CN110695497B - 一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动tig焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法，采用多层多道焊的方法，在大型超导线圈上开跑道型氦孔，在氦嘴上通过精密加工适合自动TIG焊接的坡口结构，采用自动的TIG焊接机头，焊接时采用水冷工装冷却焊缝周围，防止热量大范围扩散，并将氦嘴焊接到大型超导线圈上，具体工艺步骤如下：（1、）安装氦管并定位，（2、）点焊，（3、）自动焊准备，（4）、打底焊，（5）、填充。本发明具有氦管焊接变形小，焊接时，超导缆位置焊接温度低，焊缝背面成形质量好，焊缝圆滑过渡应力集中系数小，焊缝外形美观，焊接质量稳定可靠，并能很好地满足核聚变装置对磁导率的严格要求。

Description

一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法
技术领域：
本发明涉及核聚变大型超导磁体制造领域，主要涉及一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法。
背景技术：
超导磁体是核聚变装置的关键部件。国内首次制造的该大型超导磁体采用无磁的超低碳奥氏体不锈钢材料；氦管焊接时，属于在线作业，焊缝属于T型焊缝，且属于薄壁氦嘴管接到厚壁超导磁体的不等厚焊接；焊接时，要求采用全焊透焊接工艺；焊接时，要求控制超导缆的焊接温度，要求温度不高于250℃，以保证超导缆的导电性能；要严格控制焊缝区磁导率，关键是控制焊缝区铁素体的含量。一般都采用手工TIG焊接方法进行焊接，焊接时，超导缆位置温度容易超标，焊缝背面成形易出现大的内凹缺陷，焊缝表面质量不美观，且应力集中系数大，焊缝质量受人的因素影响很大，心里波动，身体状态等均会影响到焊缝焊接质量。
发明内容：
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法，以解决现有技术在氦管焊接方面存在的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法,其特征在于：采用多层多道焊的方法，在大型超导线圈上开跑道型氦孔，在氦管上通过精密加工适合自动TIG焊接的坡口结构，采用自动的TIG焊接机头，焊接时采用水冷工装冷却焊缝周围，防止热量大范围扩散，并将氦管焊接到大型超导线圈上；具体工艺步骤如下：
(1、)氦管安装及点焊
采用专用定位工装将氦管安装到超导线圈上，安装精度控制在0.3mm以内，然后采用普通TIG焊机进行自熔点焊，点焊分为圆周方向上间隔式的多点式点焊方式，首先，点焊一点，然后检查氦管安装精度，检查完成后，如果满足精度要求，继续点焊下一个，否则取下氦管重新定位安装，直至所有的点点焊；
(2、)自动焊准备
安装TIG自动焊接机头，工件与钨极角度为43°～45°，钨极伸出钨极夹的长度为24～27mm；氦管左右布置水冷块，安装水冷块，水冷块距离左右氦管距离为30mm左右；
(3)、打底焊
打底焊接采用顺时针焊接的方式，焊缝分为多道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却,其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述冷却步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止；
(4)、填充焊
填充焊采用逆时针焊接的方式，焊缝也分为多道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却,其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述冷却步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止。
所述的采用专用定位工装将氦嘴安装到超导线圈上，焊接时，需进行背面氩气气体保护，背面保护气体流量为4～6L/min。
所述的氦管安装的专用定位工装，包括有固定氦管支架、固定支撑板和紧固螺栓，所述固定支撑板为方形板，四个拐角处分别安装有设有弧形定位孔，所述固定氦管支架为十字形固定架，所述十字形固定架的中部设有用于固定氦管的固定孔，所述十字形固定架的四个端点处分别设有与固定支撑板弧形定位孔对应配合的安装孔，所述安装孔与弧形定位孔之间通过紧固螺栓连接固定。
所述的焊丝的直径为0.8mm。
所述的打底焊和填充焊中每条焊缝的道数最佳为六道。
本发明的优点是：
本发明具有氦管焊接变形小，焊接时，超导缆位置焊接温度低，焊缝背面成形质量好，焊缝圆滑过渡应力集中系数小，焊缝外形美观，焊接质量稳定可靠，并能很好地满足核聚变装置对磁导率的严格要求。
附图说明：
图1氦管专用定位工装结构示意图。
图2点焊位置和顺序的示意图。
图3打底焊接顺序的示意图。
图4填充焊接顺序的示意图。
图5氦管焊接层数的示意图。
图6超导缆位置焊接温度记录的曲线图。
具体实施方式：
参见附图。
一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法,其特征在于：采用多层多道焊的方法，在大型超导线圈上开跑道型氦孔，在氦嘴上通过精密加工适合自动TIG焊接的坡口结构，采用自动的TIG焊接机头，焊接时采用水冷工装冷却焊缝周围，防止热量大范围扩散，并将氦嘴21焊接到大型超导线圈上；具体工艺步骤如下：
(1、)点焊
采用专用定位工装将氦嘴21安装到超导线圈上，安装精度控制在0.3mm以内，然后采用普通TIG焊机进行自熔点焊，点焊分为圆周方向上间隔式的八点式点焊方式，首先，点焊一点，首先通过目视，然后再检测氦管与划线的相对位置检查氦嘴21安装精度，检查完成后，如果满足精度要求，继续点焊下一个，否则取下氦管重新定位安装，直至所有的点点焊；
(2、)自动焊准备
安装TIG自动焊接机头，工件与钨极角度为43°～45°，钨极伸出钨极夹的长度为24～27mm；安装水冷块，水冷块为在铜板上开槽，再密封起来水可穿过沟槽的块状结构，左右水冷块距离左右氦嘴21距离为30mm左右；
(3)、打底焊
打底焊接采用顺时针焊接的方式，焊缝分为六道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却,其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述冷却步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止；
(4)、填充焊
填充焊采用逆时针焊接的方式，焊缝也分为六道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却,其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述冷却步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止。
所述的采用专用定位工装将氦嘴21安装到超导线圈上，焊接时，需进行背面氩气气体保护，背面保护气体流量为4～6L/min。
所述的氦管安装的专用定位工装，包括有固定氦管支架10、固定支撑板11 和紧固螺栓12，所述固定支撑板为方形板，四个拐角处分别安装有设有弧形定位孔13，所述固定氦管支架10为十字形固定架，所述十字形固定架的中部设有用于固定氦管的固定孔14，所述十字形固定架的四个端点处分别设有与固定支撑板弧形定位孔对应配合的安装孔，所述安装孔与弧形定位孔13之间通过紧固螺栓12连接固定。在使用时固定支撑板紧贴超导线圈的一端面，固定氦管支架位于另一端面，然后通过紧固螺栓连接固定，将氦管卡装在固定氦管支架中部的安装孔内，然后通过微调紧固螺栓在弧形定位孔的位置，进行调整氦管的位置使其与划线位置对应，从而可保证焊管的位置精度。
所述的焊丝的直径为0.8mm。
施焊过程焊接参数见下表：
Figure BDA0002185259340000041
。

Claims (3)

1.一种用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法,其特征在于：采用多层多道焊的方法，在大型超导磁体线圈上开跑道型氦孔，在氦管上通过精密加工适合自动TIG焊接的坡口结构，采用自动TIG焊接机头，焊接时采用水冷工装冷却焊缝周围，防止热量大范围扩散，并将氦管焊接到大型超导磁体线圈上；具体工艺步骤如下：
（1）、点焊
采用专用定位工装将氦管安装到大型超导磁体线圈上，安装精度控制在0.3mm以内，然后采用TIG焊机进行自熔点焊，点焊为圆周方向上间隔式的多点式点焊方式，首先，点焊一点，然后检查氦管安装精度，检查完成后，如果满足精度要求，继续点焊下一个，否则取下氦管重新定位安装，直至完成所有的点点焊；
（2）、自动焊准备
安装自动TIG焊接机头，工件与钨极角度为43°～45°，钨极伸出钨极夹的长度为24～27mm；氦管左右布置水冷块，安装水冷块，水冷块距离左右氦孔距离为30mm；
（3）、打底焊
打底焊采用顺时针焊接的方式，焊缝为多道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却，其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止；
（4）、填充焊
填充焊采用逆时针焊接的方式，焊缝为多道顺序连接式结构，且分多次间隔式依次焊接，每相邻的焊接之间停留3-5min进行冷却，其冷却采用自然冷却方式即可，当焊缝区温度降低至50℃以下，才能再次焊接紧邻的一道焊缝，重复上述步骤，直至整个焊接部分完成焊接为止；
所述的专用定位工装，包括有固定氦管支架、固定支撑板和紧固螺栓，所述固定支撑板为方形板，四个拐角处分别设有弧形定位孔，所述固定氦管支架为十字形固定架，所述十字形固定架的中部设有用于固定氦管的固定孔，所述十字形固定架的四个端点处分别设有与固定支撑板上的弧形定位孔对应配合的安装孔，所述安装孔与弧形定位孔之间通过紧固螺栓连接固定。
2.根据权利要求1所述的用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法,其特征在于：所述的采用专用定位工装将氦管安装到大型超导磁体线圈上，焊接时，需进行背面氩气气体保护，氩气流量为4～6L/min。
3.根据权利要求1所述的用于大型超导磁体线圈氦管的自动TIG焊接方法,其特征在于：所述的打底焊和填充焊中每条焊缝的道数为六道。
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