CN115654230A - 一种防止焊缝产生气孔的焊接管路及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止焊缝产生气孔的焊接管路，包含：多根空心的子管，多个熔化环；所述子管包含子管第一端和子管第二端；沿子管的周向方向，所述子管第一端的端面的内边缘开有环形凹槽；沿子管的周向方向，所述子管第二端的端面设有环形凸台，所述环形凸台的第一端固定连接子管第二端的端面，环形凸台的第二端位于相邻子管的环形凹槽内；所述熔化环套设在环形凸台的外周并位于相邻的两根子管之间，作为焊接相邻子管用的熔覆金属；焊接之前，沿子管的径向方向，环形凸台的外壁与环形凹槽的内壁在起弧处具有一个间隙。本发明还提供一种焊接方法。本发明的焊接管路易于装配，大大减少焊缝中的气孔缺陷，降低了核电设备的返修率并提高了生产效率。

Description

一种防止焊缝产生气孔的焊接管路及焊接方法

技术领域

本发明涉及核电设备制造技术领域，特别涉及一种防止焊缝产生气孔的焊接管路及焊接方法。

背景技术

核电、化工领域中，由于技术不断进度，核电设备也日益精密化。近几年出现的新产品(如核电换热器)常包含直径10～40mm、壁厚≤3mm的小尺寸管子。小尺寸管子通过对接焊、小尺寸管与管接头对接焊等方式加工成核电设备的部件。由于小尺寸管较长且直径较小，因此无法实施内壁焊接。尤其是将小尺寸管子用于核电换热器的换热管束时，管子排列紧密、管管之间距离较小，受空间限制无法进行手工焊，只能采用激光焊、自动氩弧焊等焊接工艺从外壁进行单面焊双面成形。

并且由于产品中换热管密集分布，换热管之间空间限制会使焊丝产生较大弯曲，导致送丝困难，所以采用小尺寸自动焊机进行小尺寸管对接焊时，管管对接一般采用不留坡口、直接对接自熔的焊接方式，但受装配影响，对接后会存在一定的间隙，焊后焊缝厚度低于母材管壁厚度，为拟补装备间隙导致焊缝厚度减少。或者，预先在管管焊接处添加熔化环充当熔覆金属进行熔覆焊接。然而，熔化环通常比小尺寸管的直径大，很难保证熔化环与待焊管间同轴，对于部分产品换热管都是细长薄壁管，保证同心无错边，装配难度很大。

另一方面，对小尺寸换热管进行对接焊时，会有空气残留在起/收弧处的焊缝内并形成气孔，影响焊接质量，为核电设备埋下安全隐患。

如何克服上述缺陷，对核电设备的小尺寸管进行对接焊，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止焊缝产生气孔的焊接管路，能够用于核电设备，该焊接管路由多个子管焊接而成，并采用熔化环作为相邻子管之间的填充金属。子管第一端的端面开有环形凹槽，子管第二端端面还设置有环形凸台，熔化环套设在环形凸台外周。通过相邻子管的环形凹槽与环形凸台配合，实现对熔化环定位，使得熔化环、与熔化环相邻的两根子管基本上同中心轴，降低了焊接管路的装配难度。同时，通过环形凹槽与环形凸台配合，在焊接时，为子管与熔化环之间的气体生成气体逃逸通道，防止子管与熔化环之间的气体在焊缝中形成气孔。

为了达到上述目的，本发明提供一种防止焊缝产生气孔的焊接管路，用于核电设备，包含：多根空心的子管，多个熔化环；

所述子管包含子管第一端和子管第二端；沿子管的周向方向，所述子管第一端的端面的内边缘开有环形凹槽；沿子管的周向方向，所述子管第二端的端面设有环形凸台，所述环形凸台的第一端固定连接子管第二端的端面，环形凸台的第二端位于相邻子管的环形凹槽内；

所述熔化环套设在环形凸台的外周并位于相邻的两根子管之间，作为焊接相邻子管用的熔覆金属；焊接之前，焊接之前，沿子管的径向方向，环形凸台的外壁与环形凹槽的内壁在起弧处具有一个间隙。

可选的，熔化环的内径匹配环形凸台的外径，熔化环的外径大于子管的外径。

可选的，环形凸台与子管一体化形成。

可选的，环形凹槽的槽深为h1；熔化环的厚度为h2，环形凸台的高度为h3，满足h1+h2>h3。

可选的，环形凸台的外径为d，环形凹槽的直径为D，D>d且D-d<0.3mm。

可选的，通过自动氩弧焊的方式焊接熔化环与相邻的两根子管。

一种焊接方法，用于焊接形成如本发明所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，包含步骤：

将熔化环套设在第一子管的环形凸台外周，将所述第一子管的环形凸台嵌入设置在第二子管的环形凹槽内，熔化环位于第一子管和所述第二子管之间；

在焊接第一子管与第二子管之前，沿第一子管的径向方向，保证环形凸台的环形外壁与环形凹槽的环形内壁在起弧处具有一个间隙，点焊固定第一子管、第二子管和熔化环，点焊位置避开所述起弧处；

从起弧处开始，一体化焊接第一子管、第二子管和熔化环。

可选的，所述间隙的形成方法，包含：

固定第一子管，在起弧处沿第二子管的径向方向向外拉动第二子管；或者，固定第二子管，在起弧处沿第一子管的径向方向向内推动第一子管。

可选的，通过氩弧焊自动焊机在第一子管、第二子管的外壁进行焊接，单面焊两面成型。

可选的，沿第一子管的周向方向，多个点焊位置均匀分布。

与现有技术相比，本发明的防止焊缝产生气孔的焊接管路及焊接方法的有益效果在于：

1)本发明的焊接管路能够满足新型核电设备的精密化加工需求，本发明的焊接方法尤其适用于对直径较小、壁厚较薄、排列紧密的焊接管路进行自动焊接的场景。

2)本发明的焊接管路由多个子管焊接而成，并采用熔化环作为相邻子管之间的填充金属。子管第一端的端面设置环形凹槽，子管第二端端面还设置有环形凸台，熔化环套设在环形凸台外周。通过相邻子管的环形凹槽与环形凸台配合，实现对熔化环定位，使得熔化环、与熔化环相邻的两根子管同中心轴，降低了焊接管路的装配难度。

3)本发明中通过环形凹槽与环形凸台配合，在焊接时，为子管与熔化环之间的气体生成气体逃逸通道，防止子管与熔化环之间的气体在焊缝中形成气孔。

4)本发明能够大大降低核电设备的返修率，显著提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术中，直接对接焊第一管路和第二管路的示意图；

图2为现有技术中，通过熔化环焊接第一管路、第二管路的示意图；

图3为本发明实施例中，子管的示意图；

图4为本发明实施例中，装配好的第一子管、第二子管、熔化环的示意图；

图5为图4圆圈处的放大图；

图6至图10为本发明实施例中，第一子管与第二子管之间的焊缝形成过程示意图；

图11为图9的局部放大示意图；

图12为本发明实施例中，在焊接之前，沿子管的径向方向，使环形凸台与环形凹槽在起弧处具有第三间隙的示意图；

图13为本发明实施例中，焊接方法的流程图；

图14、图15为本发明实施例中，在第一子管和第二子管之间形成第三间隙的示意图。

图中：11、第一管路；12、第二管路；

21、子管；21a、第一子管；21b、第二子管；211、环形凹槽；212、环形凸台；23、熔化环；

30、封闭空间；

g1、第一间隙；g2、第二间隙；g3、第三间隙。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为现有技术中，通过直接对接焊的方式，焊接第一管路11、第二管路12的示意图。这种方式会导致焊缝凹陷，焊缝处厚度小于第一管路11、第二管路12的壁厚，导致焊缝处强度降低。

图2为现有技术中，通过熔化环13焊接第一管路11、第二管路12的示意图。如图2所示，第一管路11、第二管路12的焊接面均为平面。熔化环13作为填充金属(也称熔覆金属)设置在第一管路11和第二管路12的焊接面之间。通常熔化环13的直径略大于第一管路11、第二管路12的外径。因此，难以保证第一管路11、第二管路12同中心轴，装配较为困难。

本发明提供一种防止焊缝产生气孔的焊接管路，能够用于核电设备(例如核电换热器的换热管，此仅作为示例，不作为本发明的限制)，所述焊接管路由多根空心的子管21依序焊接而成，相邻的两根子管21之间设有一个熔化环23，所述熔化环23作为相邻子管21进行焊接的熔覆金属。本实施例中的焊接方式为自动氩弧焊，此仅作为示例，不作为本发明的限制。

如图3所示，子管21包含子管第一端和子管第二端。沿子管21的周向方向，子管第一端的端面的内边缘开有环形凹槽211。沿子管21的周向方向，子管第二端的端面设有环形凸台212。本实施例中，环形凸台212与子管21一体化形成。

图4示出了装配好的两个子管21(分别为第一子管21a和第二子管21b)、熔化环23的示意图，图4中的圆圈表示焊接的起弧处。图4仅作为示例，本发明中的焊接管路所包含的子管21数量依实际情况而定。如图4所示，熔化环23套设在第一子管21a的环形凸台外周，并位于第一子管21a和第二子管21b之间。第一子管21a的环形凸台212的第一端固定连接第一子管21a的第二端端面，第一子管21a的环形凸台212的第二端位于相邻第二子管21b的环形凹槽211内。本实施例中，环形凸台212的外径为d，环形凹槽211的直径为D，D>d且D-d<0.3mm。

如图4所示，熔化环23的内径匹配环形凸台212的外径，熔化环23的外径大于子管21的外径。通过第一子管21a的环形凸台212与第二子管21b的环形凹槽211配合，实现对熔化环23定位，并使得熔化环23、第一子管21a、第二子管21b基本上同中心轴，降低了焊接管路的装配难度。

本实施例中，为了便于将熔化环23套设在环形凸台外周，熔化环23的内径通常略大于环形凸台212的外径。如图5所示，在第一子管21a的径向方向上，环形凸台212与熔化环23之间存在第一间隙g1。

焊接时，在热源作用下，焊件上形成的具有一定形状的液态金属部分被称的焊接溶池。弧焊过程中，电弧下的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部。随着电弧前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。图6至图10示出了焊接中，焊缝形成过程的示意图。图6至图10中的斜条纹阴影表示已形成的焊缝。图10处的网格状阴影表示对起弧焊道与收弧焊道的交接处重复焊接。如图9、图11所示，起弧焊道与收弧焊道相交时，会形成一个三角形的封闭空间30。由于起弧焊道与收弧焊道已交接，第一间隙g1内的气体进入该封闭空间30内，无法从起弧焊道与收弧焊道的相交处(图11中的A点所示)逸出。此时若在起弧处，如图5所示，环形凸台212的外壁贴合环形凹槽211的环形内壁，第一间隙g1内的空气由于没有逸出通道，就会进入起弧焊道与收弧焊道相交处的熔池内，导致熔池冷却后在起弧处的焊缝内产生气孔缺陷。

为了解决在起弧出的焊缝内产生气孔的问题，本实施例中，如图12所示，环形凹槽211的槽深为h1，熔化环23的厚度为h2，环形凸台212的高度为h3，满足h1+h2>h3，因此沿第一子管21a的轴向方向，环形凸台212的第二端端部与第二子管21b之间具有第二间隙g2。

在焊接第一子管21a与第二子管21b之前，沿第一子管21a的径向方向，保证环形凸台212的环形外壁与环形凹槽211的环形内壁在起弧处具有第三间隙g3，则第一间隙g1内的空气可以通过由第三间隙g3、第二间隙g2形成的气体逃逸通道排出，而不会在起弧处的焊缝内产生气孔。

本发明还提供一种焊接方法，用于焊接形成如本发明所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，如图13所示，包含步骤：

S1、装配子管21和熔化环23。将熔化环23套设在第一子管21a的环形凸台外周，将所述第一子管21a的环形凸台212嵌入设置在第二子管21b的环形凹槽211内，熔化环23位于第一子管21a和所述第二子管21b之间。

S2、保证环形凸台212的环形外壁与环形凹槽211的环形内壁在起弧处具有一个间隙，可以通过两种方式：1)如图14所示，固定第一子管21a，在起弧处沿第二子管21b的径向方向向外拉动第二子管21b；2)如图15所示，固定第二子管21b，在起弧处沿第一子管21a的径向方向向内推动第一子管21a。

S3、点焊固定第一子管21a、第二子管21b和熔化环23，点焊位置避开所述起弧处。本实施例中，沿第一子管21a的周向方向，多个点焊位置均匀分布。

S4、第一子管21a、第二子管21b的外壁进行焊接，单面焊两面成型。本实施例中通过氩弧焊自动焊机进行焊接。

本发明的焊接管路由多个子管21焊接而成，并采用熔化环23作为相邻子管21之间的填充金属。通过环形凹槽211与环形凸台212配合，在焊接时，为子管21与熔化环23之间的气体生成气体逃逸通道，防止子管21与熔化环23之间的气体在焊缝中形成气孔。本发明能够满足新型核电换热器设备的需求，尤其适用于对直径较小、壁厚较薄、排列紧密的焊接管路进行自动焊接的场景。本发明能够大大降低核电换热器设备的返修率，显著提高了工作效率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换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的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种防止焊缝产生气孔的焊接管路，用于核电设备，其特征在于，包含：多根空心的子管，多个熔化环；

所述子管包含子管第一端和子管第二端；沿子管的周向方向，所述子管第一端的端面的内边缘开有环形凹槽；沿子管的周向方向，所述子管第二端的端面设有环形凸台，所述环形凸台的第一端固定连接子管第二端的端面，环形凸台的第二端位于相邻子管的环形凹槽内；

所述熔化环套设在环形凸台的外周并位于相邻的两根子管之间，熔化环作为焊接相邻子管用的熔覆金属；焊接之前，沿子管的径向方向，环形凸台的外壁与环形凹槽的内壁在起弧处具有一个间隙。

2.如权利要求1所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，熔化环的内径匹配环形凸台的外径，熔化环的外径大于子管的外径。

3.如权利要求1所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，环形凸台与子管一体化形成。

4.如权利要求1所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，环形凹槽的槽深为h1；熔化环的厚度为h2，环形凸台的高度为h3，满足h1+h2>h3。

5.如权利要求1所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，环形凸台的外径为d，环形凹槽的直径为D，D>d且D-d<0.3mm。

6.如权利要求1所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，通过自动氩弧焊的方式焊接熔化环与相邻的两根子管。

7.一种焊接方法，用于焊接形成如权利要求1至6任一所述的防止焊缝产生气孔的焊接管路，其特征在于，包含步骤：

将熔化环套设在第一子管的环形凸台外周，将所述第一子管的环形凸台嵌入设置在第二子管的环形凹槽内，熔化环位于第一子管和所述第二子管之间；

在焊接第一子管与第二子管之前，沿第一子管的径向方向，保证环形凸台的环形外壁与环形凹槽的环形内壁在起弧处具有一个间隙，点焊固定第一子管、第二子管和熔化环，点焊位置避开所述起弧处；

从起弧处开始，一体化焊接第一子管、第二子管和熔化环。

8.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述间隙的形成方法，包含：

固定第一子管，在起弧处沿第二子管的径向方向向外拉动第二子管；或者，固定第二子管，在起弧处沿第一子管的径向方向向内推动第一子管。

9.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，通过氩弧焊自动焊机在第一子管、第二子管的外壁进行焊接，单面焊两面成型。

10.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，沿第一子管的周向方向，多个点焊位置均匀分布。

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