CN111678375A - 一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器制造技术领域，公开了一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构，包括外壳筒节，所述外壳筒节的端部周向加工有终接焊缝坡口a，所述终接焊缝坡口对应的外壳筒节内设置有工艺垫环，所述工艺垫环与所述外壳筒节同轴设置，且所述工艺垫环部分伸出所述外壳筒节外部,在工艺垫环伸出所述外壳筒节外部的部分加工垫板和终接焊缝坡口a，直接在工艺垫环外伸外壳筒节外的部分加工垫板，方便加工，不需额外增加外壳筒身的厚度，大大的节约了制造成本及制造工期，在与外壳筒身对接时，工艺垫环既对既对外壳筒身形成支撑，同时对工艺垫环的厚度进行控制，能够满足与存在椭圆度的外壳筒身的对接要求。

Description

一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构及制造方法

技术领域

本发明涉及换热器制造技术领域，尤其涉及一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构及其制造方法。

背景技术

根据设计性能和技术要求，换热器的壳侧终接焊缝一般不会设置在外壳与管板环缝处，会设置在外壳筒身23与外壳筒节21之间，如图1所示位置，而传统的换热器壳体终接环缝22采用如图2所示的坡口结构。

传统终接环缝坡口结构的加工，如图3、4所示，采用的是在外壳筒节21 端部加工出一段垫板24和终接焊缝坡口a26；具体的，如图5、6所示，在外壳筒身23端部加工出终接焊缝坡口b27，将外壳筒身伸入与之相对焊的外壳筒节内进行焊接形成终接环缝22。采用该种加工方式，需在外壳筒节21上增加出垫板的厚度，然后在外壳筒节21上加工出垫板24，将外壳筒身23插入外壳筒节21上的垫板24上之后焊接对接，这种结构相当于带垫板的形式，外壳筒节与外壳筒身的外径尺寸相同，外壳筒节厚度大于外壳筒身的厚度，因此造成了设备外壳筒节厚度增加，重量及成本升高。

又由于外壳筒身采用钢板卷制成，卷制时后会外壳筒身产生椭圆度，为保证其与外壳筒节上的垫板相配合，需要在外壳筒身23坡口上加工一个比外壳筒身内径高的台阶25，该台阶如图6所示，台阶机加工难度大，且工作量非常大，同时筒节制造费用高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种换热器壳侧终接环缝坡口及制造方法，制造非常简便，同时减小了换热器外壳筒节的厚度，避免了由于外壳筒身椭圆度而需要加工台阶的现象，大幅度降低了制作成本。

本发明的工作原理：在换热器的外壳筒节里面增加开口的工艺垫环，工艺垫环部分伸出外壳筒节外，直接在工艺垫环外伸外壳筒节外的部分加工垫板，方便加工，不需额外增加外壳筒身的厚度，大大的节约了制造成本及制造工期，在与外壳筒身对接时，工艺垫环既对外壳筒身形成支撑，同时对工艺垫环的厚度进行控制，能够满足与存在椭圆度的外壳筒身的对接要求。

基于上述工作原理本发明的技术方案是：一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构，包括外壳筒节，所述外壳筒节的端部周向加工有终接焊缝坡口a，所述终接焊缝坡口对应的外壳筒节内设置有工艺垫环，所述工艺垫环与所述外壳筒节同轴设置，且所述工艺垫环部分伸出所述外壳筒节外部,在工艺垫环伸出所述外壳筒节外部的部分加工垫板和终接焊缝坡口a。

进一步地，所述工艺垫环的厚度≥6mm，工艺垫环的厚度根据外壳筒身存在的椭圆度确定，其厚度必须大于最大椭圆度的数值。

进一步地，所述工艺垫环的宽度为40mm，考虑机加设备能力、技术要求、成本等因素最终确定工艺垫环的宽度。

进一步地，所述工艺垫环由至少两个开口垫环拼接而成，便于工艺垫环与外壳筒节的安装。

还提供一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，包括以下步骤：

S1：制造用于拼接工艺垫环的开口垫环；

S2：将步骤S1中制造的开口垫环安装到外壳筒节里面，并拼接形成工艺垫环，工艺垫环宽度方向部分伸出外壳筒节外，便于在伸出部分加工垫板，从而减少外壳筒节的厚度；

S3：将工艺垫环未伸出外壳筒节的部分与外壳筒节焊接固定；

S4：在外壳筒节上加工终接环缝坡口a，工艺垫环上加工垫板，用于与外壳筒身对接。

进一步地，步骤S1中，开口垫环经过划线、剪切、卷制成型。

进一步地，开口垫环的下料尺寸根据外壳筒节的卷制后的实际内径尺寸进行修正，修正垫环尺寸的目的是修正工艺垫环的尺寸可以很好保证外壳筒节与外壳筒身配合处的尺寸。

进一步地，步骤S3中，工艺垫环与外壳筒节焊接时，在外壳内筒节壁周向焊接工艺垫环形成角焊缝，将工艺垫环与外壳筒节焊接成一体，同时焊接开口垫环之间的拼缝。

进一步地，对工艺垫环与外壳筒节的角焊缝与工艺垫环的拼缝进行无损检测，以保证其焊接质量。

进一步地，步骤S4中，加工垫板时，工艺垫环上垫板的加工尺寸为工艺垫环伸出外壳筒节外的部分，该加工尺寸保证了外壳筒节厚度不增厚但终接环缝垫板形式不变。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、本发明在换热器的外壳筒节里面增加开口的工艺垫环，工艺垫环部分伸出外壳筒节外，利用工艺垫环外伸外壳筒节外的部分加工垫板，可节约外壳筒节的厚度余量，也可以节约外壳筒身和外壳筒节机加成本，大大的节约了制造成本及制造工期。

2、本发明加工终接环缝坡a口时，工艺垫环上垫板的加工尺寸为工艺垫环伸出外壳筒节外的部分，该加工尺寸保证了外壳筒节厚度不增厚但终接环缝垫板形式不变。

3、本发明对工艺垫环的厚度进行控制，能够消除外壳筒身卷制椭圆度的偏差对外壳终接焊缝装配尺寸影响,对应的外壳筒身坡口上只需机加对应坡口，不需要像传统的方式一样需要机加台阶，机加工作量比传统坡口形式少。

附图说明

图1为传统的换热器壳体终接环缝位置示意图。

图2为图1中Ⅰ部分放大图。

图3为传统换热器的外壳筒节结构图。

图4为图3中Ⅰ部分放大图。

图5为传统换热器的外壳筒身结构图。

图6为图5中Ⅱ部分放大图。

图7为本发明工艺垫环结构图。

图8为本发明工艺垫环与外壳筒节的安装示意图。

图9为图8中Ⅰ部分放大图。

图10为本发明外壳筒身的结构图。

图11为图10中Ⅱ部分放大图。

附图标记：

现有技术：21-外壳筒节，22-终接焊缝，23-外壳筒身，24-垫板，25-台阶,26- 终接焊缝坡口a，27-终接焊缝坡口b；

本申请：1-外壳筒节，2-终接焊缝坡口a，3-工艺垫环，4-垫板，5-外壳筒身,6-终接焊缝坡口b。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明的换热器壳侧终接焊缝坡口结构，包括外壳筒节1，所述外壳筒节1 的端部周向加工有终接焊缝坡口a2，外壳筒节1的结构如图8、9所示，用于与加工有终接焊缝坡口b6的外壳筒身5对接并焊接，外壳筒身5的结构如图 10、11所示；在所述终接焊缝坡口a2对应的外壳筒节1内设置工艺垫环3；为了避免在外壳筒身内加工台阶，增加加工难度及工作量，本申请在外壳筒节1 内安装好工艺垫环3后，直接在工艺垫环3伸出所述外壳筒节1外部的部分加工垫板4和终接焊缝坡口a2，使得外壳筒节外径尺寸不变，且加工垫板4和终接焊缝坡口a2直接在外壳筒节1的外部采用数控机床加工即可，操作难度低，工作量小，加工外壳筒身5内部不用加工台阶。

优选的，工艺垫环3伸出外壳筒节1的部份与未伸出部份的宽度相等，如工艺垫环3的宽度为40mm时，伸出部份宽度为20mm，未伸出部份宽度为20mm，这样既能保证在伸出部份上加工出满足要求的垫板4，又能保证未伸出部份与外壳筒节1的焊接固定，伸出部份与未伸出部份的具体宽度可以根据实际需要调整。

优选的，工艺垫环3的材料采用与外壳筒节1相同的材料，所述工艺垫环 3由至少两个开口垫环拼接而成，便于工艺垫环与外壳筒节的安装，开口垫环的结构如图7所示，一般由两个开口垫环拼接而成，两个开口垫环的端部之间形成拼缝，安装时，将一个开口垫环放置在外壳筒节内相应位置后，先将该开口垫环与外壳筒节1内壁焊接，然后放入另一个开口垫环并将其与外壳筒节1 焊接，最后，将两个开口垫环端部的拼缝焊接后形成封闭环。

安装时，工艺垫环3设置在需加工终接焊缝坡口对应的位置，且所述工艺垫环3与所述外壳筒节1同轴设置，所述工艺垫环3部分伸出所述外壳筒节1 外部。利用工艺垫环外伸外壳筒节外的部分加工垫板，如图8、9所示，通过增加工艺垫环方式，巧妙地改变原来的外壳筒节须靠外壳筒节厚度增厚车出垫板的结构形式，大大的节约了制造成本及制造工期，在与外壳筒身对接时，工艺垫环既对既对外壳筒身形成支撑，同时由于开口工艺垫环的外径可调节性，能够满足与存在椭圆度的外壳筒身的对接。

理论上，筒身的截面是一个标准的圆形，但由于卷制时外壳筒身会存在椭圆度，如图10所示，即使外壳筒节下料、卷制时严格控制，也会产生最少≤3mm 的椭圆度，因此，工艺垫环3厚度必须≥6mm。工艺垫环3厚度的可以根据外壳筒身存在椭圆度的椭圆度进行调整，由于对工艺垫环厚度的控制，消除了外壳筒身卷制椭圆度的偏差对外壳终接焊缝装配尺寸影响,对应的外壳筒身坡口上只需机加对应坡口，不需要像传统的方式一样需要机加台阶，机加工作量比传统坡口形式少。

根据机加设备能力，终接坡口形式需要满足的技术要求及综合考虑制造成本，工艺垫环3的宽度40mm时为最合适的尺寸，该尺寸能满足外壳筒身与外壳筒节终接焊缝装配要求。

本发明的热器壳侧终接焊缝坡口结构按以下步骤制造：

S1：制造用于拼接工艺垫环3的开口垫环；

开口垫环下料时，然后经过划线、剪切、卷制成型，同一料板一般成型两至三个开口垫环，具体数量因垫环尺寸而不同。

优选的，为了保证外壳筒节与外壳筒身配合处的尺寸，开口垫环的下料尺寸根据外壳筒节1的卷制后的实际内径尺寸进行修正。

S2：将步骤S1中制造的开口垫环安装到外壳筒节1里面，并拼接形成工艺垫环3，在外壳筒节1里面增加工艺垫环3，工艺垫环3宽度方向部分伸出外壳筒节1外，便于垫板的加工，同时保证不增加外壳筒节1的厚度；

S3：将工艺垫环3未伸出外壳筒节的部分与外壳筒节1焊接固定；

优选的，工艺垫环3与外壳筒节1焊接时，在外壳内筒节1壁周向焊接工艺垫环3形成角焊缝，角焊缝的位置如图9所示，将工艺垫环与外壳筒节焊接成一体，同时焊接开口垫环之间的拼缝。焊接完成后，需对工艺垫环3与外壳筒节1的角焊缝与工艺垫环3的拼缝进行无损检测。

S4：在外壳筒节1上加工终接环缝坡口a2，具体的，待工艺垫环3未伸出外壳筒节的部分与外壳筒节1焊接固定完成后，在工艺垫环3和外壳筒节1上一起采用数控立车加工终接焊缝坡口a2和垫板4，用于与外壳筒身5对接。

优选的，加工垫板时，工艺垫环3上垫板的加工尺寸为工艺垫环3伸出外壳筒节1外的部分，保证了外壳筒节厚度不增厚但终接环缝垫板形式不变。

以下列容器筒节尺寸进行举例说明：如采用传统终接坡口加工方法加工材质为15CrMoR的外壳筒节时，外形尺寸为φ2250×δ80×L1400mm，其下料尺寸为δ80mm，7275×1430mm，重量为6533Kg；而采用本发明的制造方法加工时，外形尺寸为φ2250×δ75×L1400mm，其下料尺寸为δ75mm，7290×1430mm，重量为6138Kg；在外壳筒节上焊接材质为Q235B的工艺垫环，该工艺垫环的外形尺寸为φ2100×δ6×L40mm，其下料尺寸为δ6mm，6578×40mm，重量为13Kg；工艺垫环制造工时为3小时。本申请的制造方法，使得筒体厚度减少了5mm，从而减少了395kg的15CrMoR，成本节省了约2370元；增加工艺垫环的成本约 390元；工艺垫环和筒节焊接成本约26元；工艺垫环制造成本约180元；工艺垫环和筒节焊后磁粉探伤的成本约66元；采用本申请的制造方法，节省成本合计：2370-390-26-180-66＝1708元。按一年公司共约生产100台此，共可节约 1708X100＝170800元。同时，增加工艺垫环后，减少毛坯尺寸，节约材料的采购成本，外壳筒节机加工作量、焊接工作量大幅减低，制造周期及成本大幅降低。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种换热器壳侧终接焊缝坡口结构，包括外壳筒节(1)，其特征在于：所述外壳筒节(1)的端部周向加工有终接焊缝坡口a(2)，所述终接焊缝坡口a(2)对应的外壳筒节(1)内设置有工艺垫环(3)；所述工艺垫环(3)与所述外壳筒节(1)同轴设置，且所述工艺垫环(3)部分伸出所述外壳筒节(1)外部，在工艺垫环(3)伸出所述外壳筒节(1)外部的部分加工垫板(4)和终接焊缝坡口a(2)。

2.根据权利要求1所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构，其特征在于：所述工艺垫环(3)的宽度为40mm。

3.根据权利要求1或2所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构，其特征在于：所述工艺垫环(3)的厚度≥6mm。

4.根据权利要求3所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构，其特征在于：所述工艺垫环(3)由至少两个开口垫环拼接而成。

5.权利要求1-4所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制造用于拼接工艺垫环(3)的开口垫环；

S2：将步骤S1中制造的开口垫环安装到外壳筒节(1)里面，并拼接形成工艺垫环(3)，工艺垫环(3)宽度方向部分伸出外壳筒节(1)外；

S3：将工艺垫环(3)未伸出外壳筒节(1)的部分与外壳筒节(1)焊接固定；

S4：在外壳筒节(1)上加工终接环缝坡口a(2)，工艺垫环(3)上加工垫板(4)。

6.根据权利要求5所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于：步骤S1中，开口垫环经过划线、剪切、卷制成型。

7.根据权利要求6所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于：开口垫环的下料尺寸根据外壳筒节(1)的卷制后的实际内径尺寸进行修正。

8.根据权利要求5所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于：步骤S3中，工艺垫环(3)与外壳筒节(1)焊接时，在外壳内筒节(1)壁周向焊接工艺垫环(3)形成角焊缝，同时焊接开口垫环之间的拼缝。

9.根据权利要求8所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于：对工艺垫环(3)与外壳筒节(1)的角焊缝与工艺垫环(3)的拼缝进行无损检测。

10.根据权利要求5所述的换热器壳侧终接焊缝坡口结构的制造方法，其特征在于：步骤S4中，加垫板(4)时，工艺垫环(3)上垫板的加工尺寸为工艺垫环(3)伸出外壳筒节(1)外的部分。

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