CN113102870A - 管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法，涉及换热器管件与管板的焊接领域。该枪头主要由导电芯轴、钨极、上下定位绝缘套、可调螺母构成，上定位绝缘套套在导电芯轴的外部上方，其上部还一体连接有环板，用于悬挂固定整个枪头，可调螺母螺纹连接在上定位绝缘套外部，导电芯轴内部设置有保护气体孔，保护气体孔入口沿着导电芯轴的轴向设置，出口位于导电芯轴下部且沿径向延伸至导电芯轴外侧，钨极位于保护气体孔的下方，导电芯轴的底部还套有下定位绝缘套，底面上还设有一个压紧螺钉；在焊接时还采用了氩气保护套。本发明所提供的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法，提高了接头抗应力腐蚀和缝隙腐蚀稳定性，提高了设备安全使用性能。

Description

管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法
技术领域
本发明涉及换热器管件与管板的焊接领域，具体为一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法。
背景技术
换热器是石油化工行业广泛使用的设备，管子-管板的连接是制造过程中的重要工序。其接头一般为端面焊接接头（如图1），对于有腐蚀性应力的设备，由于管子-管板之间的缝隙存在于工况中，有腐蚀介质聚集，形成一定的残余应力，造成应力腐蚀；同时，焊缝受到腐蚀性流体的正面冲刷作用，易腐蚀开裂，大大降低了设备的使用寿命。所以需要改进现有的焊接方式。
发明内容
本发明为了解决换热器的焊接中所存在的内孔较小、不便加丝、管壁又很薄，同时换热管又为盘管，常规的背面保护罩无法满足要求，管头内伸很难保证与管板严丝合缝的问题，提供了一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，包括导电芯轴，所述导电芯轴的上部套接有上定位绝缘套，所述上定位绝缘套的上部还一体连接有环板，所述上定位绝缘套外部螺纹连接有可调螺母，所述导电芯轴内部设置有保护气体孔，所述保护气体孔入口沿着导电芯轴的轴向设置，出口位于导电芯轴下部且沿径向延伸至导电芯轴外侧；所述导电芯轴的下部本体内径向安装有钨极，所述钨极位于保护气体孔的下方，所述钨极呈针状，一端为尖锐部且伸出导电芯轴，所述导电芯轴的底部还套有下定位绝缘套，所述导电芯轴的底面上还设有一个压紧螺钉，所述压紧螺钉与下定位绝缘套及导电芯轴均螺纹连接并压紧，所述氩弧焊枪头在焊接时，外部还设有一个氩气保护罩，所述氩气保护罩上还设置有一个氩气进口。
本发明所设计的一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，主要是为了换热器焊接组装设计的，管子与管板焊接处的装配要求很高，而且换热管又是盘管，所以管头内伸很难保证与管板严丝合缝，要求换热管与管板的间隙控制在一定的范围内，以保证接头的焊接质量，而且接头的返修难度很大，由于换热管为盘管，背面氩气保护有一定的难度，其形式至关重要，如保护失效造成管子背面氧化，降低管头的耐蚀性能。所以设计了本发明所提出的内孔旋转氩弧焊枪头，该装置主要由导电芯轴、钨极、上下定位绝缘套、可调螺母构成，上定位绝缘套套在导电芯轴的外部上方，上定位绝缘套的上部还一体连接有环板，用于悬挂固定整个枪头，可调螺母螺纹连接在上定位绝缘套外部，通过旋转可调螺母来调整钨极与焊缝的距离；导电芯轴内部设置有保护气体孔，保护气体孔入口沿着导电芯轴的轴向设置，出口位于导电芯轴下部且沿径向延伸至导电芯轴外侧，焊接前接入，可排出焊接区的空气；钨极安装在导电芯轴的下部本体内，且沿着芯轴的径向安装的，其位于保护气体孔的下方，钨极呈针状，一端为尖锐部且伸出导电芯轴，尖锐部为电弧焊接端，用于旋转焊接。在导电芯轴的底部是下定位绝缘套，导电芯轴的底面上还设有一个压紧螺钉，压紧螺钉使得下定位绝缘套与导电芯轴紧固，而且是螺纹连接；当氩弧焊枪头在焊接时，外部还设有一个氩气保护罩，氩气保护罩上还设置有一个氩气进口，用于焊接时，通入氩气，保护焊接处，防止氧化。
本发明所提出的用内孔旋转氩弧焊结构代替传统的端面结构，是提高换热器管子-管板焊接接头抗应力腐蚀和缝隙腐蚀稳定性的根本途径，如图2所示，因此采用上述内孔旋转氩弧焊枪头的焊接方法，采用了惰性气体作为保护气体，而且采用了全位置自动TIG脉冲氩弧焊，该方法包括如下步骤：
1）焊前准备：
①为了满足管板的装配要求，采用数控钻床加工管孔，以使符合管板与管子相匹配的要求及精度，管子端面车床加工平头；
②装配前严格清理管孔和管子端面的毛刺、油污、水分杂质，并用丙酮溶液清洗焊缝及近缝区20～30mm范围内；
③为了确保装配时管子与管孔的同心度，将内孔旋转氩弧焊枪头装配入管孔，并定位好管子，用TIG焊不加丝点焊于接头处，至少点焊两点，两点间相差180º±5º；
④制作氩气保护罩：采用不锈钢管制作保护罩，为了防止所焊接的管子背面氧化，将不锈钢管，从中间铣开，端面用堵板密封，并开氩气进口；
2）焊接过程：
①采用EWA306电源进行焊接，将内孔旋转氩弧焊枪头采用平衡器吊于龙门架上，旋转可调螺母，调节钨极与焊缝的距离，旋拧枪头的下定位绝缘套管处的压紧螺钉，使钨极压紧于导电芯轴上，导电芯轴的伸出长度可调，保护气体由保护气体孔入口进入，并从出口喷出，排出焊接区的空气；
②内孔旋转氩弧焊枪头的钨极位置调节好后，将整个枪头插入管板孔内，打开氩气，接好地线；同时采用氩气保护罩将所需焊接合拢处密封，并通氩气，防止焊接过程中焊缝背面和空气接触发生氧化；
③用手向前方顶住，按下线控器上的启动开关，电弧自动引燃，内孔旋转氩弧焊枪头进行旋转焊接，焊完后电弧自动衰减，待滞后送气停止后，将枪头慢慢拉出；
④焊接时的工作条件及参数：提前送气时间：3s；滞后送气时间：8s；预熔时间：2.5s；预熔电流：90A；峰值时间：0.15s；峰值电流：128A；基值时间：0.2s；基值电流：35A；
焊接行程：370º；电流衰减时间：6s；焊接速度：170%；焊接电压：9.8～10.3V；
⑤每焊接完一处管子与管板，进行检验：观察焊缝背面是否焊透、成形是否良好、有无明显的内凹、有无裂纹、气孔的缺陷；合格后，行下一个管头的装配、焊接；如不合格，立即返修；
⑥整个管子与管板焊接组装完成后，采用用含1%NH3的气体以0.89MPa进行气密性试验。
优选的，所述导电芯轴为铜芯轴。
优选的，所述上定位绝缘套与下定位绝缘套采用四氟乙烯材料，该材料耐高温，且有很好的绝缘性能。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头及焊接方法，采用惰性气体作为保护气体，使焊缝的机械性能和化学成份接近母材；而且脉冲氩弧焊能有效的减少热量积累对焊缝成形造成的影响，使焊缝成形均匀、美观，并有利于实现全位置焊，提高了换热器管子-管板焊接接头抗应力腐蚀和缝隙腐蚀稳定性，提高了设备安全使用性能。在投入实际使用中后，按严格的工艺规范进行焊接操作，设备共2000余个焊口，一次合格率达98%以上，设备运行两年后，管头未出现任何应力腐蚀开裂情况。
附图说明
图1为现有技术中端面焊接接头。
图2为内孔旋转氩弧焊示意图。
图3为本发明的内孔旋转氩弧焊枪头结构示意图。
图4为本发明的内孔旋转氩弧焊枪头操作示意图。
图中标记如下：1-导电芯轴，2-上定位绝缘套，3-可调螺母，4-下定位绝缘套，5-钨极，6-压紧螺钉，7-保护气体孔，8-氩气保护罩，801-氩气进口，9-管件，10-管板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。
一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，如图3和图4所示：包括导电芯轴1，所述导电芯轴1的上部套接有上定位绝缘套2，所述上定位绝缘套2的上部还一体连接有环板，所述上定位绝缘套2外部螺纹连接有可调螺母3，所述导电芯轴1内部设置有保护气体孔7，所述保护气体孔7入口沿着导电芯轴1的轴向设置，出口位于导电芯轴1下部且沿径向延伸至导电芯轴1外侧；所述导电芯轴1的下部本体内径向安装有钨极5，所述钨极5位于保护气体孔7的下方，所述钨极5呈针状，一端为尖锐部且伸出导电芯轴1，所述导电芯轴1的底部还套有下定位绝缘套4，所述导电芯轴1的底面上还设有一个压紧螺钉6，所述压紧螺钉6与下定位绝缘套4及导电芯轴1均螺纹连接并压紧，所述氩弧焊枪头在焊接时，外部还设有一个氩气保护罩8，所述氩气保护罩8上还设置有一个氩气进口801。
本实施例中，所述导电芯轴1为铜芯轴；所述上定位绝缘套2与下定位绝缘套4采用四氟乙烯材料。
采用本实施例所提供的管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头的焊接方法，包括如下步骤：
1）焊前准备：
①为了满足管板的装配要求，采用数控钻床加工管孔为φ25.4mm，以使符合管板与管子相匹配的要求及精度，管子端面车床加工平头；
②装配前严格清理管孔和管子端面的毛刺、油污、水分杂质，并用丙酮溶液清洗焊缝及近缝区20～30mm范围内；
③为了确保装配时管子与管孔的同心度，将内孔旋转氩弧焊枪头装配入管孔，并定位好管子，用TIG焊不加丝点焊于接头处，至少点焊两点，两点间相差180º±5º；
④制作氩气保护罩：采用不锈钢管制作保护罩，为了防止所焊接的管子背面氧化，将不锈钢管，从中间铣开，端面用堵板密封，并开氩气进口。
2）焊接过程：
①采用EWA306电源进行焊接，将内孔旋转氩弧焊枪头采用平衡器吊于龙门架上，旋转可调螺母，调节钨极与焊缝的距离，旋拧枪头的下定位绝缘套管处的压紧螺钉，使钨极压紧于导电芯轴上，导电芯轴的伸出长度可调，保护气体由保护气体孔入口进入，并从出口喷出，排出焊接区的空气；
②内孔旋转氩弧焊枪头的钨极位置调节好后，将整个枪头插入管板孔内，打开氩气，接好地线；同时采用氩气保护罩将所需焊接合拢处密封，并通氩气，防止焊接过程中焊缝背面和空气接触发生氧化；
③用手向前方顶住，按下线控器上的启动开关，电弧自动引燃，内孔旋转氩弧焊枪头进行旋转焊接，焊完后电弧自动衰减，待滞后送气停止后，将枪头慢慢拉出；
④焊接时的工作条件及参数：提前送气时间：3s；滞后送气时间：8s；预熔时间：2.5s；预熔电流：90A；峰值时间：0.15s；峰值电流：128A；基值时间：0.2s；基值电流：35A；
焊接行程：370º；电流衰减时间：6s；焊接速度：170%；焊接电压：9.8～10.3V；
⑤每焊接完一处管子与管板，进行检验：观察焊缝背面是否焊透、成形是否良好、有无明显的内凹、有无裂纹、气孔的缺陷；合格后，行下一个管头的装配、焊接；如不合格，立即返修；
⑥整个管子与管板焊接组装完成后，采用用含1%NH3的气体以0.89MPa进行气密性试验。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，其特征在于：包括导电芯轴（1），所述导电芯轴（1）的上部套接有上定位绝缘套（2），所述上定位绝缘套（2）的上部还一体连接有环板，所述上定位绝缘套（2）外部螺纹连接有可调螺母（3），所述导电芯轴（1）内部设置有保护气体孔（7），所述保护气体孔（7）入口沿着导电芯轴（1）的轴向设置，出口位于导电芯轴（1）下部且沿径向延伸至导电芯轴（1）外侧；所述导电芯轴（1）的下部本体内径向安装有钨极（5），所述钨极（5）位于保护气体孔（7）的下方，所述钨极（5）呈针状，一端为尖锐部且伸出导电芯轴（1），所述导电芯轴（1）的底部还套有下定位绝缘套（4），所述导电芯轴（1）的底面上还设有一个压紧螺钉（6），所述压紧螺钉（6）与下定位绝缘套（4）及导电芯轴（1）均螺纹连接并压紧；所述氩弧焊枪头在焊接时，外部还设有一个氩气保护罩（8），所述氩气保护罩（8）上还设置有一个氩气进口（801）。
2.根据权利要求1所述的一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，其特征在于：所述导电芯轴（1）为铜芯轴。
3.根据权利要求1所述的一种管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头，其特征在于：所述上定位绝缘套（2）与下定位绝缘套（4）采用四氟乙烯材料。
4.采用权利要求1中的管子与管板的内孔旋转氩弧焊枪头的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）焊前准备：
①为了满足管板的装配要求，采用数控钻床加工管孔，以使符合管板与管子相匹配的要求及精度，管子端面车床加工平头；
②装配前严格清理管孔和管子端面的毛刺、油污、水分杂质，并用丙酮溶液清洗焊缝及近缝区20～30mm范围内；
③为了确保装配时管子与管孔的同心度，将内孔旋转氩弧焊枪头装配入管孔，并定位好管子，用TIG焊不加丝点焊于接头处，至少点焊两点，两点间相差180º±5º；
④制作氩气保护罩：采用不锈钢管制作保护罩，为了防止所焊接的管子背面氧化，将不锈钢管，从中间铣开，端面用堵板密封，并开氩气进口；
2）焊接过程：
①采用EWA306电源进行焊接，将内孔旋转氩弧焊枪头采用平衡器吊于龙门架上，旋转可调螺母，调节钨极与焊缝的距离，旋拧枪头的下定位绝缘套管处的压紧螺钉，使钨极压紧于导电芯轴上，导电芯轴的伸出长度可调，保护气体由保护气体孔入口进入，并从出口喷出，排出焊接区的空气；
②内孔旋转氩弧焊枪头的钨极位置调节好后，将整个枪头插入管板孔内，打开氩气，接好地线；同时采用氩气保护罩将所需焊接合拢处密封，并通氩气，防止焊接过程中焊缝背面和空气接触发生氧化；
③用手向前方顶住，按下线控器上的启动开关，电弧自动引燃，内孔旋转氩弧焊枪头进行旋转焊接，焊完后电弧自动衰减，待滞后送气停止后，将枪头慢慢拉出；
④焊接时的工作条件及参数：提前送气时间：3s；滞后送气时间：8s；预熔时间：2.5s；预熔电流：90A；峰值时间：0.15s；峰值电流：128A；基值时间：0.2s；基值电流：35A；
焊接行程：370º；电流衰减时间：6s；焊接速度：170%；焊接电压：9.8～10.3V；
⑤每焊接完一处管子与管板，进行检验：观察焊缝背面是否焊透、成形是否良好、有无明显的内凹、有无裂纹、气孔的缺陷；合格后，行下一个管头的装配、焊接；如不合格，立即返修；
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