CN112045277B - 一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法 - Google Patents

一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法。所述工作台至少包括支架板、管对接试件组、障碍管；所述管对接试件组由至少两个管对接试件A和B组成；所述支架板垂直于地面放置；所述管对接试件组大致水平地固定在所述支架板上。通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙；管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，达到不同的焊接难度。

Description

一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法
技术领域
本发明属于金属管道焊接操作培训和考试技术领域，尤其涉及一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法。
背景技术
大型石油化工装置的现场管道安装、撬装式管道模块、气体分离装置冷箱由于内部有很多工艺管道，且内部结构紧凑，不同的管道纵横交错、管道净距小，管道对接焊缝焊接面临以下两个方面的困难：1.焊接施工空间位置限制：空间狭窄、有相邻管道和管道支承件阻挡造成焊工身体移动受限、视线受限、焊枪操作受限；2.由于在模块内或冷箱内的管道焊接为最后施工阶段，已安装就位的设备和管道存在位置偏差，从而造成模块内或冷箱内管道对接焊缝存在轴向角度偏差，对口不直；同时直管、弯头、法兰和其他管道元件之间直径存在偏差，以上共同造成对接焊缝坡口根部间隙不均匀、内壁对口有错边量。
现有的焊工考核规范和标准，如《TSG Z6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则》，美国机械工程师学会《ASME IX-2017焊接、钎接和粘接评定》，困难条件较少或适用范围较宽，如：管对接接头的外直径适用范围较宽，如管对接试件外直径大于等于76mm或大于73mm，则适用的产品管外径上限不限；对接接头坡口根部间隙不均匀、内壁对口错边量不作规定限制；焊接的焊接位置只有四个：转动、垂直固定、水平固定、45°固定。焊工按以上的评定考核规定下进行操作培训和考核，难度系数不足，焊接条件较为舒适，很难适应实际工作面临的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、焊接位置在水平固定位置的管对接试件焊接的操作工作台，通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙；管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，模拟不同的焊接难度，使焊工在操作工作台产生的各种困难条件下进行焊接操作，并通过以上考核规范和标准所要求的检验项目和合格要求，以提高焊工适应实际工作条件下操作培训的效果和效率。
为了实现上述目的，本发明公开了一种用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述工作台至少包括支架板、管对接试件组、障碍管；所述管对接试件组由至少两个管对接试件A和B组成；所述支架板垂直于地面放置；所述管对接试件组大致水平地固定在所述支架板上。
更进一步地，所述管对接试件组通过固定装置或者电弧点焊大致水平地固定在所述支架板上。
更进一步地，所述管对接试件组还包括若干临时定位板，所述管对接试件A和B通过所述临时定位板点焊组成所述管对接试件组。
更进一步地，所述管对接试件组的外直径为50～508mm，厚度为3～25mm。
更进一步地，所述管对接试件组的坡口面角度为30°～45°。
更进一步地，所述管对接试件组的内壁对口错边量为3～6mm。
更进一步地，所述管对接试件组的顶部坡口根部间隙a为2～4mm，底部坡口根部间隙b为4～8mm。
更进一步地，所述管对接试件组的底部离地面的距离H为350～500mm。
更进一步地，所述障碍管的外直径为50～508mm。
更进一步地，所述障碍管的长度大于或等于所述管对接试件组的长度。
更进一步地，所述障碍管的数量至少为三个，以所述管对接试件组为中心，分别布置于所述管对接试件组的周围。
更进一步地，所述障碍管与所述管对接试件组的管道净距为50～400mm。
更进一步地，所述支架板和所述障碍管的材料应与所述管对接试件组一致，为奥氏体不锈钢或者铝合金。
更进一步地，所述管对接试件组的材料为铝合金时，所述管对接试件组还包括焊接衬垫，其放置于所述管对接试件组的坡口的背面，其材料为奥氏体不锈钢或铝合金。
更进一步地，所述固定装置包括等边角钢、旋转手柄、固定螺帽和固定丝杆。
更进一步地，所述等边角钢与所述支架板的材料相同，其电弧点焊于所述支架板上。
更进一步地，等边角钢通过电弧点焊与支架板固定，处于水平位置；固定螺帽位于等边角钢的斜45°方向，与等边角钢的距离为650mm，通过电弧点焊与支架板固定；固定丝杆旋入固定螺帽；所述管对接试件组放置在等边角钢上，坡口根部间隙b的部位放于底部；旋转手柄可旋紧固定丝杆，通过等边角钢和旋紧的固定丝杆夹紧所述管对接试件组，所述管对接试件组处于水平固定位置。
本发明还公开了一种用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：提供两个管对接试件A和B，在两个管对接试件的接口端经坡口机加工出坡口面角度，按一定量的内壁对口错边量、顶部坡口根部间隙a、底部坡口根部间隙b组对，通过临时定位板经电弧点焊固定组成一对管对接试件组，临时定位板的数量为三个，但都不放置在所述管对接试件组的最低点；所述支架板垂直于地面放置，所述管对接试件组相对于所述支架板处于水平固定位置，管对接试件组的底部离地面的距离为H；三个障碍管以管对接试件组为中心，分布在所述管对接试件组的周围，与管对接试件组的管道净距分别为c、d、e，通过电弧点焊与支架板固定处于水平固定位置；焊工对管对接试件组的对接焊缝进行焊接，当打底道焊接遇到临时定位板时，修磨去除临时定位板的电弧点焊处，然后继续焊接，直到整个对接焊缝完成；可选地，待所述管对接试件组焊接完成后，修磨去除支架板的电弧点焊处，移除管对接试件组和障碍管。
更进一步地，通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙组成一对新的管对接试件组；并且通过调整管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，进行再一次的管对接试件焊接。
更进一步地，所述管对接试件组通过固定装置大致水平地固定于所述支架板上。
更进一步地，所述管对接试件组通过电弧点焊大致水平地固定于所述支架板上。
更进一步地，通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙；管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，达到不同的焊接难度。
与现有技术相比较，本发明提供的技术方案具有以下优点：
1.本发明的操作工作台结构简单、功能实用、制造成本低，便于推广应用，不但组装方便，零件还可重复利用，比较灵活。
2.本发明的操作工作台可广泛应用于焊接技能培训及焊工晋级技师障碍焊考核等多种场合，与传统焊接操作台存在焊接平稳性差、不能全位置焊接、操作不便、使用寿命短、性价比不高等问题相比，本发明提供了一种可靠性高、操作使用方便、寿命长及能够实现全位置焊接的模拟操作台。
3.本发明可通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙；管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距等参数调整焊接的困难程度，逐步提升焊工实际操作能力，以达到焊接工程的需求。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。
图1是本发明所提供的奥氏体不锈钢管对接试件组的剖面示意图；
图2是本发明所提供的铝合金管对接试件组的剖面示意图；
图3是本发明所提供的用于管对接试件焊接的工作台的结构示意图。
具体实施方式
对接焊缝是指在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面与另一焊件表面间焊接的焊缝，因焊件的边缘常加工成各种形状的坡口(坡口是根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽)，故对接焊缝又称坡口焊缝。本发明主要适用于管对接试件的对接焊缝，即管对接试件A与管对接试件B之间的对接焊缝(试件是按照预定的焊接工艺制成的用于试验的焊件)。
其中，“管对接试件”表示待焊接的单独的试件，如管对接试件A与管对接试件B。“管对接试件组”表示待完成完整焊缝的一组管对接试件，所述管对接试件已通过临时定位板经电弧点焊临时固定在一起。
衡量管对接试件组本身的焊接困难程度的参数包括管对接试件组的外直径、坡口面角度(坡口面角度是待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角)、内壁对口错边量(错边是两个焊件表面应平行对齐时，未达到规定的平行对齐要求而产生的偏差)、坡口根部间隙(根部间隙是焊前在接头根部之间预留的空隙)不均匀的程度和底部离地面的距离H。其中，管对接试件组的外直径越大，厚度越大，焊接的困难程度越大；管对接试件组的内壁对口错边量越大，焊接的困难程度越大；管对接试件组的顶部坡口根部间隙a与底部坡口根部间隙b的差值越大，坡口根部间隙越不均匀，坡口根部间隙焊接的困难程度越大；管对接试件组的底部离地面的距离H越小，焊接的困难程度越大；反之亦然。
本发明的障碍管为水平固定管，所述障碍管的长度大于或等于所述管对接试件组的长度；并且所述障碍管的数量至少为三个，以所述管对接试件组为中心，分别布置于所述管对接试件组的周围，优选地布置于0°、90°和180°上。焊工要根据现场选择最佳位置施焊，其中主要涉及仰焊、立焊和平焊这三种焊接位置。
衡量障碍管对管对接试件组的焊接困难程度的参数包括障碍管的外直径、长度、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距(管道净距是相邻两管道最外表面间或管道最外表面与墙壁、柱边、容器外表面等之间的距离)。其中，障碍管的外直径越大，焊接的困难程度越大；障碍管的长度比所述管对接试件组越大，焊接的困难程度越大；障碍管的数量越多，焊接的困难程度越大；障碍管与所述管对接试件组的管道净距越小，焊接的困难程度越大；反之亦然。
图1是本发明所提供的奥氏体不锈钢管对接试件组的剖面示意图。管对接试件A(1)和管对接试件B(2)经坡口机加工出坡口面角度(3)；按一定量的内壁对口错边量(4)、顶部坡口根部间隙a(5)、底部坡口根部间隙b(6)组对，通过临时定位板(7)(定位板是为保持焊件间的相对位置，防止变形和便于装配而临时焊上的金属板)经电弧点焊(8)(电弧点焊是以电弧为热源将两块相叠工件熔化形成点状焊缝的焊接法，得到的焊缝称电弧点焊缝)固定组成一对管对接试件组，临时定位板数量可为三块或更多，但都不能放在最低点。
图2是本发明所提供的铝合金管对接试件组的剖面示意图。管对接试件A(1’)和管对接试件B(2’)经坡口机加工出坡口面角度(3’)；按一定量的内壁对口错边量(4’)、顶部坡口根部间隙a(5’)、底部坡口根部间隙b(6’)组对，通过临时定位板(7’)经电弧点焊(8’)固定组成一对管对接试件组，临时定位板数量可为三块或更多，但都不能放在最低点；坡口的背面应放置焊接衬垫(9)(焊接衬垫为保证接头根部焊透和焊缝背面成形，沿接头背面预置的一种衬托装置)，其材料为奥氏体不锈钢或铝合金。
图3是本发明所提供的用于管对接试件焊接的工作台的结构示意图。所述支架板垂直放置于地上，所述管对接试件组通过固定装置或者电弧点焊大致水平地固定在所述支架板上。下面结合图3(通过固定装置固定的实施例)对本发明的一种用于管对接试件焊接的工作台和使用方法进行说明，其组装和使用过程包括以下三个步骤：
1.管对接试件组的组装：经坡口机加工的管对接试件A和管对接试件B，坡口面角度均为30°，按一定量的内壁对口错边量、顶部坡口根部间隙a、底部坡口根部间隙b组对，通过临时定位板经电弧点焊固定组成一对管对接试件组(10)。
2.操作工作台的组装：支架板(11)垂直放置于地上，等边角钢(12)通过电弧点焊(13)与支架板(11)固定，处于水平位置；固定螺帽(15)位于等边角钢的斜45°方向，与等边角钢的距离为650mm，通过电弧点焊(16)与支架板固定；将固定丝杆(17)旋入固定螺帽；将所述管对接试件组(10)放置在等边角钢上，坡口根部间隙大的部位放于底部；通过旋转手柄(14)旋紧固定丝杆，通过等边角钢和旋紧的固定丝杆夹紧所述管对接试件组，使它处于水平固定位置，并且管对接试件组的底部离地面距离H；三个障碍管(18)(21)(24)以管对接试件组为中心，分布在0°、90°、180°方向，与管对接试件组的管道净距为c(20)、d(23)、e(26)，通过电弧点焊(19)(22)(25)固定于支架板上。
3.操作工作台的使用：焊工在操作工作台产生的各种困难条件下，进行管对接试件组的对接焊缝的焊接，当打底道焊接遇到临时定位板时，去除临时定位板，然后继续焊接，直到整个对接焊缝完成。所述焊接方法为手工钨极惰性气体保护焊(使用纯钨或活化钨电极的惰性气体保护焊)或者手工焊条电弧焊(用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法)。然后按考核规范和标准所要求的射线检验项目进行检验，如符合合格要求，即为培训和考试合格。射线检测项目为按美国机械工程师学会锅炉及压力容器规范ASME BPVC IX-2019或TSG Z6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则中所要求的射线检测。
待一个管对接试件组焊接完成后，如需调整管对接试件组的外直径、内壁对口错边量、坡口根部间隙不均匀的程度，只需重新组对一付新的管对接试件组并调整以上难度项的数值，焊接即可；如需调整管对接试件组底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、长度、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距的困难程度，只需修磨去除相应的电弧点焊处，重新调整以上难度项的数值并电弧点焊，开始新的管对接试件焊接即可。
最后应说明的是，以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述工作台至少包括支架板、管对接试件组、障碍管；所述管对接试件组由至少两个管对接试件A和B组成；所述支架板垂直于地面放置；所述管对接试件组大致水平地固定在所述支架板上；所述管对接试件组还包括若干临时定位板，所述管对接试件A和B通过所述临时定位板点焊组成所述管对接试件组；所述管对接试件组的外直径为50~508mm，厚度为3~25mm；所述管对接试件组的坡口面角度为30º~45º；所述管对接试件组的内壁对口错边量为3~6mm；所述管对接试件组的顶部坡口根部间隙a为2~4mm，底部坡口根部间隙b为4~8mm；所述管对接试件组的底部离地面的距离H为350~500mm。
2.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述管对接试件组通过固定装置或者电弧点焊大致水平地固定在所述支架板上。
3.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述障碍管的外直径为50~508mm。
4.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述障碍管的长度大于或等于所述管对接试件组的长度。
5.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述障碍管的数量至少为三个，以所述管对接试件组为中心，分别布置于所述管对接试件组的周围。
6.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述障碍管与所述管对接试件组的管道净距为50~400mm。
7.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述支架板和所述障碍管的材料应与所述管对接试件组一致，为奥氏体不锈钢或者铝合金。
8.根据权利要求1所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述管对接试件组的材料为铝合金时，所述管对接试件组还包括焊接衬垫，其放置于所述管对接试件组的坡口的背面，其材料为奥氏体不锈钢或铝合金。
9.根据权利要求2所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述固定装置包括等边角钢、旋转手柄、固定螺帽和固定丝杆。
10.根据权利要求9所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：所述等边角钢与所述支架板的材料相同，其电弧点焊于所述支架板上。
11.根据权利要求10所述的用于管对接试件焊接的工作台，其特征在于：等边角钢通过电弧点焊与支架板固定，处于水平位置；固定螺帽位于等边角钢的斜45º方向，与等边角钢的距离为650mm，通过电弧点焊与支架板固定；固定丝杆旋入固定螺帽；所述管对接试件组放置在等边角钢上，坡口根部间隙b的部位放于底部；旋转手柄可旋紧固定丝杆，通过等边角钢和旋紧的固定丝杆夹紧所述管对接试件组，所述管对接试件组处于水平固定位置。
12.基于权利要求1-11任一权利要求所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：提供两个管对接试件A和B，在两个管对接试件的接口端经坡口机加工出坡口面角度，按一定量的内壁对口错边量、顶部坡口根部间隙a、底部坡口根部间隙b组对，通过临时定位板经电弧点焊固定组成一对管对接试件组，临时定位板的数量为三个，但都不放置在所述管对接试件组的最低点；
所述支架板垂直于地面放置，所述管对接试件组相对于所述支架板处于水平固定位置，管对接试件组的底部离地面的距离为H；三个障碍管以管对接试件组为中心，分布在所述管对接试件组的周围，与管对接试件组的管道净距分别为c、d、e，通过电弧点焊与支架板固定处于水平固定位置；
焊工对管对接试件组的对接焊缝进行焊接，当打底道焊接遇到临时定位板时，修磨去除临时定位板的电弧点焊处，然后继续焊接，直到整个对接焊缝完成。
13.根据权利要求12所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：待所述管对接试件组焊接完成后，修磨去除支架板的电弧点焊处，移除管对接试件组和障碍管。
14.根据权利要求12所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙组成一对新的管对接试件组；并且通过调整管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，进行再一次的管对接试件焊接。
15.根据权利要求12所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：所述管对接试件组通过固定装置大致水平地固定于所述支架板上。
16.根据权利要求12所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：所述管对接试件组通过电弧点焊大致水平地固定于所述支架板上。
17.根据权利要求12所述的用于管对接试件焊接的工作台的使用方法，其特征在于：通过调整管对接试件组的外直径、坡口面角度、内壁对口错边量、坡口根部间隙；管对接试件组的底部离地面的距离、管对接试件组周围的障碍管的外直径、数量、位置、障碍管与管对接试件组间的管道净距，达到不同的焊接难度。
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