CN114131255A - 薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装及方法。本发明包括内支撑结构、穹顶结构和水冷机构，所述穹顶结构的拱面结构、规格与封头内壁匹配，与封头内壁形成多点/线/面接触，所述内支撑结构与穹顶结构底部凹面相连，所述内支撑结构和穹顶结构上均开设有加工定位孔，所述水冷机构用于通过水体流动带走管壁热量实现焊缝快速降温。本发明合理的薄壁封头贯穿多接管结构加工、焊接和热处理工艺方案，确保工装拆除后接管尺寸稳定，减少使用过程中焊接应力持续释放造成的接管位移。

Description

薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制装置及方法

技术领域

本发明涉及薄壁封头焊接技术领域，尤其涉及一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装及方法。

背景技术

对于薄壁封头贯穿多接管结构，接管与封头焊缝形成封闭环缝，焊接应力大，由于封头壁薄，加工接管孔后封头整体刚性降低，焊接过程中无法形成刚性拘束，焊接应力导致的接管-封头变形，以及邻近接管焊接变形叠加的二次变形，将直接影响封头-接管组件的外形尺寸，对于该类结构中接管位置度要求较严的情况，将难以保证接管的最终位置精度满足要求。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装及方法。本发明采用的技术手段如下：

一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，包括内支撑结构、穹顶结构和水冷机构，所述穹顶结构的拱面结构、规格与封头内壁匹配，与封头内壁形成多点/线/面接触，所述内支撑结构与穹顶结构底部凹面焊接相连，所述内支撑结构上加工接管定位孔，所述穹顶结构上开设有通孔，两者孔中心尺寸一致，所述水冷机构用于大管径和小管径内，通过上下堵头及密封圈与管内壁固定并形成密封，通过密封腔内水体流动带走管壁热量实现焊缝快速降温。

进一步地，所述内支撑结构为台阶式搭叠支撑板，支撑板上建立与封头相同基准面并加工孔，从而形成台阶状的接管定位孔，对封头内侧接管延伸段形成限位。

进一步地，所述水冷机构包括大管径水冷工装，其包括上、下堵板和进水管、回水管，所述进水管和回水管均设置在下堵板上，所述回水管出水口高于进水管进水口，所述进水管和回水管与下堵板连接处均设有快速接头，所述上、下堵板均开设环形密封槽，其间设有O型密封圈。

进一步地，所述水冷机构包括小管径水冷工装，该工装为多管串联循环水工装，工装主体为部分中空导水管，导水管的上下端分别设有上堵头和下堵头，上下堵头分别设有快速接头连接进出水管，每两件相连接管水循环通道为下进-上出-上进-下出，出水口均高于焊缝高点。

一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制方法，包括如下步骤：

步骤1、封头装配穹顶结构和内支撑结构，根据接管分布规律，制定由里向外的管孔加工方案，大管径管孔加工按逐层分批加工，小管径接管一次加工完毕，其中，分布同一圆周接管为一层；

步骤2、根据管孔加工顺序制定相同顺序焊接方案，由内向外逐层装配焊接接管，每层接管焊接时采取两两对称或三三对称施焊顺序，外侧深坡口焊接完毕后，入炉消应力热处理；

步骤3、整体入炉进行奥氏体化消应力热处理，采用低于奥氏体不锈钢固溶处理温度50～100℃的热处理规范，室温入炉快速升温，保温结束后空冷快速降温，热处理全程提供惰性保护气氛。

步骤4、出炉后，采用气刨、打磨的机械加工方式拆除封头与穹顶结构连接板。

本发明封头曲面结构装配多接管时通过台阶状的内支撑结构完成三轴尺寸定位及精度控制，并在接管焊接过程中加强封头刚性，提供水冷及变形控制；本发明合理的薄壁封头贯穿多接管结构加工、焊接和热处理工艺方案，确保工装拆除后接管尺寸稳定，减少使用过程中焊接应力持续释放造成的接管位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装主视图。

图2为本发明薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装俯视图。

图3为本发明实施例中大管径单管独立循环水冷工装示意图。

图4为本发明实施例中小管径多管串联循环水冷工装示意图。

图5为本发明实施例中小管径多管串联循环水冷工装的下进上出水冷装置导水管示意图。

图6为本发明实施例中小管径多管串联循环水冷工装的上进下出水冷装置导水管示意图。

图中：1、穹顶结构；2、内支撑结构；3、大管径水冷工装；4、小管径水冷工装；41、上堵板；42、下堵板；43、回水管；44、快速接头一；51、下堵头一；52、B-U管；53、上堵头一；54、上堵头二；55、U-B管；56、下堵头二；57、快速接头二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～6所示，本申请公开了一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，本发明使得薄壁封头贯穿多接管结构在焊接过程中控制接管位置精度，本发明包括内支撑结构2、穹顶结构1和水冷机构，所述穹顶结构的拱面结构、规格与封头内壁匹配，穹顶冲压成型，与封头内壁形成多点/线/面接触，加强封头刚性；所述内支撑结构与穹顶结构底部凹面相连，所述内支撑结构和穹顶结构上均开设有加工定位孔，所述水冷机构用于通过水体流动带走管壁热量实现焊缝快速降温。

所述内支撑结构为台阶式搭叠支撑板，支撑板上建立与封头相同基准面并加工孔，从而形成台阶状的接管定位孔。本实施例中，所述台阶式搭叠支撑板为三层，其与穹顶焊接连接形成一体，增强穹顶刚性。装配时，接管落入台阶孔内一步实现接管X、Y、Z三轴尺寸及位置度定位。

使用过程中，内支撑结构、穹顶结构与封头连接方式为焊接或机械把合连接。内支撑结构对薄壁封头提供刚性加强，对接管下端进行内箍形成限位。

所述水冷机构包括大管径水冷工装3，该工装为单管独立循环水冷工装，其包括上堵板41、下堵板42和进水管、回水管43，所述进水管和回水管均设置在下堵板上，所述回水管出水口高于进水管进水口，所述进水管和回水管与下堵板连接处均设有快速接头一44，所述上、下堵板均开设环形密封槽，其间设有O型密封圈，本实施例中，每侧堵板布置2圈O型密封圈。水循环方式为下部进水口进水，下堵板外侧采用快速连接头在进水/出水口处连接PU管和冷却水箱，内部回水管高点回水，回水管高于焊缝高点位置，可实现低温水在接管内流动及充盈，通过管壁与水体的热交换有效降低焊缝温度，减小变形。

所述水冷机构包括小管径水冷工装4，该工装为多管串联循环水工装，工装主体为部分中空导水管，导水管的上下端分别设有上堵头和下堵头，上下堵头分别设有快速接头二57连接进出水管，每两件相连接管水循环通道为下堵头一51进-上堵头一53出-上堵头二进54-下堵头二出56，出水口均高于焊缝高点。可实现低温水在接管内充盈，通过水体流动带走管壁热量实现焊缝快速降温。导水管由不锈钢棒加工成部分中空导水管，通过调整水流通道和进/出水口位置形成不同的水循环通道，下进上出水冷装置导水管(B-U管52)见图5所示，进水口、出水口位于管两端，上进下出水冷装置导水管管(U-B55)见图6所示，进水口、出水口位于管一端。

本发明还公开一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制方法，包括如下步骤：

步骤1、封头装配穹顶结构和内支撑结构，根据接管分布规律，制定由里向外的管孔加工方案，大管径管孔加工按逐层分批加工，小管径接管一次加工完毕，有效提高封头本体刚性，降低加工难度，其中，分布同一圆周接管为一层；通过开孔顺序的控制，可有效提高封头开孔过程中的刚性，减小后续焊接接管时的变形。

步骤2、根据管孔加工顺序制定相同顺序焊接方案，由内向外逐层装配焊接接管，每层接管焊接时采取两两对称或三三对称施焊顺序，外侧深坡口焊接完毕后，入炉消应力热处理；采用氩弧焊焊接方法，采用两两对称的焊接顺序，减小应力不均对接管位置尺寸的影响。

步骤3、整体入炉进行奥氏体化消应力热处理，采用低于奥氏体不锈钢固溶处理温度50～100℃的热处理规范，室温入炉快速升温，保温结束后空冷快速降温，热处理全程提供惰性保护气氛，既规避了奥氏体不锈钢在热处理过程中的敏化影响和表面氧化，也有效消除了焊后残余应力，减小拆除工装后的变形量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，其特征在于，包括内支撑结构、穹顶结构和水冷机构，所述穹顶结构的拱面结构、规格与封头内壁匹配，与封头内壁形成多点/线/面接触，所述内支撑结构与穹顶结构底部凹面焊接相连，所述内支撑结构上加工接管定位孔，所述穹顶结构上开设有通孔，两者孔中心尺寸一致，所述水冷机构用于大管径和小管径内，通过上下堵头及密封圈与管内壁固定并形成密封，通过密封腔内水体流动带走管壁热量实现焊缝快速降温。

2.根据权利要求1所述的薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，其特征在于，所述内支撑结构为台阶式搭叠支撑板，支撑板上建立与封头相同基准面并加工孔，从而形成台阶状的接管定位孔，对封头内侧接管延伸段形成限位。

3.根据权利要求1所述的薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，其特征在于，所述水冷机构包括大管径水冷工装，其包括上、下堵板和进水管、回水管，所述进水管和回水管均设置在下堵板上，所述回水管出水口高于进水管进水口，所述进水管和回水管与下堵板连接处均设有快速接头，所述上、下堵板均开设环形密封槽，其间设有O型密封圈。

4.根据权利要求1或3所述的薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制工装，其特征在于，所述水冷机构包括小管径水冷工装，该工装为多管串联循环水工装，工装主体为部分中空导水管，导水管的上下端分别设有上堵头和下堵头，上下堵头分别设有快速接头连接进出水管，每两件相连接管水循环通道为下进-上出-上进-下出，出水口均高于焊缝高点。

5.一种薄壁封头多接管焊接变形精密尺寸控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、封头装配穹顶结构和内支撑结构，采用连接板将封头与穹顶结构连接固定，根据接管分布规律，制定由里向外的管孔加工方案，大管径管孔加工按逐层分批加工，小管径接管一次加工完毕，其中，分布同一圆周接管为一层；

步骤2、根据管孔加工顺序制定相同顺序焊接方案，由内向外逐层装配焊接接管，每层接管焊接时采取两两对称或三三对称施焊顺序，外侧深坡口焊接完毕后，入炉消应力热处理；

步骤3、整体入炉进行奥氏体化消应力热处理，采用低于奥氏体不锈钢固溶处理温度50～100℃的热处理规范，室温入炉快速升温，保温结束后空冷快速降温，热处理全程提供惰性保护气氛。

步骤4、出炉后，采用气刨、打磨的机械加工方式拆除封头与穹顶结构连接板。

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