CN110576289A - 提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺 - Google Patents

提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺，利用该夹持工装的焊接工艺具体包含以下步骤：S1、分别对第一换热管和第二换热管的端口处加工坡口；S2、采用夹持工装初步固定第一换热管和第二换热管，使两换热管的坡口相对放置；S3、调整所述夹持工装，以调整所述夹持工装施加的沿所述第一换热管和所述第二换热管轴向的预紧力，实现坡口对中；S4、焊枪夹持于坡口处进行焊接，完成两个换热管的全位置焊接。其优点是：通过夹持工装对待焊接换热管施加轴向的预紧力，可较好地控制焊接的焊缝质量及焊接稳定性，有效地保证了焊缝成型，可最大限度地保证最终焊缝的内凸量。

Description

提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺
技术领域
本发明涉及管子对接自动焊领域，具体涉及一种可有效提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺。
背景技术
高温气冷堆蒸汽发生器换热管的管壁较厚，且长期处于高温高压的环境中，因此对换热管之间的焊接质量要求较高，管子装配错边量以及焊后内壁凸出量均应小于一定的值。例如，当换热管的管壁厚度为3mm时，焊接后其内壁凸出不得超过0.35mm。在日常操作中，即使采用熔化环作为填充材料辅助焊接，也难以保证装配错边量以及换热管连接的内凸、外凹要求。因此，迫切需要一种高温气冷堆蒸汽发生器换热管对接焊缝成型焊接工艺，能够有效地提高焊接质量，满足焊接换热管内凸的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装及其焊接工艺，通过在待焊接换热管端口处加工坡口，并通过夹持工装对待焊接换热管施加轴向的预紧力，可较好地控制焊接的焊缝质量及焊接稳定性，有效地保证了焊缝成型，可最大限度地保证最终焊缝的内凸量。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装，该工装包含：
并列放置的第一支撑架和第二支撑架，至少两根支撑柱；
所述第一支撑架和所述第二支撑架分别用于夹持第一换热管和第二换热管，以使两个换热管的坡口相对放置；
所述第二支撑架上开设至少两个第一通孔；
所述支撑柱的第一端与所述第一支撑架固定连接，其第二端穿过所述第二支撑架的第一通孔与螺母螺纹连接，旋转所述螺母可改变所述第二支撑架和所述第一支撑架的相对位置。
优选地，一种提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，该工艺采用所述夹持工装，该工艺包含以下步骤：
S1、分别对第一换热管和第二换热管的端口处加工坡口；
S2、采用夹持工装初步固定第一换热管和第二换热管，使两换热管的坡口相对放置；
S3、调整所述夹持工装，以调整所述夹持工装施加的沿所述第一换热管和所述第二换热管轴向的预紧力，实现坡口对中；
S4、焊枪夹持于坡口处进行焊接，完成两个换热管的全位置焊接。
优选地，所述步骤S3中，通过扭矩扳手旋转夹持工装的螺母调整所述预紧力的大小。
优选地，所述坡口为带钝边的阶梯形坡口。
优选地，所述阶梯形坡口包含：
第一换热管的凸型钝边，其设置在第一换热管的端面和内壁结合处；
第二换热管的凹型钝边，其设置在第二换热管的端面和内壁结合处。
优选地，所述第一换热管和/或所述第二换热管的厚度为1～5mm；
和/或，所述阶梯形坡口的钝边长度小于或等于3mm，钝边厚度小于或等于1mm。
优选地，所述第一换热管和所述第二换热管直径相同。
优选地，采用熔化环作为坡口处的填充材料进行焊接。
优选地，所述焊接采用钨极氩弧焊。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明通过在待焊接换热管端口处加工坡口，并通过夹持工装对换热管施加一定的轴向预紧力，不仅保证了换热管装配过程中端面的贴合度，也可有效地控制焊接质量和焊缝成型的稳定性，提高了高温气冷堆蒸汽发生器换热管对接焊的可靠性，满足了设计要求。
附图说明
图1为本发明的焊接工艺中夹持工装施加预紧力示意图；
图2为本发明中第一换热管和第二换热管的坡口示意图；
图3为施加0N预紧力时的焊缝成型示意图；
图4为施加20N预紧力时的焊缝成型示意图；
图5为施加40N预紧力时的焊缝成型示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，为本发明的一种提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装施加预紧力的示意图，所述夹持工装4具体包含：并列放置的第一支撑架41、第二支撑架42和两根支撑柱43。
所述第一支撑架41和所述第二支撑架42分别用于夹持第一换热管1和第二换热管2，以使两个换热管的坡口相对放置。
所述第二支撑架42上开设有至少两个第一通孔421，优选地，开设有两个所述第一通孔421；所述支撑柱43的第一端与所述第一支撑架41固定连接，其第二端穿过所述第二支撑架42的第一通孔421与螺母44螺纹连接，旋转所述螺母44可改变所述第二支撑架42和所述第一支撑架41的相对位置。
采用本发明的夹持工装4提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺包含以下步骤：S1、分别对第一换热管1和第二换热管2的端口处加工坡口；S2、采用夹持工装4初步固定第一换热管1和第二换热管2，使两换热管的坡口相对放置；S3、调整所述夹持工装4，以调整所述夹持工装4施加的沿所述第一换热管1和所述第二换热管2轴向的预紧力，实现坡口对中；S4、焊枪夹持于坡口处进行焊接，进而完成两个接管的全位置焊接，其焊接方式采用钨极氩弧焊。
其中，所述步骤S2中，采用所述夹持工装4初步固定两换热管时，采用所述第一支撑架41夹住所述第一换热管1，采用所述第二支撑架42夹住所述第二换热管2，将两个换热管的坡口相对放置。
所述步骤S3中，调整所述夹持工装4时，采用扭矩扳手旋转所述螺母44，即可改变所述第二支撑架42相对于所述第一支撑架41的位置，即改变两个换热管被施加的预紧力大小。
具体地，所述步骤S3中，预紧力的大小调整是通过扭矩扳手旋转夹持工装4的螺母44来实现，扭矩与预紧力的换算公式为扭矩T＝KFd，其中，K为拧紧力矩系数，F为预紧力，d为换热管的公称直径。
所述第一换热管1和所述第二换热管2直径相同，所述第一换热管1和/或所述第二换热管2的厚度为1～5mm。在本实施例中，所述第一换热管1和所述第二换热管2的直径均为21mm，厚度均为3mm。
另外，如图2所示，本发明中的所述坡口为带钝边的阶梯形坡口3，所述阶梯形坡口3的钝边长度小于或等于3mm，钝边厚度小于或等于1mm。在本实施例中，所述阶梯形坡口3的钝边长度为1mm，厚度为0.5mm，采用熔化环5作为坡口处的填充材料进行焊接。具体地，所述阶梯形坡口3包含：第一换热管1的凸型钝边31和第二换热管2的凹型钝边32，所述第一换热管1的凸型钝边31设置在第一换热管1的端面和内壁结合处；所述第二换热管2的凹型钝边32设置在第二换热管2的端面和内壁结合处。在焊接时，将所述熔化环5置于第一换热管1和第二换热管2端面之间，使所述凸型钝边31和所述凹形钝边32位置相互匹配，以熔化环3作为填充材料，采用钨极氩弧焊的方式完成两个换热管的全位置焊接。
具体地，本实施例采用夹持工装4施加不同预紧力进行焊接换热管。焊接过程中将第一换热管1和第二换热管2的阶梯形坡口3进行装配，采用夹持工装4对两个换热管施加沿换热管轴向的预紧力，所施加的预紧力分别为0N、20N、40N，最终的焊缝成型如图3、图4和图5所示，其焊接工艺参数如表1所示。
表1换热管焊接工艺参数
如图3所示，当预紧力为0N时，即无预紧力状态，最终所述第一换热管1和所述第二换热管2的对接焊缝成型较差，而且在焊缝中存在焊接气孔并且外壁的焊缝较宽，存在外凹，在实际工作中不满足考核要求。
如图4所示，当预紧力为20N时，所述第一换热管1和所述第二换热管2对接焊缝内凸几乎为零，焊缝成型良好，满足考核及使用要求。
如图5所示，当预紧力为40N时，因预紧力较大，所述第一换热管1和所述第二换热管2的对接焊缝的内凸量达到1mm，不满足考核要求。
由上可知，采用本发明的夹持工装4及焊接工艺，可有效地调节并选择施加到待焊接换热管上的预紧力大小，保证了焊接质量和焊缝成型的稳定性。
综上所述，本发明的提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装4及其焊接工艺，通过夹持工装4对待焊接换热管施加一定的轴向预紧力，不仅保证了换热管装配过程中端面的贴合度，也可有效地控制焊接质量和焊缝成型的稳定性，有效地保证了焊缝成型，可最大限度地保证最终焊缝的内凸量，满足了设计要求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种提高换热管对接焊缝成型质量的夹持工装(4)，其特征在于，该工装包含：
并列放置的第一支撑架(41)和第二支撑架(42)，至少两根支撑柱(43)；
所述第一支撑架(41)和所述第二支撑架(42)分别用于夹持第一换热管(1)和第二换热管(2)，以使两个换热管的坡口相对放置；
所述第二支撑架(42)上开设至少两个第一通孔(421)；
所述支撑柱(43)的第一端与所述第一支撑架(41)固定连接，其第二端穿过所述第二支撑架(42)的第一通孔(421)与螺母(44)螺纹连接，旋转所述螺母(44)可改变所述第二支撑架(42)和所述第一支撑架(41)的相对位置。
2.一种提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，该工艺采用如权利要求1所述的夹持工装(4)，该工艺包含以下步骤：
S1、分别对第一换热管(1)和第二换热管(2)的端口处加工坡口；
S2、采用夹持工装(4)初步固定第一换热管(1)和第二换热管(2)，使两换热管的坡口相对放置；
S3、调整所述夹持工装(4)，以调整所述夹持工装(4)施加的沿所述第一换热管(1)和所述第二换热管(2)轴向的预紧力，实现坡口对中；
S4、焊枪夹持于坡口处进行焊接，完成两个换热管的全位置焊接。
3.如权利要求2所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述步骤S3中，通过扭矩扳手旋转夹持工装(4)的螺母(44)调整所述预紧力的大小。
4.如权利要求2所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述坡口为带钝边的阶梯形坡口(3)。
5.如权利要求4所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述阶梯形坡口(3)包含：
第一换热管的凸型钝边(31)，其设置在第一换热管(1)的端面和内壁结合处；
第二换热管的凹型钝边(32)，其设置在第二换热管(2)的端面和内壁结合处。
6.如权利要求4或5所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述第一换热管(1)和/或所述第二换热管(2)的厚度为1～5mm；
和/或，所述阶梯形坡口(3)的钝边长度小于或等于3mm，钝边厚度小于或等于1mm。
7.如权利要求2所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述第一换热管(1)和所述第二换热管(2)直径相同。
8.如权利要求2所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
采用熔化环(5)作为坡口处的填充材料进行焊接。
9.如权利要求2所述的提高换热管对接焊缝成型质量的焊接工艺，其特征在于，
所述焊接采用钨极氩弧焊。
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