的结构如图1～4所示，包括管子1(或套筒)和插入板2。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在管板承插式全熔透焊缝焊接效率低及一次焊接缺陷率高不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种管板自动埋弧平位置焊接方法。

本公开的一种典型实施方式，提供了一种管板自动埋弧平位置焊接方法，使用夹具将管板组件固定在焊接变位机上，翻转变位机，使管板组件的插入板倾斜至最上方的坡口的坡口角的角平分线与竖直线的夹角为0～1°，固定自动埋弧焊的焊枪与最上方的坡口位置成船型焊接位置，再将管板组件进行火焰预热，然后将焊接变位机转动是管板组件以轴线为轴进行转动，并进行自动埋弧焊；所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质。

对于全熔透焊缝，由于自动焊接设备的焊接过程一般是将工件固定，通过移动焊枪，从而进行焊接。固定工件有利于焊接工件的温度稳定，从而有利于焊接的进行，因而为解决本申请本发明涉及的核电堆钢制安全壳管板全熔透承插接头的焊缝位置位于管和板的连接处结构较为复杂、难以实现焊接的自动化的问题，一般考虑的是如何是控制焊枪进行环形转动，但是若要控制焊枪环形转动，需要对自动焊接设备进行改造，而对于自动焊接设备的改动工作量大且改造成本较高，因而难以实现。

为此，该实施方式的针对管板承插接头的全熔透焊缝，采用变位机将管板组件进行相对固定，通过翻转变位机并调节自动埋弧焊的焊枪的位置，通过固定焊枪，使管板组件进行转动，从而实现自动焊接。然而采用变位机时，电加热方式进行预热，会增加电加热片布线难度，且在旋转过程中，容易造成线路缠绕，采用人工预热方式，增加劳动强度，且预热温度不均匀，因而该实施方式采用火焰预热方式，通过对火焰预热工装的固定使火焰直接加热管板组件，从而防止预热困难。

该实施方式的一种或多种实施例中，所述坡口型式为K型对称坡口或K型不对称坡口。

该实施方式的一种或多种实施例中，K型坡口的坡口角度为45°～50°或30°～35°。坡口钝边为2～3mm。优选坡口角度为30°～35°。不仅能够减少填充的金属量，而且能够提高焊接效率，节约成本。

该实施方式的一种或多种实施例中，将管板组件预热至100～200℃。

该实施方式的一种或多种实施例中，管板组件的材质为低合金高强度钢SA738GR.B。

该实施方式的一种或多种实施例中，焊接材料选用F9A(P)6-EG-F3，焊丝直径为焊接电流为450A～600A，焊接电压为27V～32V，焊接变位机的转速为0.09r/min～0.3r/min。

该实施方式的一种或多种实施例中，火焰预热采用的单管火焰预热工装或多管火焰预热工装，单管火焰预热工装由喷嘴、气体储存室、支座组成，喷嘴和支座安装在气体储存室上，喷嘴与气体储存室连通，气体储存室设有进气口。通过气体储存室对燃气气体进行缓冲。气体储存室设有泄压孔。防止气体储存室的压力过高。进气口设有气体流量调节阀。能够对燃料气体的流量进行调节。多管火焰预热工装由喷嘴、气体混合管、空气进气孔、天然气进气管、出气管组成，气体混合管为环形管，气体混合管设置若干出气管，每个出气管出口方向交于一点，出气管的出口设置喷嘴，气体混合管设有天然气进气管，气体混合管开设若干空气进气孔，每个空气进气孔对应一个出气管。天然气通过天然气进气管进入气体混合管中，与从空气进气孔进入的氧气混合后进入出气管最后到达喷嘴进行燃烧。

该实施方式的一种或多种实施例中，若采用单管火焰预热工装，采用两个单管火焰预热工装进行火焰预热，两个单管火焰预热工装分别放置在管板组件的3点钟位置和9点钟位置。管板组件固定在变位机进行翻转后，管板组件的插入板按照钟点进行划分，最高处为0点或12点，最低处作为6点。若采用多管火焰预热工装就无需进行布置。

上述实施方式可以针对任一直径的管子，但是当管子直径过大时，管板组件重量过大，使得变位机负载过大，影响设备的使用寿命。因而本公开的另一种实施方式，提供了一种管板自动埋弧平位置焊接方法，当管板组件的管子直径大于1m，且插入板宽度大于450mm时，将管板组件水平放置，使管板组件的插入板与地面平行，采用埋弧焊自动焊接小车进行自动埋弧焊，所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质；所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端均设有圆周行走工装，所述圆周行走工装由定位杆和万向轮组成，所述定位杆的一端与小车连接，定位杆的另一端连接万向轮，所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端的圆周行走工装的万向轮均与管板组件的管壁接触。

该实施方式通过埋弧焊自动焊接小车的前后两端设有定位杆，当小车前进时，小车后端的定位杆对管壁产生压力，同时管壁对小车前端的定位杆产生支撑力，从而使小车进行圆周运动，从而进行自动焊接。

该实施方式的一种或多种实施例中，所述坡口型式为K型对称坡口或K型不对称坡口。

该实施方式的一种或多种实施例中，K型坡口的坡口角度为45°～50°或30°～35°。坡口钝边为2～3mm。优选坡口角度为30°～35°。不仅能够减少填充的金属量，而且能够提高焊接效率，节约成本。

该实施方式的一种或多种实施例中，将管板组件预热至100～200℃。

该实施方式的一种或多种实施例中，管板组件的材质为低合金高强度钢SA738GR.B。

该实施方式的一种或多种实施例中，焊接材料选用F9A(P)6-EG-F3，焊丝直径为焊接电流为450A～600A，焊接电压为27V～32V，焊接速度400mm/min～500mm/min。

由于管板组件中，不同组件的管子直径并不可能完全相同，为能使小车能够适应不停管径的管板组件，该实施方式的一种或多种实施例中，定位杆通过调整工装与小车连接，所述调整工装为连接板，连接板的一边与小车连接，连接板开设两个并排的滑槽孔，每个滑槽孔均设有配合的定位螺栓，定位杆通过两个定位螺栓固定，两个定位螺栓分别位于定位杆两侧。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例细说明本公开的技术方案。

实施例1

焊接工装如图5所示，包括变位机3、变位机夹盘4、埋弧焊焊枪5、管板组件6。

选用低合金高强度钢SA738GR.B，所选用的工件尺寸如图所示6。

插入板厚度为90mm，坡口角度为K型对称型，坡口角度为45°，如图7所示，坡口钝边为2mm，组对间隙为1mm。

步骤1：选用承载重量为1.2t的焊接变位机，将变位机工作平台旋转至0°(水平位置)，将插入板与套筒(管子)组件放置在焊接变位机中，并使用夹具固定。

步骤2：使用变位机将插入板与套筒组件翻转至45°左右。

步骤3：将埋弧焊焊枪放置在插入板与套筒组件0点钟位置固定，并调整插入板与套筒的角度，以使焊枪与坡口的位置成船型焊接位置。

步骤4：在工件的3点钟、9点钟位置各设置一组单管火焰预热工装。

步骤5：将工件预热至100℃～200℃之间。

步骤6：焊接材料选用F9A(P)6-EG-F3，焊丝直径为在焊接打底过程中采用焊接电流为450A、焊接电压为27V，焊接填充和盖面过程中采用焊接电流为502A、焊接电压为30V，焊接变位机的转速为0.1r/min。在焊接完成一道后，调整工件的翻转角度，继续进行下一道的焊接，坡口两侧交替焊接完成。

步骤7：分别在焊后热处理前后对插入板与套筒组件进行100％UT检测，检测结果能够满足ASME规范的要求。

其中，采用的单管火焰预热工装，如图8所示，由喷嘴8、气体储存室7、支座9组成，喷嘴8和支座9安装在气体储存室7上，喷嘴8与气体储存室7连通，气体储存室7设有进气口10，进气口10设有气体流量调节阀11。气体储存室7设有泄压孔12。

实施例2

焊接工装如图5所示，包括变位机3、变位机夹盘4、埋弧焊焊枪5、管板组件6。

选用低合金高强度钢SA738GR.B，所选用的工件尺寸如图所示6。

插入板厚度为90mm，坡口角度为K型对称型，坡口角度为45°，如图7所示，坡口钝边为2mm，组对间隙为0mm。

步骤1：选用承载重量为1.2t的焊接变位机，将变位机工作平台旋转至0°(水平位置)，将插入板与套筒(管子)组件放置在焊接变位机中，并使用夹具固定。

步骤2：使用变位机将插入板与套筒组件翻转至45°左右。

步骤3：将埋弧焊焊枪放置在插入板与套筒组件0点钟位置固定，并调整插入板与套筒的角度，以使焊枪与坡口的位置成船型焊接位置。

步骤4：采用多管火焰预热工装进行预热。

步骤5：将工件预热至100℃～200℃之间。

步骤6：焊接材料选用F9A(P)6-EG-F3，焊丝直径为在焊接打底过程中采用焊接电流为452A、焊接电压为28V，焊接填充和盖面过程中采用焊接电流为501A、焊接电压为32V，焊接变位机的转速为0.2r/min。在焊接完成一道后，调整工件的翻转角度，继续进行下一道的焊接，坡口两侧交替焊接完成。

步骤7：分别在焊后热处理前后对插入板与套筒组件进行100％UT检测，检测结果能够满足ASME规范的要求。

其中，采用的多管火焰预热工装，如图12所示，由喷嘴19、气体混合管20、空气进气孔21、天然气进气管22、出气管23组成。气体混合管20为环形管，气体混合管20设置若干出气管23，每个出气管23出口方向交于一点，出气管23的出口设置喷嘴19，气体混合管20设有天然气进气管22，气体混合管20开设若干空气进气孔21，每个空气进气孔21对应一个出气管23。使用时，向气体混合管20通入天然气和空气，使得天然气和空气在气体混合管20内混合后经过出气管23到达喷嘴19进行燃烧。

实施例3

焊接工装如图9所示，包括管板组件6和埋弧焊自动焊接小车13，埋弧焊自动焊接小车设有定位杆14、万向轮15、定位螺栓17。

选用低合金高强度钢SA738GR.B，工件尺寸如图10所示。

插入板板后90mm，坡口角度为非K型对称型，大坡口侧角度为32°，小坡口侧角度为45°，坡口钝边为2mm，组对间隙为1mm。

步骤1：将工件水平放置。

步骤2：在埋弧自动焊小车中加入圆周行走工装，放置在插入板上，并调整定位杆角度及长度，以将自动焊小车调整至最佳焊接位置。

步骤3：使用电加热的方式将工件预热至100℃～200℃之间。

步骤4：焊接材料选用F9A(P)6-EG-F3，焊丝直径为在焊接打底过程中采用焊接电流为450A、焊接电压为27V，焊接填充和盖面过程中采用焊接电流为502A、焊接电压为30V，焊接速度450mm/min。在焊接完成一道后，调整焊接角度，继续进行下一道的焊接。焊接完成2～3层后，在小坡口侧进行清根，直至两侧交替焊接完成。

步骤5：分别在焊后热处理前后对插入板与套筒组件进行100％UT检测，检测结果能够满足ASME规范的要求。

采用的埋弧自动焊小车，如图11所示，埋弧焊自动焊接小车13的前后两端均设有圆周行走工装，圆周行走工装包括定位杆14、万向轮15，定位杆14的一端与小车连接，定位杆14的另一端连接万向轮15，埋弧焊自动焊接小车13的前后两端的圆周行走工装的万向轮15均与管板组件的管壁接触。定位杆14通过调整工装与小车连接，调整工装为连接板16，连接板的一边与小车连接，连接板16开设两个并排的滑槽孔，每个滑槽孔均设有配合的定位螺栓17，定位杆14通过两个定位螺栓17固定，两个定位螺栓17分别位于定位杆14两侧。

定位杆14用于限制自动焊小车延管子外壁行走。

万向球15，接触管子外壁，可减小由于插入板表面不平整或带有弧度造成的摩擦力，同时适用于带有一定弧度的插入板板。

定位螺栓17定位杆角度调整完成后，拧紧螺栓以固定定位杆。

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

Claims (10)

1.一种管板自动埋弧平位置焊接方法，其特征是，使用夹具将管板组件固定在焊接变位机上，翻转变位机，使管板组件的插入板倾斜至最上方的坡口的坡口角的角平分线与竖直线的夹角为0～1°，固定自动埋弧焊的焊枪与最上方的坡口位置成船型焊接位置，再将管板组件进行火焰预热，然后将焊接变位机转动是管板组件以轴线为轴进行转动，并进行自动埋弧焊；所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质。

2.如权利要求1所述的平位置焊接方法，其特征是，焊接材料选用F9A P 6-EG-F3，焊丝直径为焊接电流为450A～600A，焊接电压为27V～32V，焊接变位机的转速为0.09r/min～0.3r/min。

3.如权利要求1所述的平位置焊接方法，其特征是，火焰预热采用的是单管火焰预热工装或多管火焰预热工装，单管火焰预热工装由喷嘴、气体储存室、支座组成，喷嘴和支座安装在气体储存室上，喷嘴与气体储存室连通，气体储存室设有进气口；多管火焰预热工装是由喷嘴、气体混合管、空气进气孔、天然气进气管、出气管组成，气体混合管为环形管，气体混合管设置若干出气管，每个出气管出口方向交于一点，出气管的出口设置喷嘴，气体混合管设有天然气进气管，气体混合管开设若干空气进气孔，每个空气进气孔对应一个出气管；

优选的，气体储存室设有泄压孔；

优选的，进气口设有气体流量调节阀。

4.如权利要求1所述的平位置焊接方法，其特征是，采用两个单管火焰预热工装进行火焰预热，两个火焰预热工装分别放置在管板组件的3点钟位置和9点钟位置。

5.一种管板自动埋弧平位置焊接方法，其特征是，当管板组件的管子直径大于1m，且插入板宽度大于450mm时，将管板组件水平放置，使管板组件的插入板与地面平行，采用埋弧焊自动焊接小车进行自动埋弧焊，所述管板组件的材质为制备核电堆钢制安全壳的材质；所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端均设有圆周行走工装，所述圆周行走工装由定位杆和万向轮组成，所述定位杆的一端与小车连接，定位杆的另一端连接万向轮，所述埋弧焊自动焊接小车的前后两端的圆周行走工装的万向轮均与管板组件的管壁接触。

6.如权利要求1或5所述的平位置焊接方法，其特征是，所述坡口型式为K型对称坡口或K型不对称坡口。

7.如权利要求1或5所述的平位置焊接方法，其特征是，K型坡口的坡口角度为45°～50°或30°～35°，坡口钝边为2～3mm；

优选的，坡口角度为30°～35°。

8.如权利要求1或5所述的平位置焊接方法，其特征是，将管板组件预热至100～200℃。

9.如权利要求5所述的平位置焊接方法，其特征是，焊接材料选用F9A P 6-EG-F3，焊丝直径为焊接电流为450A～600A，焊接电压为27V～32V，焊接速度400mm/min～500mm/min。

10.如权利要求5所述的平位置焊接方法，其特征是，定位杆通过调整工装与小车连接，所述调整工装为连接板，连接板的一边与小车连接，连接板开设两个并排的滑槽孔，每个滑槽孔均设有配合的定位螺栓，定位杆通过两个定位螺栓固定，两个定位螺栓分别位于定位杆两侧。