CN111842936B - 一种小直径管自动焊接方法及相应焊环加工装卡装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小直径管自动焊接方法及相应焊环加工装卡装置，所述装卡装置包括内径机加装卡座(1)、内径机加装卡帽(2)、外径机加装卡座(3)和外径机加装卡帽(4)，装卡装置安装在普通卧车上可实现对不同尺寸规格焊环的加工，将不同规格焊环进行多组试验以确定最优焊环尺寸规格，然后进行自动焊接。本发明提供的小直径管自动焊接方法及相应焊环加工装卡装置，具有装卡装置制造成本低，操作方便，焊环加工精度高，焊接质量稳定等诸多优点。

Description

一种小直径管自动焊接方法及相应焊环加工装卡装置

技术领域

本发明涉及一种小直径管自动焊接方法及相应加工装卡装置，属于焊接领域。

背景技术

在核电设备制造过程中，需要对小直径管对接自动焊接，由于特殊的使用环境要求和严苛的焊接质量要求，无法对小直径管直接对接焊接，在焊接过程中需要使用到焊环。

不同材料、管径、管壁厚度的小直径管对接时，焊环的尺寸规格对焊接结果有较大影响，在实际的焊接过程中，常常出现焊环尺寸规格与待焊接小直径管匹配性不佳，进而导致焊接质量不佳，包括焊缝未完全熔透和RT检测不合格等情况，焊接质量极不稳定，不仅耽误工期，还造成大量的加工制造损失，并且带来一定的安全隐患。

因此，亟需设计开发一种小直径管自动焊接方法以及为实施该方法使用的相应工装，以解决核电设备小直径管自动焊接过程中匹配性不佳、焊接质量不佳、焊接质量不稳定以及失败率高等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，一方面设计了一种小直径管自动焊接方法，在核电设备小直径管自动焊接过程中能够有效匹配焊环与小直径管，获得良好的焊接质量和焊接稳定度，大幅度降低了焊接失败率，包括以下步骤：

S1、准备小直径管，并从中选择试验管；

S2、将试验管与焊环进行自动焊接，获得试验样品，检测并根据合格试验样品确定最优焊环尺寸规格；

S3、根据最优焊环尺寸规格对待使用的焊环进行加工，并用所得焊环对小直径管进行自动焊接。

在步骤S1中，所述小直径管为内径介于18～30mm之间、外径介于22～33mm之间的管材。

在步骤S2中，所述焊环的厚度为0.3～0.8mm，所述检测包括管材顺畅度检测和焊缝熔透性检测。

在步骤S3中，所述待使用的焊环内径尺寸小于最优焊环内径尺寸、外径尺寸大于最优焊环外径尺寸。

另一方面，本发明还提供了一种焊环加工装卡装置，优选用于所述小直径管自动焊接方法中，

包括内径机加装卡座、内径机加装卡帽、外径机加装卡座和外径机加装卡帽，

所述内径机加装卡座一端与卧车主轴固定连接，另一端与内径机加装卡帽螺纹连接；

所述外径机加装卡座一端与卧车主轴固定连接，另一端与外径机加装卡帽螺纹连接。

所述内径机加装卡座具有柱状的第一底座和第一夹持段，通过第一底座将内径机加装卡座固定在在卧车主轴的卡盘上，

在第一夹持段靠近内径机加装卡帽的端面上设置有圆形凹槽。

所述内径机加装卡座具有第一螺柱段，第一螺柱段位于第一底座和第一夹持段之间，

所述内径机加装卡帽为圆柱体，具有第一内螺纹段和第一夹持帽，第一夹持帽中设置有焊环孔，所述第一内螺纹段与第一螺柱段螺纹相匹配。

所述第一夹持帽端部具有车刀孔，所述车刀孔与内径机加装卡帽同轴心，车刀孔的内径大于成品焊环外径。

所述外径机加装卡座具有柱状的第二底座，通过第二底座将外径机加装卡座固定在在卧车主轴的卡盘上；

所述外径机加装卡座还具有第二螺柱段，以与外径机加装卡帽相连接，并将待加工焊环夹持在第二底座与外径机加装卡帽之间；

所述外径机加装卡帽为圆柱体，具有第二内螺纹段和第二夹持段，所述第二内螺纹段和第二夹持段为环形。

所述第二底座与第二螺柱段之间设置有焊环支撑段，所述焊环支撑段为柱状，与外径机加装卡座同轴心；

第二夹持段的内径大于第二内螺纹段。

根据本发明提供的小直径管自动焊接方法及相应焊环加工装卡装置，具有以下有益效果：

(1)焊环加工装卡装置制造成本低，操作方便；

(2)可在普通卧车上实现焊环加工，加工精度高；

(3)使用试验方法确定最优焊环规格后再进行正式焊接，焊环与小直径管匹配性好，焊接质量稳定，焊接不合格现象大幅度降低。

附图说明

图1示出一种小直径管焊接不合格状态示意图；

图2示出一种优选实施方式的内径机加装卡座结构示意图；

图3示出一种优选实施方式的内径机加装卡帽结构示意图；

图4示出一种优选实施方式的内径机加装卡座和内径机加装卡帽配合结构示意图；

图5示出一种优选实施方式的外径机加装卡座结构示意图；

图6示出一种优选实施方式的外径机加装卡帽结构示意图；

图7示出一种优选实施方式的外径机加装卡座和外径机加装卡帽配合结构示意图。

附图标号说明：

1-内径机加装卡座；

11-第一底座；

12-第一夹持段；

13-第一螺柱段；

14-圆形凹槽；

15-焊接槽；

2-内径机加装卡帽；

21-第一内螺纹段；

22-第一夹持帽；

221-焊环孔；

23-车刀孔；

24-第一容错槽；

3-外径机加装卡座；

31-第二底座；

32-第二螺柱段；

33-焊环支撑段；

34-第二容错槽；

4-外径机加装卡帽；

41-第二内螺纹段；

42-第二夹持段；

8-待加工焊环；

9-车刀。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些示例性说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

一方面，本发明提供了一种小直径管自动焊接方法，包括以下步骤：

S1、准备小直径管，并从中选择试验管；

S2、将试验管与焊环进行自动焊接，获得试验样品，检测并根据合格试验样品确定最优焊环尺寸规格；

S3、根据最优焊环尺寸规格对待使用的焊环进行加工，并用所得焊环对小直径管进行自动焊接。

在本发明中，通过检测试验样品确定最优焊环尺寸规格的方式，解决了根据制造经验选择焊环尺寸规格造成的焊接质量不稳定现象。

在步骤S1中，所述小直径管为内径介于18～30mm之间、外径介于22～33mm之间的管材，所述试验管为材料、内外管径与核电设备上待焊接小直径管相同的管材。

在一个优选的实施方式中，所述试验管的长度为150mm。

在步骤S2中，所述焊环的内径不小于试验管的内径，试验焊环的外径不大于试验管的外径。

根据本发明，所述焊环的厚度为0.3～0.8mm,优选为0.5mm。

根据本发明一个优选的实施方式，所述试验管与焊环可以具有多组，优选5～10组，每组中试验管相同，焊环规格尺寸不同。进一步地，第一组焊环与试验管内径、外径相同，之后每组焊环内径或外径在前一组焊环内径或外径基础上梯度变化0.1mm，得到尺寸不同的多组焊环。根据实际的焊接制造经验，在上述规格中一般能够挑选出合适的焊环，达到良好的焊接效果。

进一步地，采用相同的设备、相同的焊接工艺焊接对多组试验管和焊环进行自动焊接，获得多组试验样品，焊接时焊环位于两根试验管中间位置。

根据本发明，对焊接后试验样品进行检测，确定合格样品，所述合格样品是指焊缝处内外径与管材内外径相同、无焊不透现象、无内部缺陷的样品。

所述检测包括管材顺畅度检测和焊缝熔透性检测。

所述管材顺畅度检测通过小球滚动测试实现，使用压缩空气吹动小球检查小球能否顺畅通过管材，进一步地，小球的球径比管内径小1mm。

在实际的试验中，会出现焊环规格尺寸不良造成焊接后管材焊缝处内径变小情况，如图1所示，不满足核电设备使用要求，通过顺畅度检测，能够发现排除部分不匹配的焊环规格，尤其是内径偏小的焊环规格。

所述焊缝熔透性检测通过RT检测实现。

所述RT检测是无损检测方法中的一种，通过检测透射物体后的射线强度判断物体内部的缺陷，常用于焊缝检测中，在本发明中，对RT不做赘述，可以是任意一种能够完成无损检测的仪器和方法。

在本发明中，通过RT检测能够检测焊缝是否存在气孔、未熔合、夹渣等缺陷，并判断焊缝背部是否熔透，从而判断焊环规格、焊接参数是否合适。

根据本发明，根据合格试验样品对应的焊环确定最优焊环尺寸规格，具体地，当合格试验样品仅有一个时，合格试验样品对应焊环的尺寸规格即为最优焊环尺寸规格；当合格试验样品具有多个，计算所有合格试验样品对应焊环尺寸规格的均值，选择实验样品中与均值最接近的焊环的尺寸规格作为最优焊环尺寸规格。

在步骤S3中，相较于最优焊环尺寸规格，所述待使用的焊环的尺寸规格内径小、外径大，根据最优焊环尺寸规格对待使用的焊环进行加工，使得其能够用于小直径管的自动焊接中。

由于小直径管子焊接需要的焊环厚度较薄，一般在0.5mm左右，使得焊环难以通过机加工方法直接制作，待使用的焊环多为专业制造厂通过金属冶炼、挤压、拉丝、制环等工序一次成型，一次成型导致焊环规格相同，且采购周期长，缺乏灵活性，无法满足生产现场灵活、快捷的使用要求。如何通过机加工方法对焊环进行二次加工，进而获得不同规格的焊环是本发明的难点。

另一方面，本发明还提供了一种用于加工焊环的加工装卡装置，可在普通卧车上对待加工焊环8的内外径进行加工，获得不同尺寸规格的成品焊环，包括内径机加装卡座1、内径机加装卡帽2、外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4。

所述内径机加装卡座1一端与卧车主轴固定连接，另一端与内径机加装卡帽2螺纹连接，用于机加焊环内环。

具体地，所述内径机加装卡座1具有柱状的第一底座11和第一夹持段12，如图2所示，通过第一底座11将内径机加装卡座1固定在在卧车主轴的卡盘上，通过第一夹持段12与内径机加装卡帽2一起夹住待加工焊环8。

所述内径机加装卡座1还具有第一螺柱段13，以与内径机加装卡帽2连接。

进一步地，所述第一螺柱段13位于第一底座11和第一夹持段12之间，

更进一步地，所述第一螺柱段13的外径大于成品焊环外径2～5mm。在机加工时加工装卡装置高速旋转完成焊环的切削加工，需要加工装卡装置具有较高的机械强度，2～5mm的长度既使得第一螺柱段13上外螺纹的螺纹深度满足机械强度要求，又减少了加工装卡装置的体积，提高了机加工过程的稳定性。

根据本发明，在第一夹持段12靠近内径机加装卡帽2的端面上设置有圆形凹槽14，圆形凹槽14的内径大于成品焊环外径，优选大于成品焊环内径1～2mm，以方便车刀9对待加工焊环8进行车削。

所述内径机加装卡帽2为圆柱体，具有第一内螺纹段21和第一夹持帽22，如图3所示，第一夹持帽22中设置有焊环孔221，以放置待加工焊环。

所述第一内螺纹段21与第一螺柱段13螺纹相匹配，当第一内螺纹段21旋拧在第一螺柱段13上时，待加工焊环8夹持在第一夹持帽22与第一夹持段12之间，如图4所示。

进一步地，所述第一夹持帽22端部具有车刀孔23，以方便车刀9深入，所述车刀孔23与内径机加装卡帽2同轴心，车刀孔23的内径大于成品焊环外径，优选大于成品焊环内径1～2mm。

根据本发明，第一夹持帽22与第一夹持段12之间一次可夹持多个待加工焊环8，以加快焊环加工速度。

在一个优选的实施方式中，所述第一螺柱段13和第一内螺纹段21的长度不小于10mm，优选为10～20mm，第一螺柱段13和第一内螺纹段21的长度过短，会导致内径机加装卡座1和内径机加装卡帽2之间产生晃动，使得机加工出的焊环表面平整度下降。

在一个更优选的实施方式中，所述第一螺柱段13和第一内螺纹段21螺纹末端设置有螺纹机加退刀槽，以保证装配时第一夹持帽22与第一夹持段12之间能够靠紧。

在一个优选的实施方式中，所述第一夹持段12的外径比待加工焊环8外径小0.05～0.1mm，发明人发现，第一夹持段12的外径比待加工焊环8外径小0.05mm以下时，焊环8难以置入第一夹持段12内，且加工完成后从第一加持段12内取出时较为困难；当第一夹持段12的外径比待加工焊环8外径大0.1mm以上时，容易导致焊环8与第一夹持段12不同轴，进而使得焊环8在车加工过程中受力振动，加工后的焊环8宽度不均匀，影响焊接质量。

在一个优选的实施方式中，所述第一夹持帽22的内径比待加工焊环8外径大0.05～0.1mm，既方便待加工焊环放置于焊环孔221中，又使得待加工焊环在加工过程中无明显晃动，保证了加工精度，保证了焊环8与第一夹持段12同轴，在机加时不发生振动。

在一个优选的实施方式中，在第一螺柱段13和第一底座11之间还具有焊接槽15，所述焊接槽15为环形槽，宽度为1～3mm，如图2、图4所示，在内径机加装卡帽2与内径机加装卡座1旋拧夹紧待加工焊环8后，通过在焊接槽15处焊接内径机加装卡帽2和内径机加装卡座1，对内径机加装卡帽2和内径机加装卡座1进一步固定。

在一个优选的实施方式中，在第一内螺纹段21和第一夹持帽22之间设置有环形的第一容错槽24，使得第一螺柱段13能够旋拧至第一夹持帽22底部，以保证焊环孔221内的待加工焊环8能够被夹紧。

通过内径机加装卡座1和内径机加装卡帽2将待加工焊环8固定在卧车上后，使用车刀9伸入车刀孔23进行车削，完成对待加工焊环8内径的加工。

所述外径机加装卡座3一端与卧车主轴固定连接，另一端与外径机加装卡帽4螺纹连接，用于机加焊环的外环。

具体地，所述外径机加装卡座3具有柱状的第二底座31，如图5所示，通过第二底座31将外径机加装卡座3固定在在卧车主轴的卡盘上。

所述外径机加装卡座3还具有第二螺柱段32，以与外径机加装卡帽4相连接，并将待加工焊环8夹持在第二底座31与外径机加装卡帽4之间，如图7所示。

在一个优选的实施方式中，所述外径机加装卡座3的第二底座31外径比成品焊环的外径小1～2mm，以避免外径机加装卡座3妨碍车刀9切削。

进一步地，所述第二底座31与第二螺柱段32之间设置有焊环支撑段33，所述焊环支撑段33为柱状，与外径机加装卡座3同轴心，以在机加过程中支撑待加工焊环8，防止待加工焊环8移动。

在一个优选的实施方式中，所述焊环支撑段33的外径比待加工焊环8内径小0.05～0.1mm，保证了待加工焊环在加工过程中无明显晃动，保证了加工精度，加工出来的焊缝宽度一致，若焊环与夹持段12间隙过大，会出现焊环8与焊环支撑段33不同轴，车加工过程焊环8受力振动后，焊环宽度不均匀，影响焊接质量。

根据本发明，所述第二螺柱段32的外径小于成品焊环外径2～5mm。

所述外径机加装卡帽4为圆柱体，具有第二内螺纹段41和第二夹持段42，如图6所示，所述第二内螺纹段41和第二夹持段42为环形，第二夹持段42的内径大于第二内螺纹段41。

根据本发明，所述第二内螺纹段41与第二螺柱段32螺纹相匹配，当第二内螺纹段41旋拧在第二螺柱段32上时，待加工焊环8夹持在第二底座31与第二夹持段42之间，如图7所示。

根据本发明，第二底座31与第二夹持段42之间一次可夹持多个待加工焊环8，以加快焊环加工速度。

在一个优选的实施方式中，所述第二内螺纹段41与第二螺柱段32的长度不小于10mm，优选为10～30mm，第二内螺纹段41与第二螺柱段32的长度过短，会导致外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4之间产生晃动，使得机加工出的焊环表面平整度下降。

在一个更优选的实施方式中，所述第二内螺纹段41与第二螺柱段32的螺纹末端设置有螺纹机加退刀槽，以保证装配时第二底座31与第二夹持段42之间能够紧密靠近。

在一个优选的实施方式中，所述第二夹持段42的内径比待加工焊环8内径大0.05～0.1mm，可保证加工过程不发生振动，加工出来的焊缝宽度一致，若焊环8与第二夹持段42间隙过大，会造成焊环8与第二夹持段42不同轴，车加工过程焊环受力振动后，焊环宽度不均匀，影响焊接质量。

在一个优选的实施方式中，所述第二内螺纹段41的长度大于第二螺柱段32的长度，使得外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4旋紧后，第二螺柱段32的端部位于第二内螺纹段41内侧，如图7所示，在第二螺柱段32的端部与第二内螺纹段41接触位置进行焊接，使得外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4结合更加牢固。

在一个优选的实施方式中，在第二螺柱段32和焊环支撑段33之间设置有环形的第二容错槽34，使得第二内螺纹段41端面能够旋拧出第二螺柱段32，从而使得第二夹持段42端面能够接触到第二底座31端面，以保证位于第二夹持段42和第二底座31之间的待加工焊环8能够被夹紧。

通过外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4将待加工焊环8固定在卧车上后，使用车刀9对对待加工焊环8外径进行加工，即可获得成品焊环。

实施例

实施例1

需要对某核岛设备上若干规格相同的小直径管进行自动焊接，其中小直径管内径为25mm，管外径为32.5mm。

准备10组试验材料，其中试验焊环的尺寸如表一所示：

表一

组	厚度(mm)	内径(mm)	外径(mm)
				1	0.5	25.4	32.9
2	0.5	25.3	32.8
				3	0.5	25.2	32.7
4	0.5	25.1	32.6
				5	0.5	25	32.5
6	0.5	24.9	32.4
				7	0.5	24.8	32.3
8	0.5	24.7	32.2
				9	0.5	24.6	32.1
10	0.5	24.5	32

对8组试验材料进行自动焊接，检测焊接后的试验样品，其中4、5、6、7组合格，从中选择与4～7组试验焊环规格均值最为接近的试验焊环，即第5组试验焊环尺寸规格作为最优焊环尺寸规格。

采用第5组试验焊环尺寸规格对核岛设备上的小直径管进行自动焊接，焊接完成后进行检测，焊接均满足要求，焊接质量稳定可靠。

在准备试验焊环时以及准备小直径管焊接的最优规格尺寸的焊环时，通过内径机加装卡座1、内径机加装卡帽2、外径机加装卡座3和外径机加装卡帽4对统一采购的焊环进行二次加工获得。例如，在加工第5组试验焊环(焊环外径32.5mm、内径25mm)时，采用CW6163C型卧车加工，待加工焊环外径为32.5mm、内径为24.9mm，其中第一螺柱段13螺纹为M36外螺纹、螺纹长度13mm，圆形凹槽14内径27mm，第一夹持段12外径32.45mm；第一内螺纹段21为M36内螺纹、螺纹长度13mm，第一夹持帽22内径32.55mm；第二螺柱段32为M20外螺纹、螺纹长度20mm，第二底座31外径30.5mm，焊环支撑段33外径24.95mm；第二内螺纹段41为M20内螺纹、螺纹长度25mm，第二夹持段42内径25.05mm、外径30.5mm。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种小直径管自动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备小直径管，并从中选择试验管；

S2、将试验管与焊环进行自动焊接，获得试验样品，检测并根据合格试验样品确定最优焊环尺寸规格；

S3、根据最优焊环尺寸规格对待使用的焊环进行加工，并用所得焊环对小直径管进行自动焊接;

在步骤S1中，所述小直径管为内径介于18~30mm之间、外径介于22~33mm之间的管材；

在步骤S2中，所述焊环的厚度为0.3~0.8mm，所述试验管与焊环具有多组，每组中试验管相同，焊环规格尺寸不同，第一组焊环与试验管内径、外径相同，之后每组焊环内径或外径在前一组焊环内径或外径基础上梯度变化0.1mm，所述检测包括管材顺畅度检测和焊缝熔透性检测；

当合格试验样品仅有一个时，合格试验样品对应焊环的尺寸规格即为最优焊环尺寸规格；当合格试验样品具有多个，计算所有合格试验样品对应焊环尺寸规格的均值，选择实验样品中与均值最接近的焊环的尺寸规格作为最优焊环尺寸规格；

在步骤S3中，所述待使用的焊环内径尺寸小于最优焊环内径尺寸、外径尺寸大于最优焊环外径尺寸，所述小直径管自动焊接方法中使用一种焊环加工装卡装置，

所述焊环加工装卡装置包括内径机加装卡座（1）、内径机加装卡帽（2）、外径机加装卡座（3）和外径机加装卡帽（4），

所述内径机加装卡座（1）一端与卧车主轴固定连接，另一端与内径机加装卡帽（2）螺纹连接；

所述外径机加装卡座（3）一端与卧车主轴固定连接，另一端与外径机加装卡帽（4）螺纹连接；

所述内径机加装卡座（1）具有柱状的第一底座（11）和第一夹持段（12），通过第一底座（11）将内径机加装卡座（1）固定在在卧车主轴的卡盘上，

在第一夹持段（12）靠近内径机加装卡帽（2）的端面上设置有圆形凹槽（14）；

所述内径机加装卡座（1）具有第一螺柱段（13），第一螺柱段（13）位于第一底座（11）和第一夹持段（12）之间，所述第一螺柱段（13）的外径大于成品焊环外径2~5mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述内径机加装卡帽（2）为圆柱体，具有第一内螺纹段（21）和第一夹持帽（22），第一夹持帽（22）中设置有焊环孔（221），所述第一内螺纹段（21）与第一螺柱段（13）螺纹相匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第一夹持帽（22）端部具有车刀孔（23），所述车刀孔（23）与内径机加装卡帽（2）同轴心，车刀孔（23）的内径大于成品焊环外径。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述外径机加装卡座（3）具有柱状的第二底座（31），通过第二底座（31）将外径机加装卡座（3）固定在在卧车主轴的卡盘上；

所述外径机加装卡座（3）还具有第二螺柱段（32），以与外径机加装卡帽（4）相连接，并将待加工焊环（8）夹持在第二底座（31）与外径机加装卡帽（4）之间；

所述外径机加装卡帽（4）为圆柱体，具有第二内螺纹段（41）和第二夹持段（42），所述第二内螺纹段（41）和第二夹持段（42）为环形。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述第二底座（31）与第二螺柱段（32）之间设置有焊环支撑段（33），所述焊环支撑段（33）为柱状，与外径机加装卡座（3）同轴心；

第二夹持段（42）的内径大于第二内螺纹段（41）。

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