环缝焊接防氧化保护装置及其集箱筒身焊接方法与流程

本发明涉及锅炉技术领域，尤其是一种环缝焊接防氧化保护装置及其集箱筒身焊接方法。

背景技术：

集箱是锅炉工质混合、保证工质均匀加热的管件。通常工业锅炉的炉墙是由一排排的管子(水冷壁)拼接起来构成的，但锅炉体积庞大，结构复杂，不能保证所有的管子里的工质的吸热量都是一样的，不同的部位吸热量相差很多，安装集箱可以让各个管子里面的工质在这里汇合，再分配的下一级各根管子里去，这样可以减少热偏差，使得工质的吸热、流动、锅炉的冷却、锅炉热效率都得到优化提高；另外，锅炉上、中、下部分各段管子的规格大小、管子数量以及布置方式都不同，集箱就负责连接各段，保证工质的流通顺畅。在制作集箱过程中，会在集箱筒体沿径向、轴向均钻多个孔形成焊接坡口，然后在坡口上焊接管接头，集箱筒体上的管接头一般有两种，一种是直径超过101.6mm的大直径管接头，如集箱端盖和环缝附近开设的手孔管接头和阀座。另一种是直径小于101.6mm的小直径管接头，用于集箱与省煤器、过热器和再热器等管屏组焊。在集箱筒体全长度上焊有大量密排的小直径管接头，有的是长度小于300mm的短管接头，也有的是弯成一定形状长度为300～1700mm的长管接头。

在锅炉行业中随着当前钢材等级逐步提高，产品焊接质量要求也随之提高，尤其在高等级材料的环缝焊接方面，其焊接质量控制及焊接材料性能，焊接产品运行使用寿命方面均得到广泛重视。而防氧化工作是高等级材料的环缝焊接的重要质量控制因素之一，例如目前较为普及的SA-335P91、SA-335P92材料在锅炉集箱焊接上的运用，其环缝焊接中的氩弧焊打底的防氧化工作尤为重要。目前市场上集箱环缝焊接的氩弧焊焊接防氧化采用以下方式：1)采用在焊接坡口上喷涂防氧化保护剂，这种方式不能对集箱筒身内壁进行防氧化保护，未将焊接部位与空气完全隔绝，焊接部位易氧化；2)高等级材料的焊接一般需要预热，温度大约在220℃以上，现有的氩弧焊防氧化保护装置不能在高温下工作；3)在钢管较长的情况下，想要将防氧化装置安装在集箱筒身内部较为困难；4)在防氧化装置工作时未能精准定位焊缝位置，不能环缝进行完全防氧化保护。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种环缝焊接防氧化保护装置及其集箱筒身焊接方法，能够对集箱筒身材料的环缝焊接进行有效防氧化保护，从而提高焊接质量、延长集箱的焊接管头的使用寿命，同时大量减少惰性气体的填充量。

本发明所采用的技术方案是：环缝焊接防氧化保护装置，包括支撑件，用于支撑待焊接管道对接焊缝两侧管道；环形管道，用于通入惰性气体的非闭环的环形管道，固定在支撑件上，环形管道的轴线平行于支撑件与管道的支撑面；出气孔，等距设置在在环形管道的外径一侧，采用环形管道使惰性气体的通入路径与待焊接管道上焊缝的形状一致，同时设置多个出气孔，使惰性气体在焊缝根部汇集，能够对焊缝的根部进行有效防氧化保护，从而提高焊接质量。

进一步地，环形管道上还连接有两个以上拉筋板，拉筋板两端固定在支撑件上，保证通入气体时环形管道的轴线平行于支撑件与管道的支撑面，从而保证出气孔能够精准对焊接坡口喷射惰性气体。

进一步地，支撑件、环形管道、拉筋板均由钢材制成，适用高温条件下进行焊接工作。

进一步地，环形管道包括顺次连通的进气口端、环形管体、出气口端，进气口端垂直环形管体设置且位于环形管体的中心设置，环形管体未封闭的一端为出气口端，保证通入惰性气体时不影响环形管体的平衡。

进一步地，所述支撑件包括用于支撑集箱筒身且平行设置的第一支撑板、第二支撑板，第一支撑板、第二支撑板的直径略小于待焊接管道的内径，第一支撑板、第二支撑板之间通过两个以上支撑杆连接；所述环形管体位于第一支撑板、第二支撑板之间且平行于两者设置，且环形管体的外径略小于第一支撑板、第二支撑板的直径；所述拉筋板连接在环形管体上，拉筋板两端分别固定在第一支撑板、第二支撑板上；所述进气口端固定在第一支撑板上，进一步保证通入气体时环形管道的轴线平行于支撑件与管道的支撑面，从而保证出气孔能够精准对焊接坡口喷射惰性气体。

进一步地，支撑杆的两端伸出第一支撑板、第二支撑板，且伸出部分向第一支撑板、第二支撑板的中心倾斜，保证在集箱筒身内推移过程中，遇到筒身内壁的障碍物时能够顺利通过。

集箱筒身焊接方法，采用上述环缝焊接防氧化保护装置进行焊接：包括以下步骤：

(a)将待焊接的两集箱筒身上的焊接坡口对齐，保证两集箱筒身同轴放置；

(b)将惰性气体管道连接环形管道的到进气口端，保证气体可顺利通过环形管道；

(c)将环缝焊接防氧化保护装置向集箱筒身内部推移至焊接坡口下方，使环形管体处于焊接坡口的中间位置；

(d)对待焊接的焊接坡口进行预热；

(e)预热结束后，向环形管道内通入惰性气体，等待60至120s将第一支撑板、第二支撑板之间的空气排出后对焊接坡口进行环缝焊接；

(f)焊接结束后将环缝焊接防氧化保护装置取出，清理作业现场。

进一步地，步骤(c)中，推移过程中，进气口端的轴线始终保持与集箱筒身的轴线平行。

进一步地，步骤(e)中，向环形管道内持续通入惰性气体直至焊接完成。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在两块支撑板之间设置环形管体及出气孔，能够对焊缝的根部进行有效防氧化保护，从而提高了焊接质量。

(2)焊接时整个保护装置深入集箱筒身内部，将惰性气体封隔在两支撑板之间，使焊接部位与空气隔绝，节约惰性气体的使用量。

(3)本发明的防氧化保护装置，结构简单，使用方便。

(4)防氧化保护装置整体采用钢材制成，能够在高温下工作，适用高等级材料的焊接。

附图说明

图1是本发明环缝焊接防氧化保护装置的结构示意图。

图2是本发明环缝焊接防氧化保护装置向集箱筒身内推移过程示意图。

图3是本发明环缝焊接防氧化保护装置推移至焊接坡口示意图。

图中标记为：1-出气孔，2-待焊接管道，3-拉筋板，4-进气口端，5-环形管体，6-出气口端，7-第一支撑板，8-第二支撑板，9-支撑杆，10-支撑杆的弯折部分，11-焊接坡口，12-障碍物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，以集箱筒身的环缝焊接为例，本发明的环缝焊接防氧化保护装置，制作环形管道时，选择所需长度和管径的钢管，根据集箱筒身的内径确定环形管体5的外径，环形管体5的外径略小于第一支撑板7、第二支撑板8的直径，所述略小于即既能保证将整个装置推入集箱管道内的过程中能够顺利通过，根据确定的外径计算出需要弯曲的管长，在需要弯曲的钢管上等距开有出气孔1，弯折时向未开孔的一侧弯曲，弯曲后的一端作为出气口端6，另一端作为进气口端4与惰性气体管道连通，在环形管体5上出气口端6附近，中间位置，折弯部位附近焊接拉筋板3，拉筋板3垂直于环形管体5。

制作支撑件时，将钢板加工成两个直径略小于集箱筒身的圆形钢板作为第一支撑板7、第二支撑板8，所述“略小于”是指圆形钢板焊接支撑杆9后整个装置能够在集箱筒身内推移的情况下，第一支撑板7、第二支撑板8与集箱筒身之间仅具有尽可能小的间隙，尽可能保证将通入的惰性气体封隔在第一支撑板7、第二支撑板8，从而节约惰性气体的使用量，钢板的厚度根据支撑强度选择，在第一支撑板7中心开有能够通过环形管道进气口端4的通孔，将环形管道的进气口端4穿过通孔，使进气口端4垂直于第一支撑板7并将其焊接在第一支撑板7上，焊接完成后，将拉筋板3的两端焊接在第一支撑板7、第二支撑板8上，将第一支撑板7、第二支撑板8之间的间距在保证制成力度的情况下尽可能的减小，然后将钢板加工成柱状作为然后将两端向同一方向弯折作为支撑杆9使用，然后将支撑杆9等距焊接在第一支撑板7、第二支撑板8的侧边，支撑杆9均垂直于第一支撑板7、第二支撑板8焊接且支撑杆的弯折部分10朝向支撑板中心，支撑杆9与集箱筒身的接触面形成支撑面。

以使用本发明的防氧化保护装置进行高合金钢材质集箱环缝焊接，并采用氩弧焊焊接打底层为例进行说明：

集箱筒身规格为Ф711×50mm，集箱筒身材质为SA-335P92，采用氩弧焊打底焊接，环形管道内通入氩气，使用本发明所述的氧化保护装置焊接时，按以下步骤进行焊接：

(a)将待焊接的两集箱筒身上的焊接坡口11对齐，保证两集箱筒身同轴放置；

(b)(b)将惰性气体管道连接环形管道的到进气口端4，保证气体可顺利通过环形管道；

(c)如图2所示，将环缝焊接防氧化保护装置向集箱筒身内部推移至焊接坡口11下方，使环形管体5处于焊接坡口11的中间位置，即图3所示位置，推移过程中，进气口端4的轴线始终保持与集箱筒身的轴线平行，推移过程中，如遇集箱筒身内壁有障碍物12，支撑杆的弯折部分10会越过障碍物12继续前行；

(d)对待焊接的焊接坡口11进行预热；

(e)预热结束后，打开氩气开关，向环形管道内通入氩气，等待60至120s将第一支撑板7、第二支撑板8之间的空气排出后对焊接坡口11进行环缝焊接，向环形管道内持续通入惰性气体直至焊接完成，为焊接提供无氧环境；

(f)焊接结束后将环缝焊接防氧化保护装置取出，清理作业现场。

使用本发明的环缝焊接防氧化保护装置及焊接方法对高合金钢材质管道环缝焊接进行防氧化保护，保护过程中装置操作简单快捷，经专业检测焊接根部无氧化现象，提升了环缝的焊接质量，从而保证了产品实物质量，受影响，同时节约了大量的氩气，降低了成本。