CN219746605U - 一种工艺评定钛合金管对接焊的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，属于钛合金管道焊接技术领域。本实用新型包括第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管，所述的第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管的外侧分别设置有第一U型槽、第二U型槽；所述的第一U型槽、第二U型槽的中部均开设有中心孔，中心孔内安装有中心螺纹杆，所述的第一U型槽、第二U型槽的表面分别连接有第一充气接管、第二充气接管。本实用新型不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，结构件制作工装所有相关连接采用焊接和机械加工，工艺评定钛合金管对接焊为其它管类焊接提供了科学参考依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及钛合金管道焊接技术领域，更具体地说，涉及一种工艺评定钛合金管对接焊的装置。
背景技术
煤焦化、车轮轧机的钛合金管道组装焊接过程中，由于管道在生产过程中输送的液体介质具有易燃、有毒、耐腐蚀性等特点，而且钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层，如果焊接工艺不当很容易产生气孔、未熔合、裂纹等缺陷，故钛合金管道的焊接工艺和操作技术比碳钢及不锈钢标准要高的多。考虑到现场施工焊接接头是否满足使用性能和设计要求的能力，并根据国家压力容器、管道的焊接规定，在培训基地进行能够覆盖现场管道的TA2工业纯钛合金对接管道焊接工艺评定，但是在焊接时存在主要问题是：
1、如图1所示，图中附图标记8是管道单面焊双面成形必须留的间隙，常规做法都是在直径管道上均布三点，先两点在3点和9点之间固定然后从第三点6点两边同时向上焊接，而钛合金比较特殊尤其工艺评定管道标准高，如果按照常规做法先固定的两点焊接，一是固定的局部两点没有整体内外保护焊接效果好，二是整体底层焊接时存在多接头熔合性能差(现场施工管道除外)，故设计制作一种固定工装确保两管道组对有间隙从6点两边同时向上焊接，另外在焊接时还能够控制整体管道的热胀冷缩变形量。
2、钛合金管道正常焊接都是通过内外氩气保护，外侧焊接由图2可知通过拖罩保护，而内侧常规都是采用隔热板两头堵不仅保护效果差而且浪费大量气体，设计制作一种保护效果好便于拆分长期使用的内侧保护气体结构件工装。
3、焊接接头晶粒易粗化、气孔、裂纹。由于钛的熔点高，热容量大，导热性差，焊缝及近缝区容易产生晶粒长大，引起塑性和断裂韧度降低，一般控制热输入采用小电流、快速焊。气孔的产生杜绝有害气体加强内外层保护。裂纹主要避免氢的有害作用减少和消除焊接应力。
综上所述本次钛合金管道焊接工艺评定的关键是焊前单面焊双面成形焊接预留固定间隙、焊接过程中管道内侧气体保护结构件工装以及焊接后试件首先通过承压容器无损检测JB/T4730-2005进行X射线探伤Ⅱ级合格，然后再根据NB/T47016-2011进行力学性能检测，通过对比后确定焊接工艺。故有必要设计一种工艺评定钛合金管对接焊的装置。
实用新型内容
1.实用新型要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提供了一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，本实用新型不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，装置结构新颖，配置紧凑、合理，投资省，占用场地小，运行维护费用低，操作方便，运行可靠，结构件制作工装所有相关连接采用焊接和机械加工，构造简单，制作方便，稳定性好，为工程施工提供了保障，工艺评定钛合金管对接焊为其它管类焊接提供了科学参考依据。
2.技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
本实用新型的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，包括第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管，所述的第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管的外侧分别设置有第一U型槽、第二U型槽；
所述的第一U型槽、第二U型槽的中部均开设有中心孔，中心孔内安装有中心螺纹杆，中心螺纹杆的杆身上依次设置有第一压缩弹簧和第二压缩弹簧；
所述的中心螺纹杆的杆身上还间隔设置有第一固定螺母、第二固定螺母、第三固定螺母、第四固定螺母；
所述的第一压缩弹簧设置在第一固定螺母、第二固定螺母之间，第一压缩弹簧的一端与第二固定螺母固定，第一压缩弹簧的另一端与第一U型槽的内侧面固定；
所述的第二压缩弹簧设置在第三固定螺母、第四固定螺母之间，第二压缩弹簧的一端与第三固定螺母固定，第二压缩弹簧的另一端与第二U型槽的内侧面固定；
所述的第一U型槽、第二U型槽的表面分别连接有第一充气接管、第二充气接管，第一充气接管、第二充气接管的输出端分别延伸至第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管的内侧。
进一步地，所述的第一工艺评定焊接管、第二工艺评定焊接管分别采用无缝钢管通过机械加工单件管的一端为单边坡口30°，第一工艺评定焊接管、第二工艺评定焊接管两管组队焊接时形成V型坡口，V型坡口的双面坡口角度为60°，第一工艺评定焊接管、第二工艺评定焊接管的另一端水平垂直，第一U型槽、第二U型槽的内侧面分别与第一工艺评定焊接管、第二工艺评定焊接管的另一端水平垂直接触。
进一步地，所述的中心螺纹杆采用φ30mm圆钢机械加工而成。
进一步地，所述的第一U型槽3、第二U型槽的上下两侧分别设置有固定螺纹杆，固定螺纹杆的一端分别贯穿第一U型槽、第二U型槽并锁紧第一工艺评定焊接管、第二工艺评定焊接管。
进一步地，所述的第一工艺评定焊接管和第二工艺评定焊接管的外侧设置有拖罩，拖罩的罩体上连接有进气管，拖罩的上方设置有焊丝和焊枪，焊丝的水平夹角为15-35°，焊枪水平夹角为60-90°。
3.有益效果
采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本实用新型不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，装置结构新颖，配置紧凑、合理，投资省，占用场地小，运行维护费用低，操作方便，运行可靠，结构件制作工装所有相关连接采用焊接和机械加工，构造简单，制作方便，稳定性好，为工程施工提供了保障，工艺评定钛合金管对接焊为其它管类焊接提供了科学参考依据。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构图；
图2为本实用新型的焊接过程图。
图中：101、第一工艺评定焊接管；102、第二工艺评定焊接管；2、中心螺纹杆；301、第一U型槽；302、第二U型槽；4、固定螺纹杆；501、第一固定螺母；502、第二固定螺母；503、第三固定螺母；504、第四固定螺母；601、第一压缩弹簧；602、第二压缩弹簧；701、第一充气接管；702、第二充气接管；8、坡口间隙；9、V型坡口；10、拖罩；11、进气管；12、焊丝；13、焊枪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述：
实施例1
从图1-2可以看出，本实施例的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，包括第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102，第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102的外侧分别设置有第一U型槽301、第二U型槽302；
第一U型槽301、第二U型槽302的中部均开设有中心孔，中心孔内安装有中心螺纹杆2，中心螺纹杆2的杆身上依次设置有第一压缩弹簧601和第二压缩弹簧602；
中心螺纹杆2的杆身上还间隔设置有第一固定螺母501、第二固定螺母502、第三固定螺母503、第四固定螺母504；
第一压缩弹簧601设置在第一固定螺母501、第二固定螺母502之间，第一压缩弹簧601的一端与第二固定螺母502固定，第一压缩弹簧601的另一端与第一U型槽301的内侧面固定；
第二压缩弹簧602设置在第三固定螺母503、第四固定螺母504之间，第二压缩弹簧602的一端与第三固定螺母503固定，第二压缩弹簧602的另一端与第二U型槽302的内侧面固定；
通过压缩第一压缩弹簧601和第二压缩弹簧602来调整两管间隙，坡口间隙8按照锅炉压力容器焊接标准，保证两管间隙在焊接时能够达到单面焊双面成形焊接技术要求。
第一U型槽301、第二U型槽302的表面分别连接有第一充气接管701、第二充气接管702，第一充气接管701、第二充气接管702的输出端分别延伸至第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102的内侧，保证内部充气。
第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102分别采用无缝钢管通过机械加工单件管的一端为单边坡口30°，第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102两管组队焊接时形成V型坡口9，V型坡口9按照锅炉压力容器焊接标准，保证坡口面角度在焊接时能够达到单面焊双面成形焊接技术要求；
V型坡口9的双面坡口角度为60°，第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102的另一端水平垂直，第一U型槽301、第二U型槽302的内侧面分别与第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102的另一端水平垂直接触，形成密封连接。
中心螺纹杆2采用φ30mm圆钢机械加工而成。
第一U型槽301、第二U型槽302采用10mm钢板机械加工焊接而成；
第一U型槽301、第二U型槽302的上下两侧分别设置有固定螺纹杆4，固定螺纹杆4采用φ30mm圆钢机械加工而成，固定螺纹杆4的一端分别贯穿第一U型槽301、第二U型槽302并锁紧第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102。
第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102的外侧设置有拖罩10，拖罩10的罩体上连接有进气管11，拖罩10的上方设置有焊丝12和焊枪13，焊丝12的水平夹角为15-35°，焊枪13水平夹角为60-90°。
一种工艺评定钛合金管对接焊的装置的工艺，其步骤为：
步骤一：首先在中心螺纹杆2上固定第二固定螺母502、第三固定螺母503并调整好两管间隙；
步骤二：然后再分别安装第一压缩弹簧601和第二压缩弹簧602，第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102水平插入中心螺纹杆2上，两管坡口面在内，第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102的外侧分别安装第一U型槽301、第二U型槽302并水平垂直连接；
步骤三：在第一U型槽301、第二U型槽302的上下两侧分别安装固定螺纹杆4，在保证两管坡口间隙8后，通过安装在第一U型槽301、第二U型槽302外侧面的第一固定螺母501、第四固定螺母504分别压缩第一压缩弹簧601、第二压缩弹簧602并锁紧第一U型槽301、第二U型槽302和第一工艺评定焊接管101、第二工艺评定焊接管102；
步骤四：最后把第一充气接管701、第二充气接管702分别插入并焊接在第一U型槽301、第二U型槽302上保证第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102内焊接时进行长期充气；
步骤五：安装焊枪13配套氩气保护拖罩10，从第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102的底部位置正常由下而上焊接。
工艺评定钛合金管对接焊的工艺包括：
焊前准备：
1)焊接设备：YC-350WXS多功能焊机，高纯氩纯度9999.9％，焊接材料：TA2纯钛氩弧焊丝φ2.0mm-φ3.2mm。
2)外侧焊缝保护冷却装置：拖罩10
3)辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、样板、测温仪、放大镜、保温棉
4)焊件材料：TA2工业纯钛合金对接管
5)焊前要求：需用丙酮清洁坡口，清理后的坡口必须在6小时内焊完，否则需重新清理；
6)焊接位置：水平固定全位置焊接；
7)焊接要求：焊缝的表面必须是银白色或金黄色，不能出现蓝色；
焊接工艺参数
焊接工艺路线：由图1所示安装第一工艺评定焊接管101和第二工艺评定焊接管102所有焊接辅助工装--丙酮清洁坡口-提前2分钟送气，以便将管道内部氩气充满以及保护罩中空气置换干净-采用小电流、快速焊控制层间温度小于60°-填充层需要修磨采用角磨机不能用力过猛，以防局部受热剧烈而氧化变色-最后焊缝表面不能出现任何焊接缺陷-滞后2分钟断气，防止高温区域以保护尚未冷却到200℃的部位-确认银白色或金黄色-进行X射线探伤-力学性能检测-交付工艺评定。
具体实施如下：
1)、由图1所示V型坡口9面角度采用机械加工减少气孔、未熔合、裂纹等焊接缺陷形成的几率，坡口间隙8处采用丙酮清洁坡口，清理后的坡口必须在6小时内焊完，通过整体工装提前2分钟送气，以便将管道内部氩气充满以及保护罩中空气置换干净。
2)、由图2所示焊接方法全部采用手工钨极氩弧焊，通过YC-350WXS多功能焊机，高纯氩纯度9999.9％，焊接材料：TA2纯钛氩弧焊丝φ2.0mm-φ3.2mm，正常焊接时从6点起弧由下而上覆盖，喷嘴至工件表面的距离越小越好，一般为8-10mm，焊丝水平夹角15-35°，焊枪水平夹角为60-90°采用小电流、直线快速焊，底层焊接时焊枪尽量不摆动，填充盖面时尽量也不摆动，如果确定要摆动但是幅度不能过大，防止熔池脱离氩气保护而被氧化，控制层间温度小于60°，中间层需要修磨采用角磨机不能用力过猛，以防局部受热剧烈而氧化变色，整体焊接完成后滞后2分钟断气，防止高温区域以保护尚未冷却到200℃的部位，最后检查正反两面焊缝无任何焊接缺陷。
3)、确认每道焊后颜色为银白色或金黄色-通过承压容器无损检测JB/T4730-2005进行X射线探伤-再根据NB/T47016-2011力学性能检测-通过检测效果跟现场管道的TA2工业纯钛合金标准对比性能完全符合要求-交付工艺评定。
本专利涉及到各种钛合金管道对接焊领域，采用型号YC-350WXS多功能焊机确定手工钨极氩弧，选用TA2纯钛氩弧焊丝，通过清理坡口及焊材，采用小电流、快速焊控制层间温度小于60°以下，焊后高温的焊缝通过气体保护冷却到200°以下等等，满足焊接工艺的要求；工艺评定钛合金管道设计制作的单面焊双面成形焊接预留固定间隙和焊接过程中管道内侧气体保护工装不但投资费用低、现场操作维护方便、修复时间短，关键是此工装长期能够满足φ89各种有色金属管道以下工艺评定焊接使用；本实用新型不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，为工程施工提供了保障。工艺评定钛合金管对接焊为其它管类焊接提供了科学参考依据。
本实用新型的装置结构新颖，配置紧凑、合理，投资省，占用场地小，运行维护费用低，操作方便，运行可靠，结构件制作工装所有相关连接采用焊接和机械加工，构造简单，制作方便，稳定性好。
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，包括第一工艺评定焊接管(101)和第二工艺评定焊接管(102)，其特征在于：所述的第一工艺评定焊接管(101)和第二工艺评定焊接管(102)的外侧分别设置有第一U型槽(301)、第二U型槽(302)；
所述的第一U型槽(301)、第二U型槽(302)的中部均开设有中心孔，中心孔内安装有中心螺纹杆(2)，中心螺纹杆(2)的杆身上依次设置有第一压缩弹簧(601)和第二压缩弹簧(602)；
所述的中心螺纹杆(2)的杆身上还间隔设置有第一固定螺母(501)、第二固定螺母(502)、第三固定螺母(503)、第四固定螺母(504)；
所述的第一压缩弹簧(601)设置在第一固定螺母(501)、第二固定螺母(502)之间，第一压缩弹簧(601)的一端与第二固定螺母(502)固定，第一压缩弹簧(601)的另一端与第一U型槽(301)的内侧面固定；
所述的第二压缩弹簧(602)设置在第三固定螺母(503)、第四固定螺母(504)之间，第二压缩弹簧(602)的一端与第三固定螺母(503)固定，第二压缩弹簧(602)的另一端与第二U型槽(302)的内侧面固定；
所述的第一U型槽(301)、第二U型槽(302)的表面分别连接有第一充气接管(701)、第二充气接管(702)，第一充气接管(701)、第二充气接管(702)的输出端分别延伸至第一工艺评定焊接管(101)和第二工艺评定焊接管(102)的内侧。
2.根据权利要求1所述的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，其特征在于：所述的第一工艺评定焊接管(101)、第二工艺评定焊接管(102)分别采用无缝钢管通过机械加工单件管的一端为单边坡口30°，第一工艺评定焊接管(101)、第二工艺评定焊接管(102)两管组队焊接时形成V型坡口(9)，V型坡口(9)的双面坡口角度为60°，第一工艺评定焊接管(101)、第二工艺评定焊接管(102)的另一端水平垂直，第一U型槽(301)、第二U型槽(302)的内侧面分别与第一工艺评定焊接管(101)、第二工艺评定焊接管(102)的另一端水平垂直接触。
3.根据权利要求1所述的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，其特征在于：所述的中心螺纹杆(2)采用φ30mm圆钢机械加工而成。
4.根据权利要求1所述的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，其特征在于：所述的第一U型槽(301)、第二U型槽(302)的上下两侧分别设置有固定螺纹杆(4)，固定螺纹杆(4)的一端分别贯穿第一U型槽(301)、第二U型槽(302)并锁紧第一工艺评定焊接管(101)、第二工艺评定焊接管(102)。
5.根据权利要求4所述的一种工艺评定钛合金管对接焊的装置，其特征在于：所述的第一工艺评定焊接管(101)和第二工艺评定焊接管(102)的外侧设置有拖罩(10)，拖罩(10)的罩体上连接有进气管(11)，拖罩(10)的上方设置有焊丝(12)和焊枪(13)，焊丝(12)的水平夹角为15-35°，焊枪(13)水平夹角为60-90°。
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