可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置及环缝焊接工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及核级设备筒体焊接工艺，具体涉及一种可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置及环缝焊接工艺，保护装置包括与待焊设备筒体内表面相适配的可拆卸衬块，可拆卸衬块上设有沿焊缝方向排列的多个保护气通孔；所述可拆卸衬块设置在托块上，所述托块的下方设有可调节支腿机构，所述可调节支腿机构通过插入杆连接保护气供应装置；在所述的可调节支腿机构和插入杆内均设有保护气通道，保护气通道连通保护气供应装置与托块的集气槽；所述可调节支腿机构与行走机构相连接，行走机构的电机连接控制装置。该保护装置根据施焊速度环向转动，提高焊接效率，在保证焊缝背面成型及气体保护的同时，还具有了自动化、多适应性的特点，焊接效果好，利用率高。
【专利说明】可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置及环缝焊接工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及核级设备筒体焊接工艺，具体涉及一种可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置及环缝焊接工艺。
【背景技术】
[0002]目前在核电领域，设备筒体或管道环焊缝多为全焊透设计，焊接工艺一般采用双面焊，即正面焊道完成后，背面清根，再进行背面焊道焊接，这种方法效率低，背面焊接时不易操作，而且仅适用于大口径管道的焊接。另外一种方法是为提高效率而采用环形陶瓷衬垫进行单面焊双面成型，根据管道或设备筒体尺寸制作特殊尺寸的环形陶瓷衬垫进行焊接，此方法的缺点是陶瓷衬垫为一次性焊接辅料，成本高，制作及装配过程繁琐，局限了该方法的使用。目前还有一种氩电联焊工艺用于管道环焊缝焊接，即用氩弧焊打底，手弧焊盖面，虽然提高了效率，但背面焊道的保护仍存在很大的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置及环缝焊接工艺，改善现有技术的缺陷，实现对不同规格设备筒体或管道环焊缝的单面焊双面成型及背面保护，并提高焊接效率，降低焊接成本。
[0004]本发明的技术方案如下:一种可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，包括与待焊设备筒体内表面相适配的可拆卸衬块，可拆卸衬块上设有沿焊缝方向排列的多个保护气通孔；所述可拆卸衬块设置在托块上，所述托块的下方设有可调节支腿机构，所述可调节支腿机构通过插入杆连接保护气供应装置；在所述的可调节支腿机构和插入杆内均设有保护气通道，保护气通道连通保护气供应装置与托块的集气槽；所述可调节支腿机构与行走机构相连接，行走机构的电机连接控制装置。
[0005]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，在所述的插入杆上还设有用于实时检测保护装置转速并将转速传输给控制电脑的转速调节器。
[0006]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述的可拆卸衬块具有紧密配合待焊部件环焊缝弧度的弧形上表面，在弧形上表面上设有弧形焊槽，所述的多个保护气通孔设置在弧形焊槽内，保护气通孔连接托块的集气槽。
[0007]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述的托块具有适用于结合可拆卸衬块的燕尾槽，可拆卸衬块下部设有与所述燕尾槽相适配的燕尾型凸起；所述托块的集气槽设置在所述燕尾槽的下方，集气槽连接保护气供应孔。
[0008]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述的可拆卸衬块的至少一个侧面设有定位凹槽，所述托块的侧面设有与定位凹槽相配合的定位孔及定位销。
[0009]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述的可调节支腿机构包括分开设置的三个可调节长度的支腿以及中心固定球，所述三个支腿位于一个竖直平面中，相隔120度角与中心固定球固定连接；其中一个上支腿固定连接所述托块，并在该上支腿内部设有保护气通道，中心固定球为空腔结构，空腔与上支腿内部的保护气通道连通；两个下支腿连接所述行走机构；中心固定球固定连接插入杆，所述空腔与插入杆内的保护气通道连通。
[0010]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，每个支腿均分为外支腿和内支腿；外支腿与内支腿之间通过锁紧螺母连接；外支腿与所述中心固定球连接且长度固定，内支腿与行走机构或托块固定连接，且内支腿露出外支腿的部分表面设有标尺刻度。
[0011]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述行走机构包括分别设置在两个下支腿上的转向轮及锁死机构，转向轮与电机相连接；每个下支腿均设有两个转向轮，所述两个转向轮沿环焊缝对称设置并能够沿平行环焊缝以及垂直环焊缝两个方向行走，转向轮连接所述锁死机构。
[0012]进一步，如上所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其中，所述的可拆卸衬块为多个，分别具有不同曲率的弧形上表面，以适应不同半径的待焊部件。
[0013]一种采用上述可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置的环缝焊接工艺，包括如下步骤:
[0014]步骤1:待焊核级设备筒体置于旋转支架上，进行待焊坡口尺寸检查及清洁，范围为待焊管道坡口及两侧15_以内的母材表面，该区域尺寸应满足图纸要求且应无油污、油漆、氧化物、铁锈和水分；
[0015]步骤2:待焊坡口无损检验，对待焊坡口进行液体渗透或磁粉检验并验收；
[0016]步骤3:组件定位，组对保留2± Imm的根部间隙，内外错边量满足规范要求并尽量减小；
[0017]步骤4:根据待焊设备筒体弧度制作并选取可拆卸衬块；
[0018]步骤5:将可拆卸衬块插入托块，测试保护装置气路、电路是否通畅；
[0019]步骤6:根据待焊设备筒体半径，调节保护装置的可调节支腿机构，使之与部件半径相适应；
[0020]步骤7:控制行走机构沿垂直环焊缝方向行走，将保护装置置于待焊坡口下，微调衬块以及托块，使之与待焊坡口下部贴合；
[0021]步骤8:将行走机构锁定为沿平行环焊缝方向行走；
[0022]步骤9:通入惰性保护气，预送气15S以上，保证可拆卸衬块内无空气残留；
[0023]步骤10:焊枪定位，施焊；
[0024]步骤11:利用转速调节器和控制装置调整保护装置转速与待焊设备筒体转速、焊速相适应；焊接一段完成后，调整待焊和保护装置至新的焊接位置，再进行下一段的焊接；
[0025]步骤12:焊接结束后先关闭保护气，将行走机构锁定为沿垂直环焊缝方向行走，移出焊接保护装置；拆除该设备筒体，进行其他筒体的焊接。
[0026]本发明的有益效果如下:焊接时，将保护装置置于设备筒体环焊缝底部，并施加了焊接保护气，实现了环焊缝的单面焊双面成型及背面保护，焊缝成型、质量良好，焊接速度快；保护装置可调节，并可以更换衬块部件，以适应不同的部件规格，可重复利用，适应性强并且降低成本；保护装置可根据施焊速度、管道转速电脑调节自身环向转速，初步实现了自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明核级设备筒体环缝焊接保护装置的结构示意图；
[0028]图2为可拆卸衬块的结构示意图；
[0029]图3为托块的结构示意图；
[0030]图4为可调节支腿机构的支腿结构示意图；
[0031]图5为保护气通道结构示意图；
[0032]图6为行走机构的结构示意图；
[0033]图7a和图7b为转向轮支撑架与下支腿的内支腿固定方式示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0035]如图1所示，本发明的核级设备筒体环缝焊接保护装置，由可拆卸衬块1，托块2，可调节支腿机构3，保护气供应装置5，行走机构4，转速调节器6及控制电脑7组成。可拆卸衬块I设置在托块2上，所述托块2的下方设有可调节支腿机构3，所述可调节支腿机构3通过插入杆(8)连接保护气供应装置5 ;在所述的可调节支腿机构3和插入杆8内均设有保护气通道，保护气通道连通保护气供应装置5与托块2的集气槽21 ;所述可调节支腿机构3与行走机构4相连接，行走机构4的电机连接控制电脑7。
[0036]可拆卸衬块具有紧密配合待焊设备筒体环焊缝弧度的弧形上表面，如图2所示，可拆卸衬块上表面设有弧形焊槽11，弧形焊槽11在单面焊时会紧密配合环焊缝形成背面成型焊道，达到双面成型以及背面保护的目的。可拆卸衬块下表面以及侧表面的至少一部分形成燕尾型凸起13用于结合托块，可拆卸衬块内部设有沿焊缝方向排列的多个保护气通孔12，多个保护气通孔12设置在弧形焊槽11内，可拆卸衬块的至少一个侧表面设置有定位凹槽14。可拆卸衬块可以为多个，分别具有不同曲率的弧形上表面，以适应不同半径的待焊管道。
[0037]如图3所示，托块2具有适用于结合可拆卸衬块的燕尾槽，可拆卸衬块可以沿平行环焊缝的方向插入燕尾槽，燕尾槽的下方设置有凹陷型集气槽21用于集中保护气体通到可拆卸衬块的保护气通孔，集气槽上表面还放置有橡胶密封环避免保护气体的泄露。集气槽连接设于托块内部以及集气槽中心的保护气供应孔23，保护气供应孔23直接与保护气系统相连；托块的侧面还设有与可拆卸衬块的定位凹槽相适配的定位孔22以及定位销，定位销插入定位孔以及可拆卸衬块的定位凹槽避免可拆卸衬块的移动，用于与可拆卸衬块定位连接。
[0038]可调节支腿机构3包括分开设置的三个支腿32以及中心固定球31，如图1所示，三个支腿32位于一个平面中，相隔120度角与中心固定球固定连接。三个支腿32均设有调节长度的调节尺，用于根据待焊部件内径调节三个支腿的长度。支腿调节尺的具体结构如图4所示，每个支腿32均分为外支腿33和内支腿34，外支腿33与内支腿34通过锁紧螺母35连接，外支腿33与中心固定球31连接且长度固定，主要起支承作用。内支腿34与行走机构4或托块2固定连接，且内支腿34露出外支腿33的部分表面有标尺刻度，作为调节尺使用，当需要调节支腿长度时，转动内外支腿的配合螺纹根据标尺刻度调节长度。三个支腿其中一个上支腿固定连接托块，采用粘结或者焊接等易于密封的形式，并且该上支腿内部中空设有保护气通道。中心固定球为空腔结构，中心固定球空腔连接该保护气通道；两个下支腿连接行走机构；中心固定球固定连接中空的插入杆，插入杆连接电机输出端和保护气供应装置。
[0039]图5所示的保护气系统由保护气供应装置5提供焊接用惰性保护气体，一般采用氩气瓶供应氩气，惰性保护气体通过设置在插入杆8内的输送管路通入中心固定球31的空腔，并通过上支腿32中的保护气通道到达托块2保护气供应孔，最终通过托块2内设置的集气槽输入到可拆卸衬块I中的保护气通孔，随后施加到焊缝表面。
[0040]行走机构4包括分别设置在两个下支腿上的转向轮及锁死机构，每个下支腿均设有两个转向轮41，转向轮41与电机42相连接。两个转向轮沿环焊缝对称设置并能够沿平行环焊缝以及垂直环焊缝两个方向行走，转向轮连接锁死机构。转向轮及锁死机构的具体结构如图6所示，转向轮支撑架与下支腿的内支腿固定连接，转向轮支撑架连接的内支腿34为中空管形状，如图7a和图7b所示，该内支腿34中空管设有凹陷部以及骨头型四分之一周向长孔37，转向轮支撑架上方设有相应的圆柱形结合部36，该圆柱形结合部36的外径使得其被插入内支腿34中空管后紧密配合，由于内支腿34中空管凹陷部的挤压作用，采用一定的周向力才能相互转动。转向轮支撑架的圆柱形结合部36上连接有可转动的腰圆型卡销38，转向轮支撑架与内支腿34连接后该腰圆型卡销38伸出内支腿34的骨头型四分之一周向长孔37。转向时，先转动腰圆型卡销90度使其与长孔平行(见图7a)，再用力扳动该卡销从四分之一周向长孔一端到另一端，随即再转动腰圆型卡销90度使其与长孔垂直(见图7b)，可实现转向轮沿平行环焊缝以及垂直环焊缝两个方向行走及锁死。
[0041 ] 转速调节器6设置于插入杆8上，可为普通光电传感器或者脉冲传感器，用于实时检测保护装置转速并将转速传输给控制电脑。控制电脑计算出保护装置转速以及待焊部件转速的差值，如果该差值在可允许的范围，则控制电脑不需输出调节信号，如果该差值超过可允许的范围，控制电脑需根据待焊管道转速确定新的保护装置转速，并且传输调节信号至电机，控制保护装置转速与待焊部件转速相适应。
[0042]本发明的采用设备筒体环缝焊接保护装置的环缝焊接工艺具有如下步骤:
[0043]步骤1:将待焊设备筒体置于旋转支架上，一般情况下待焊筒体半径在40cm-100cm之间，并根据实际情况确定焊枪位置。进行待焊坡口尺寸检查及清洁，范围为待焊管道坡口及两侧15_以内的母材表面，该区域尺寸应满足图纸要求且应无油污、油漆、氧化物、铁锈和水分；
[0044]步骤2:待焊坡口无损检验，对待焊坡口进行液体渗透或磁粉检验并验收；
[0045]步骤3:组件定位，组对保留l±lmm的根部间隙，并尽量减小内外错边量；最好采用机械连接固定组对，当壁厚小于12_时亦可采用定位焊组对；
[0046]步骤4:根据待焊设备筒体弧度制作并选取可拆卸衬块；衬块采用黄铜或紫铜机械加工而成，也可采用其他适于加工并且硬度达到要求的金属，在衬块上加工有保护气通孔、燕尾型凸起，加工有定位凹槽作为定位机构，表面粗糙度Ra6.3以下，该衬块加工完成后可多次在相同管径的待焊管道使用，大大节约了成本；
[0047]步骤5:将可拆卸衬块插入托块，并用定位销插入托块的定位孔和可拆卸衬块的定位凹槽卡住，测试保护装置气路、电路是否通畅；
[0048]步骤6:根据待焊部件管径，调节保护装置三个支腿长度，使之等长并与管道半径一致；
[0049]步骤7:扳动卡销，使得控制行走机构沿垂直环焊缝方向行走，将保护装置置于待焊坡口下，微调衬块以及托块，使之与待焊坡口下部贴合；
[0050]步骤8:调节转向轮以及锁死机构，再次扳动卡销，将转向轮锁死为沿平行环焊缝方向行走；
[0051]步骤9:通入惰性保护气，一般为氩气，先进行预送气15S以上，保证可拆卸衬块内无空气残留；
[0052]步骤10:焊枪定位，施焊；
[0053]步骤11:利用转速调节器和控制电脑调整待焊部件转速、焊速与保护装置转速相适应；由于可拆卸衬块与待焊坡口下部贴合，在焊接时会由于摩擦力带动保护装置随着待焊管道转动，因此，需要反方向调节保护装置转速，焊接一段完成后，调整待焊焊接和保护装置至新的焊接位置，再进行下一段的焊接；
[0054]步骤12:焊接结束后先关闭保护气，将行走机构锁定为沿垂直环焊缝方向行走，移出焊接保护装置；拆除该设备筒体，进行其他筒体的焊接。
[0055]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:包括与待焊设备筒体内表面相适配的可拆卸衬块(I)，可拆卸衬块(I)上设有沿焊缝方向排列的多个保护气通孔(12);所述可拆卸衬块(I)设置在托块(2)上，所述托块(2)的下方设有可调节支腿机构(3)，所述可调节支腿机构(3)通过插入杆(8)连接保护气供应装置(5);在所述的可调节支腿机构(3)和插入杆(8)内均设有保护气通道，保护气通道连通保护气供应装置(5)与托块(2)的集气槽(21);所述可调节支腿机构(3)与行走机构(4)相连接，行走机构(4)的电机连接控制装置(7)。
2.如权利要求1所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:在所述的插入杆(8)上还设有用于实时检测保护装置转速并将转速传输给控制电脑的转速调节器⑶。
3.如权利要求1或2所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述的可拆卸衬块(I)具有紧密配合待焊部件环焊缝弧度的弧形上表面，在弧形上表面上设有弧形焊槽(11)，所述的多个保护气通孔(12)设置在弧形焊槽(11)内，保护气通孔(12)连接托块的集气槽(21)。
4.如权利要求3所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述的托块(2)具有适用于结合可拆卸衬块的燕尾槽，可拆卸衬块(I)下部设有与所述燕尾槽相适配的燕尾型凸起(13);所述托块(2)的集气槽(21)设置在所述燕尾槽的下方，集气槽(21)连接保护气供应孔(23)。
5.如权利要求4所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述的可拆卸衬块(I)的至少一个侧面设有定位凹槽(14)，所述托块(2)的侧面设有与定位凹槽(14)相配合的定位孔(22)及定位销。
6.如权利要求1或2所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述的可调节支腿机构(3)包括分开设置的三个可调节长度的支腿(32)以及中心固定球(31)，所述三个支腿(32)位于一个竖直平面中，相隔120度角与中心固定球(31)固定连接；其中一个上支腿固定连接所述托块(2)，并在该上支腿内部设有保护气通道，中心固定球(31)为空腔结构，空腔与上支腿内部的保护气通道连通；两个下支腿连接所述行走机构(4);中心固定球(31)固定连接插入杆(8)，所述空腔与插入杆(8)内的保护气通道连通。
7.如权利要求6所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:每个支腿(32)均分为外支腿(33)和内支腿(34);外支腿(33)与内支腿(34)之间通过锁紧螺母(35)连接；外支腿(33)与所述中心固定球(31)连接且长度固定，内支腿(34)与行走机构(4)或托块(2)固定连接，且内支腿(34)露出外支腿(33)的部分表面设有标尺刻度。
8.如权利要求1或2所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述行走机构(4)包括分别设置在两个下支腿上的转向轮(41)及锁死机构，转向轮(41)与电机(42)相连接；每个下支腿均设有两个转向轮(41)，所述两个转向轮(41)沿环焊缝对称设置并能够沿平行环焊缝以及垂直环焊缝两个方向行走，转向轮连接所述锁死机构。
9.如权利要求3所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置，其特征在于:所述的可拆卸衬块(I)为多个，分别具有不同曲率的弧形上表面，以适应不同半径的待焊部件。
10.一种采用权利要求1-9中任意一项所述的可用于核级设备筒体环缝焊接的保护装置的环缝焊接工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤: 步骤1:待焊核级设备筒体置于旋转支架上，进行待焊坡口尺寸检查及清洁，范围为待焊管道坡口及两侧15_以内的母材表面，该区域尺寸应满足图纸要求且应无油污、油漆、氧化物、铁锈和水分； 步骤2:待焊坡口无损检验，对待焊坡口进行液体渗透或磁粉检验并验收； 步骤3:组件定位，组对保留2±lmm的根部间隙，内外错边量满足规范要求并尽量减小; 步骤4:根据待焊设备筒体弧度制作并选取可拆卸衬块； 步骤5:将可拆卸衬块插入托块，测试保护装置气路、电路是否通畅； 步骤6:根据待焊设备筒体半径，调节保护装置的可调节支腿机构，使之与部件半径相适应； 步骤7:控制行走机构沿垂直环焊缝方向行走，将保护装置置于待焊坡口下，微调衬块以及托块，使之与待焊坡口下部贴合； 步骤8:将行走机构锁定为沿平行环焊缝方向行走； 步骤9:通入惰性保护气，预送气15S以上，保证可拆卸衬块内无空气残留； 步骤10:焊枪定位,施焊； 步骤11:利用转速调节器和控制装置调整保护装置转速与待焊设备筒体转速、焊速相适应；焊接一段完成后，调整待焊和保护装置至新的焊接位置，再进行下一段的焊接； 步骤12:焊接结束后先关闭保护气，将行走机构锁定为沿垂直环焊缝方向行走，移出焊接保护装置；拆除该设备筒体，进行其他筒体的焊接。
【文档编号】B23K9/16GK104275542SQ201410385065
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】王宇欣, 郭利峰, 沈艳祥, 邵联利, 于坚, 董安, 胡忠全, 王勇, 王恒, 石立波, 邓峰 申请人:中国核电工程有限公司