CN112756835A - 管板对接焊缝堆焊层加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管板堆焊加工，并公开了一种管板对接焊缝堆焊层加工方法，保留管板外圆加工余量和对接焊缝附近的凹槽区域，加工宽坡口面，在管板外圆周加装垫板，垫板与宽坡口面共面，之后在宽坡口面上堆焊管板堆焊层，堆焊区域的宽度为设计坡口面宽度向两侧各延伸设定宽度，堆焊后机加去除垫板，对管板堆焊层进行探伤，再加工对接焊缝附近的凹槽和管板外圆。本发明通过改变加工顺序，将对接焊缝附近的凹槽区域加工延后至堆焊后进行，利用该部分金属作为内垫板使用，利用管板外圆加工余量将外侧垫板与管板的连接焊缝转移到最终的坡口面以外，避免了垫板连接焊缝对有效堆焊层质量的影响及探伤盲区的影响，加工装配简单，工作量大为减少。

Description

管板对接焊缝堆焊层加工方法

技术领域

本发明涉及管板对接焊缝的堆焊加工。

背景技术

随着电站辅机参数的提高，材质等级在不断提高，尤其在高参数换热器产品中，筒节材质用到2.25Cr1MoV甚至9Cr耐热钢，而管板材质为碳锰低合金钢，两种材料的热处理温度差别很大，直接对接后无法热处理，为了解决筒节与管板对接后无法热处理的难题，目前主要采用在管板和筒节对接焊缝的坡口面堆焊奥氏体钢过渡层的方式来解决。此外，部分化工容器换热器产品中，管板表面堆焊双相不锈钢材料，为了避免后续管板与筒体环缝热处理对双相钢材质的影响，管板与筒节对接后不允许热处理，这就需要在管板和筒节对接焊缝的坡口面堆焊镍基材料，参见于2014年7月2日公开的CN103894711A的记载，管板与筒节对接示意图见图1。

针对管板坡口面的加工及其堆焊，目前是采用先加工好坡口面再进行堆焊的方式，参见图1、图2，其具体加工方式如下。

第一步：管板对接焊缝坡口面的加工，

（1a）、如图1、图2，为便于跟筒体对接和探伤，首先在管板对接坡口的根部开凹槽（3），以便与筒节（7）形成等厚度的对接接头；

（1b）、机加工形成坡口面（5）；

（1c）机加工管板外圆（6），加工去除管板外圆的余量X约5mm，达到图纸尺寸。

第二步：坡口面堆焊，

（2a）、在坡口面的外圆和内圆分别装焊外垫板（1）和内垫板（2）；

（2b）、预热100℃，分别焊妥管板（4）与外垫板（1）及内垫板（2）之间的角焊缝；

（2c）、将管板（4）固定在变位器上，找正，进行堆焊，形成管板堆焊层（10）；

（2d）、机加去除外垫板（1）和内垫板（2），并加工管板堆焊层（10）的表面形成对接坡口面（25），对管板堆焊层（10）进行探伤。

以上所述现有管板对接焊缝堆焊层加工方法存在以下问题。

首先，由于外垫板和内垫板和管板坡口边界需要通过焊接连接起来，但焊接时产生焊接应力会导致垫板变形，在坡口边缘与垫板交界处会产生凹凸不平的问题，该位置容易导致后续堆焊时产生缺陷。其次，管板厚度大，材料碳当量高，与垫板焊接时，如果预热温度不到位很容易产生裂纹，而管板厚度很大，预热时散热快，预热温度很难保证，其与垫板焊接后产生微裂纹的几率也很高，该缺陷不仅影响堆焊质量，而且返修量也很大。此外，UT探伤时管板边缘的堆焊层存在盲区（探伤盲区约2mm宽度），存在堆焊层边缘缺陷未被发现的风险。

发明内容

为了克服焊接变形或焊接缺陷对堆焊加工质量的影响，提高加工质量，本发明所要解决的技术问题是提供一种管板对接焊缝堆焊层加工方法，通过优化坡口处加工顺序，减少了垫板加装工作量，最终提高管板与筒节对接的环形焊缝的加工质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：管板对接焊缝堆焊层加工方法，保留管板外圆加工余量和对接焊缝附近的凹槽区域，加工宽坡口面，堆焊后再加工对接焊缝附近的凹槽和管板外圆。所述的宽坡口面指相对于背景技术中所记载现有加工方法的坡口面而言，位置相同但因坡口面已延伸至待加工的凹槽区域表面，故其宽度更宽的坡口面。

进一步的是，堆焊前，在管板外圆周加装垫板，垫板与宽坡口面共面，之后在宽坡口面上堆焊管板堆焊层，宽坡口面上堆焊区域的宽度为设计坡口面宽度向两侧各延伸设定宽度，机加去除垫板，对管板堆焊层进行探伤。在管板外圆一侧加装垫板，垫板与对接焊缝附近的凹槽区域表面一同用于堆焊时承接对焊层溢出实际对接坡口面所需宽度的金属，同时也用于保证焊剂对焊接电弧的充分保护，否则，焊剂将从管板外圆和凹槽漏下，影响焊剂对焊缝的保护，从而产生缺陷。

所述宽坡口面相对于设计坡口面宽度所延伸的设定宽度不小于3mm，因通常探伤时具有2mm左右宽度的探伤盲区，如此能够确保完成堆焊层探伤的合格区域可覆盖实际的对接坡口面。

由于管板来料存在一定的外圆加工余量，利用该余量作为垫板的一部分，则该部分余量与有效堆焊层之间是无缝连接，不会存在因凹凸不平产生的缺陷，而且，外圆垫板与该余量相互焊接，即使因预热不到位热产生微裂纹，也在后续加工余量时一并去除，不会使微裂纹带入到有效堆焊层中，鉴于以上考虑，管板外圆加工余量X应不小于3mm，最好不小于5mm。在所述垫板上，其与管板连接处开2～3mm深度的V型坡口，坡口角度45～60°，垫板与管板连接时，焊满垫板坡口，对出现的余高打磨焊缝至与宽坡口面齐平。这样即使采用带极堆焊，堆焊区域延伸到垫板上，也能基本避免加装垫板必然存在的垫板与管板的连接焊缝对堆焊的影响。

管板堆焊层的堆焊采用带极堆焊或丝极堆焊。

如果管板外圆加工余量足够，最好不在垫板上堆焊管板堆焊层，垫板仅用于承托为满足堆焊层厚度要求而溢出堆焊区域的金属以及保证焊剂对电弧的有效保护，因此垫板与管板对接焊缝质量不对管板堆焊层质量造成影响。

考虑到垫板与管板的连接焊缝对堆焊的影响，机加去除垫板后随即机加去除部分管板外圆加工余量，并保留剩余加工余量不小于3mm留待探伤后去除，保留该剩余加工余量目的在于消除探伤盲区的影响，也就是将探伤盲区转移在有效堆焊层之外。

管板堆焊层至少应进行超声波探伤。管板堆焊层也可进行UT +PT探伤。

管板堆焊层探伤合格后，机加对接焊缝附近的凹槽和管板外圆，形成管板最终堆焊层和对接坡口面。能确保堆焊质量和对接坡口面质量。

本发明的有益效果是：改变加工顺序，将对接焊缝附近的凹槽区域加工延后至堆焊后进行，利用管板原有的该部分金属作为内垫板使用，装配更为简单，工作量大为减少，且管板待堆焊坡口面不再存在间隙或连接焊缝，不再影响堆焊质量，尤其是影响带极堆焊的质量，同时，也解决了探伤盲区的问题，利用管板外圆加工余量将外侧垫板与管板的连接焊缝转移到最终的坡口面以外，避免了垫板连接焊缝对有效堆焊层质量的影响，也解决了探伤盲区的问题。

附图说明

图1是管板与筒节对接示意图。

图2是原加工方法和现加工方法的对比示意图。

图3是管板的整体结构示意图。

图中标记为：1-外垫板，2-内垫板，3-凹槽，4-管板，5-坡口面，6-管板外圆，7-筒节，8-对接焊缝，9-筒节堆焊层，10-管板最终堆焊层，11-垫板，12-管板正面堆焊层，13-对接焊缝附近的凹槽区域，14-管板堆焊层，15-宽坡口面，16-管板外圆加工余量，17-堆焊区域，25-对接坡口面，X-管板外圆加工余量，X1-部分管板外圆加工余量，X2-剩余加工余量，L-坡口面宽度，L1-设定宽度，h-堆焊层厚度，α-垫板坡口角度，d-垫板坡口深度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的管板对接焊缝堆焊层加工方法，保留管板外圆加工余量X和对接焊缝附近的凹槽区域13，对其先不予加工，而是首先将管板按图纸要求的坡口角度，由管板外缘向内加工，形成比设计坡口面宽度L更宽的宽坡口面15，该宽坡口面15与待加工的凹槽3的表面在同一平面，然后，在管板外圆周加装垫板11，保持垫板11与宽坡口面16共面，之后在宽坡口面15上堆焊管板堆焊层14，堆焊区域17的宽度为设计坡口面宽度L向两侧各延伸设定宽度L1，机加工去除垫板11，加工管板堆焊层14的表面形成对接坡口面25，管板堆焊层14探伤合格后，再加工对接焊缝附近的凹槽3和管板外圆6。该方法巧妙利用管板原有的该部分金属作为内垫板使用，利用管板外圆加工余量将外侧垫板与管板的连接焊缝转移到最终的坡口面以外，避免了垫板加装部位位于堆焊区域，避免了垫板连接焊缝对有效堆焊层质量的影响，并且加工装配更为简单，工作量大为减少，同时，也解决了探伤盲区的问题。

实施例：

如图3所示的管板结构用于与筒节分别堆焊镍基材料堆焊层并热处理后再对接焊接，图3中I部圈示出了用于与筒节对接的焊缝坡口面位置。

如图1、图2所示，管板对接焊缝堆焊层加工方法，相对于管板设计尺寸，在采购管板4时留有5mm的管板外圆加工余量X，将管板4按图纸要求的坡口角度由管板外缘向内加工，形成宽坡口面15，且该宽坡口面15与待加工凹槽表面共面，为了减少管板坡口面堆焊时加装垫板的工作量及保证堆焊质量，凹槽3也暂不加工；在管板4的外圆周加装垫板11，垫板11与宽坡口面15共面，垫板11开2～3mm深度的V型坡口，坡口角度α=45～60°，垫板11与管板4连接时，焊满垫板坡口，对出现的余高打磨焊缝至与宽坡口面15齐平。为了避免垫板11与管板4交界处的连接焊缝缺陷对后续堆焊质量的影响，在加装垫板11前，保留管板外圆的加工余量X=5mm暂不加工。

垫板11焊接并打磨齐平后，开始堆焊管板堆焊层14，堆焊采用带极堆焊或丝极堆焊，宽坡口面15上堆焊区域17的宽度为设计管板-筒体对接焊缝坡口面宽度L及两侧不小于3mm的范围，且不在垫板11上堆焊，管板堆焊层14堆焊完成后，机加去除垫板11，并加工去除1～2mm的管板外圆（意即X1=1～2mm），以保证垫板11与管板4连接焊缝全部去除，保证后续探伤检出缺陷必然为堆焊缺陷，同时加工后须保预留不小于3mm的加工余量（意即X2≥3mm），保证后续探伤盲区位于实际对接坡口面25宽度之外，也即所检区域完全覆盖实际对接坡口面25区域。

管板堆焊层14进行UT探伤，探伤范围为凹槽3在堆焊区域内的槽口处向凹槽一侧延伸至少3mm位置至加工部分管板外圆加工余量X1后的宽坡口面区域。

之后加工成型凹槽3，并加工管板外圆6的剩余加工余量至图纸尺寸，形成管板最终堆焊层10和对接坡口面25。

所得即为可用于与筒节对接的管板工件。

该加工方法的优点是，保留对接焊缝附近的凹槽区域13替代原加工方式中内垫板2的作用，只加外圈垫板，装配更为简单，工作量大为减少，也可预防原加工方法中内垫板2与坡口面相焊接形成的缺陷对有效堆焊层的影响。原方法中加装内垫板2会存在间隙或连接焊缝，影响堆焊质量，尤其带极堆焊的质量，也解决了探伤盲区的问题。此外，外圆垫板加装时利用了管板外圆的5mm加工余量，使得垫板11与管板3的连接焊缝位置被转移到最终用于与筒节对接的对接坡口面25以外，避免了垫板与管板连接焊缝对管板最终堆焊层10质量的影响，同时解决了探伤盲区的问题。

Claims (9)

1.管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：保留管板外圆加工余量X和对接焊缝附近的凹槽区域（13），加工宽坡口面（15），堆焊后再加工对接焊缝附近的凹槽（3）和管板外圆（6）。

2.如权利要求1所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：堆焊前，在管板外圆周加装垫板（11），垫板（11）与宽坡口面（ 15）共面，之后在宽坡口面（15）上堆焊管板堆焊层（14），宽坡口面（15）上堆焊区域（ 17）的宽度为设计坡口面宽度L向两侧各延伸设定宽度L1，机加去除垫板（11），对管板堆焊层（14）进行探伤。

3.如权利要求2所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：所述宽坡口面（15）相对于设计坡口面宽度L所延伸的设定宽度L1不小于3mm。

4.如权利要求3所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：所述管板外圆加工余量X不小于3mm。

5.如权利要求2、3或4所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：在所述垫板（11）上，其与管板（5）连接处开2～3mm深度的V型坡口，坡口角度α=45～60°，垫板（11）与管板（5）连接时，焊满垫板坡口，对出现的余高打磨焊缝至与宽坡口面（15）齐平。

6.如权利要求1、2、3或4所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：管板堆焊层（14）的堆焊采用带极堆焊或丝极堆焊。

7.如权利要求2、3或4所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：机加去除垫板（11）后随即机加去除部分管板外圆加工余量（X1），并保留剩余加工余量（X2）不小于3mm留待管板堆焊层（14）探伤后去除。

8.如权利要求2、3或4所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：管板堆焊层（14）至少进行超声波探伤。

9.如权利要求2、3或4所述的管板对接焊缝堆焊层加工方法，其特征是：管板堆焊层（14）探伤合格后，机加对接焊缝附近的凹槽（3）和管板外圆（6），形成管板最终堆焊层（10）和对接坡口面（25）。

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