一种不锈钢板焊接背面保护充气工装的制作方法

本发明涉及一种不锈钢板焊接背面保护充气工装。

背景技术：

在船用脱硫塔装置的制作过程中，涉及到的脱硫塔主体采用超级奥氏体不锈钢254smo及超级双相不锈钢2507板卷制而成，罐体直径约3m，板材厚度8mm，同时在罐体上还安装有sus316l不锈钢管系附件。对于上述不锈钢板材焊接，有的企业是采用手工钨极氩弧焊(tig)打底+实芯焊丝气保焊(gmaw)填充组合焊工艺，单面焊焊接。为保证根部焊接质量，反面采用混合气体(90％n2+10％h2)进行充气保护。不锈钢焊缝氩弧焊打底焊接时，因母材中铬元素(cr)的氧化反应非常活泼，如果没有合适的保护措施，背面的焊缝成型很容易在焊接过程中腐蚀氧化，内部元素烧损，产生豆腐渣状的焊接缺陷，造成焊缝耐腐蚀性能下降，最终试验结果不满足规范要求。因此必须解决焊缝根部的背面保护，防止背面氧化问题。

在实际焊接生产中，为保证根部焊接质量，通常采用焊缝背面充保护气体，比如氩气保护或混合气体保护，来隔绝氧气把焊缝背面保护起来。但如果整体充保护气会造成气体的回旋和紊流，产生气体排斥过大，不仅造成气体浪费，实际保护作用并不好。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种不锈钢板焊接背面保护充气工装，操作简便，保护效果好，提高工作效率。结构轻便合理，可以根据实际焊接长度进行调整和移动。实现了充气优化；背面保护集中，其焊缝背面颜色以白、金黄为主，达到了最佳保护效果；保护区域氩气与空气置换速度加快，保护区氧份含量下降较快。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种不锈钢板焊接背面保护充气工装，包括与焊接背面焊缝配合设置的背保充气槽，背保充气槽内设有v型或u型的充气保护罩，充气保护罩内滑动设置扩散缓冲器，扩散缓冲器其位于背保充气槽外的一端设有保护气气管接头。充气保护罩与焊接背面焊缝相适配。采用氩气经过扩散缓冲器进入保护区域，使氩气与空气置换速度加快，保护区氧份含量下降较快；背面保护集中，其焊缝背面颜色以白、金黄为主，达到了最佳保护效果。

进一步的技术方案是，扩散缓冲器为表面设有一排氩气进气孔的铜管，进气孔沿铜管长度方向设置，所述背保充气槽由两根横向布置的角钢和两根纵向布置的角钢焊接固定而成，四根角钢固定设置在背保底板上，两根纵向角钢分别设置在铜管的两侧，其中一根横向角钢上设有用于铜管滑动的适配孔；充气保护罩固定在背保底板上或焊接固定在两根纵向角钢上。

进一步的技术方案是，扩散缓冲器其位于背保充气槽外的部分套设挡气套管。挡气套管采用塑料膜材质制成的管状，挡气套管的两个管端固定设有弹性橡胶密封圈，挡气套管长度上与铜管长度相当，这种方式针对焊缝长度调节铜管位于背保充气槽内的长度后(由于采用塑料膜材质制成的挡气套管，所以可以根据铜管位于背保充气槽外的管段部分长度自由调节挡气套管的长度)，将挡气套管套在铜管位于背保充气槽外的部分以遮挡这部分管段上的氩气进气孔，以避免无焊缝区域的铜管管段上却有氩气排出，避免作为焊缝根部的背面保护气体氩气的浪费，使得背保气氩气只在焊缝背面有被排出，在减少氩气浪费时还能保证背面的焊缝成型不易在焊接过程中腐蚀氧化。

进一步的技术方案为，扩散缓冲器上固定设有连接环，与连接环匹配设有带有挂钩的连杆，连杆的两端均设有一个挂钩，其中一个与连接环配合设置，另一个与焊接设备上固定设置的连接环配合。焊接设备是焊枪；这种方式可以在焊接时使得铜管随着焊枪的移动而同时移动，始终保持覆盖焊缝背面且不是一开始就覆盖焊缝背面的全部，这样可以避免由于一开始就需要把整条焊缝覆盖而导致氩气用量大浪费氩气的问题(以及一开始就需要把整条焊缝覆盖而导致充保护气的提前时间较长的问题)。

进一步的技术方案为，扩散缓冲器位于背保充气槽的一端的端部固定设有密封橡胶板，角钢其面向待焊件的边缘固定设置密封橡胶条；密封橡胶板上设有一个或两个排气孔。密封橡胶板与充气保护罩的纵截面形状相适配；这样使得焊接时利用待焊件的自重使得待焊件与密封橡胶条紧紧抵靠，保证形成较为密封的背保充气槽，只通过排气孔将背保充气槽内的空气排出去，降低保护气体氩气的用量，也能进一步减少气体的回旋和紊流。

进一步的技术方案为，密封橡胶板上铰接设有用于调节排气孔大小的挡孔板，挡孔板上固定设置调节线。由于脱硫塔主体采用不锈钢板卷制而成，为便于调节铜管长度(根据焊缝长度)，本工装其角钢长度比较长，因此在焊接时，背保充气槽其有一端是位于钢板外的，这样前述结构(排气孔孔洞大小调节的结构)可以设置在本工装上。调节线长度较长，满足在铜管伸入背保充气槽最短长度时调节线仍然能够伸出背保充气槽其远离铜管的那一端，这样可以调节排气孔的大小(调节时可以利用现有的测定气体流量的计量工具，在达到合适的气体流量后停止调节排气孔的大小)。

本发明的优点和有益效果在于：应用本发明进行不锈钢板平焊作业，操作简便，保护效果好，提高工作效率。该工装结构轻便合理，可以根据实际焊接长度进行调整和移动。采用进气扩散缓冲器实现了充气优化；背面保护集中，其焊缝背面颜色以白、金黄为主，达到了最佳保护效果；采用氩气经过扩散缓冲器进入保护区域，使氩气与空气置换速度加快，保护区氧份含量下降较快；针对焊缝长度调节铜管位于背保充气槽内的长度后(由于采用塑料膜材质制成的挡气套管，所以可以根据铜管位于背保充气槽外的管段部分长度自由调节挡气套管的长度)，将挡气套管套在铜管位于背保充气槽外的部分以遮挡这部分管段上的氩气进气孔，以避免无焊缝区域的铜管管段上却有氩气排出，避免作为焊缝根部的背面保护气体氩气的浪费，使得背保气氩气只在焊缝背面有被排出，在减少氩气浪费时还能保证背面的焊缝成型不易在焊接过程中腐蚀氧化。在焊接时使得铜管随着焊枪的移动而同时移动，始终保持覆盖焊缝背面且不是一开始就覆盖焊缝背面的全部，这样可以避免由于一开始就需要把整条焊缝覆盖而导致氩气用量大浪费氩气的问题(以及一开始就需要把整条焊缝覆盖而导致充保护气的提前时间较长的问题)。焊接时利用待焊件的自重使得待焊件与密封橡胶条紧紧抵靠，保证形成较为密封的背保充气槽，只通过排气孔将背保充气槽内的空气排出去，降低保护气体氩气的用量，也能进一步减少气体的回旋和紊流。可以调节排气孔的大小(调节时可以利用现有的测定气体流量的计量工具，在达到合适的气体流量后停止调节排气孔的大小)以满足不同焊接要求时尽快达到保护气体纯度要求且尽量减少保护气体用量。

附图说明

图1是本发明一种不锈钢板焊接背面保护充气工装实施例一的示意图；

图2是图1中角钢与充气保护罩两部分的侧视图；

图3是本发明实施例二的示意图；

图4是本发明实施例三的示意图；

图5是图4中挡气套管未套上扩散缓冲器时的分解示意图；

图6是图4中背保充气槽、角钢部分的侧视图；

图7是图4中密封橡胶板部分的侧视图；

图8是图7中挡孔板另一状态的示意图。

图中：1、背保充气槽；2、充气保护罩；3、扩散缓冲器；4、气管接头；5、进气孔；6、角钢；7、挡气套管；8、弹性橡胶密封圈；9、连接环；10、挂钩；11、连杆；12、焊接设备；13、密封橡胶板；14、密封橡胶条；15、排气孔；16、挡孔板；17、调节线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1、图2所示，本发明是一种不锈钢板焊接背面保护充气工装，包括与焊接背面焊缝配合设置的背保充气槽1，背保充气槽1内设有v型或u型的充气保护罩2，充气保护罩2内滑动设置扩散缓冲器3，扩散缓冲器3其位于背保充气槽1外的一端设有保护气气管接头4。扩散缓冲器3为表面设有一排氩气进气孔5的铜管，进气孔5沿铜管长度方向设置，所述背保充气槽1由两根横向布置的角钢6和两根纵向布置的角钢6焊接固定而成，四根角钢6固定设置在背保底板上，两根纵向角钢6分别设置在铜管的两侧，其中一根横向角钢6上设有用于铜管滑动的适配孔；充气保护罩2固定在背保底板上或焊接固定在两根纵向角钢6上。铜管外径为15mm，气管接头外径为6mm，进气孔均匀间隔排列，间距为10mm，角钢规格为l25×25×5(mm)，本工装其横向布置的角钢长度为230mm，纵向布置的角钢长度为450mm；背保充气槽宽(指相对的两个槽内壁之间的距离)为25mm。

在焊接前紫铜气管(即前述铜管)连接气瓶，打开气瓶阀门开始充气，保护气体通过铜管上密集的排气孔逸出，通过此工装实现了排除/置换保护罩内空气的目的，这样使焊缝背面不会被氧化，得到了有效保护。焊前提前充保护气。设定背面充气流量为20l/min，以长度l＝500mm标准焊接试板为例，形成的气室容积约为0.5l，半分钟后保护气体纯度即可满足要求。对于超过500mm的焊缝可以按长度比例增加提前充气时间。在整个焊接过程中，必须始终进行充气保护。

1)该工装结构轻便，操作简单，可以根据实际焊接长度进行调整充气管长度，保护气体不需要开太大，浪费少。

2)背面保护集中，其焊缝背面颜色以白、金黄为主，达到了最佳保护效果。

3)有技术资料证明：在相同充氩流量情况下，氩气直接充入，会引起气氛紊乱，氩气与空气置换速度减慢，氧气含量下降较慢；而采用氩气经过扩散缓冲器进入保护区域，使氩气与空气置换速度加快，保护区氧份含量下降较快。本工装采用进气扩散器实现了充气优化。

焊接完成后，再持续充气1分钟后再停止充气；通过利用此套工装已圆满完成了十余项不锈钢焊接工艺认可试验任务，收到了良好的使用效果和经济效果，充分证明了此套工装装置高效性、实用性和可靠性。

实施例二：

与实施例一的不同在于，如图3所示，扩散缓冲器3上固定设有连接环9，与连接环9匹配设有带有挂钩10的连杆11，连杆11的两端均设有一个挂钩10，其中一个与连接环9配合设置，另一个与焊接设备12上固定设置的连接环9配合。

实施例三：

与实施例一的不同在于，如图4至图8所示(为便于图示，图7、图8中仅示出一根调节线)，扩散缓冲器3其位于背保充气槽1外的部分套设挡气套管7。挡气套管7采用塑料膜材质制成的管状，挡气套管7的两个管端固定设有弹性橡胶密封圈8，挡气套管7长度上与铜管长度相当；扩散缓冲器3位于背保充气槽1的一端的端部固定设有密封橡胶板13，角钢6其面向待焊件的边缘固定设置密封橡胶条14；密封橡胶板13上设有一个或两个排气孔15。密封橡胶板13上铰接设有用于调节排气孔15大小的挡孔板16，挡孔板16上固定设置调节线17。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。