一种用于薄壁管的焊接保护装置及方法与流程

本发明涉及核电薄壁管焊接技术领域，具体涉及一种用于薄壁管的焊接保护装置及方法。

背景技术：

在第四代核电新堆型容器及堆内构件制造中，都涉及薄壁管对接及薄壁管与法兰对接焊缝，由于管子尺寸较小无法反面清根，打底焊需实现单面焊双面成型。

现有技术中，为保证薄壁管的单面焊双面成型，都会选择把整只管内壁充惰性气体(如ar)，外部正面采用u型拉马或圆形抱箍装备在焊缝两侧进行防变形固定，起到防变形效果。

但是，当在管厚度≤10mm时，拉马与试板的角焊缝周围产生变形，导致管件直线度受到影响，而外部防变形装置也会占用较大空间，对于新型小堆型而言，正面工装可能会导致焊接空间受限，此时可能导致焊接时只能先焊接一部分焊缝，然后拆掉防变形工装再进行焊接另一部分。

这种操作会增加局部变形程度，消耗大量惰性气体，增加焊接接头的数量，影响产品的质量，降低焊接的效率。而且，拆卸工装过程中可能导致保护气泄露甚至有混入空气的可能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于薄壁管的焊接保护装置及方法。此装置及方法旨在解决传统薄壁管焊接工装的焊接空间受限和焊接效率低的问题，通过紧固套管和紧固销胀紧薄壁管，设置第一凹槽、第二凹槽和均匀分布的通孔，使保护气直接通过第一凹槽均匀分布入第二凹槽中，防止薄壁管的焊接形变，弥补焊接空间受限的缺陷，提高焊接效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于薄壁管的焊接保护装置，包括紧固套管、第一凹槽、第二凹槽、若干个通孔和顶盖；紧固套管的第一端穿入薄壁管内部，第二端卡住薄壁管的第二端，且紧固套管的外壁与薄壁管的内壁相配合；紧固套管内壁上沿其轴向设置有第一凹槽，且第一凹槽的第二端与外界的气管连通；紧固套管外壁上沿其周向设置有第二凹槽；第二凹槽的底端均匀分布有若干个通孔，用于连通第一凹槽和第二凹槽；顶盖与紧固套管的第一端可拆卸连接，且顶盖的外径尺寸大于紧固套管的内径尺寸，用于密封紧固套管内壁上的第一凹槽；

外界的气管将保护气通入紧固套管的第一凹槽内，在第一凹槽内部气压的作用下，通过若干个通孔均匀通入紧固套管外壁上的第二凹槽内，形成均匀的保护气流，填充满薄壁管与紧固套管之间的背面焊缝，在薄壁管背面焊缝营造出保护气氛；在焊接过程中，薄壁管背面焊缝的均匀的保护气流能够保护熔融的液态金属不与空气中具有氧化性的气体产生反应，而影响薄壁管背面焊缝的焊缝成型及性能，完成薄壁管背面焊缝的焊接保护。

最优选的，该焊接保护装置还包括紧固销，可拆卸设置于紧固套管的第二端，用于抵住并胀紧所述紧固套管和薄壁管，以保证薄壁管在焊接过程中的直线度，防止薄壁管发生焊接变形，完成薄壁管的焊接形变保护。

最优选的，该焊接保护装置还包括螺杆，其第一端依序穿设紧固销和紧固套管，用于固定紧固销和紧固套管。

最优选的，顶盖设置于螺杆的第一端，与紧固套管的第一端可拆卸连接，用于密封紧固套管内壁上的第一凹槽。

最优选的，该焊接保护装置还包括固定件，设置于螺杆的第二端，用于螺杆的第一端依序穿设紧固销和紧固套管后，固定螺杆；固定件包括螺母和垫圈。

最优选的，紧固套管还包括：

圆柱套，其第一端穿入薄壁管内部，且与顶盖可拆卸连接；圆柱套的外壁与薄壁管的内壁相配合；

圆盘套，与圆柱套的第二端同轴连接，且其外径尺寸大于薄壁管的内径尺寸，用于卡住薄壁管的第二端。

最优选的，顶盖上设置有凸起；紧固套管的第一端设置有装配槽；凸起通过装配槽与紧固套管的第一端配合连接。

最优选的，顶盖上还设置有多个对称分布的出气孔，与第二凹槽连通，用于将第二凹槽内的保护气排出背面焊缝，防止该焊接保护装置内部的气压过大。

最优选的，第一凹槽的第二端通过一进气管与外界的气管连通，用于将外界的气管中保护气通过进气管，通入第一凹槽内。

本发明还提供了一种用于薄壁管的焊接保护装置方法，该焊接保护方法是基于上述的一种用于薄壁管的焊接保护装置实现的，焊接保护方法包括以下步骤：

步骤1：将紧固套管的第一端穿入待焊接的薄壁管内部，紧固套管的第二端卡住薄壁管的第二端，固定待焊接的薄壁管，保证薄壁管在焊接过程中受热膨胀，抵住并胀紧该紧固套管和紧固销的第一端，保证薄壁管在焊接过程中的直线度，使得薄壁管不会发生焊接变形，以完成薄壁管的焊接形变保护；

步骤2：将螺杆的第一端依序穿设紧固销和紧固套管，并将顶盖固定在紧固套管的第一端，密封第一凹槽；

步骤3：开始焊接薄壁管，将外界的气管中的保护气通过进气管通入第一凹槽；

步骤4：第一凹槽内的保护气在气压的作用下，通过若干个通孔进入第二凹槽，形成均匀的保护气流，均匀填充满薄壁管的背面焊缝，在薄壁管的背面焊缝中营造出保护气氛，在焊接过程中该保护气流保护背面焊缝不与具有氧化性的气体反应，而影响薄壁管的背面焊缝的焊缝成型，以完成薄壁管的背面焊缝的焊接保护。

运用此发明，解决了传统薄壁管焊接工装的焊接空间受限和焊接效率低的问题，通过紧固套管和紧固销胀紧薄壁管，设置第一凹槽、第二凹槽和均匀分布的通孔，使保护气直接通过第一凹槽均匀分布入第二凹槽中，防止了薄壁管的焊接形变，弥补了焊接空间受限的缺陷，提高了焊接效率。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的焊接保护装置，设置具有第一凹槽、第二凹槽和均匀分布通孔的紧固套管，将外界气管的保护气直接均匀通入薄壁管的背面焊缝之间，在单面焊双面成型的打底焊时起到保护作用，提高了焊接效率。

2、本发明提供的焊接保护装置设置紧固销，在薄壁管焊接过程中抵住并胀紧薄壁管，保证薄壁管不会发生焊接形变。

3、本发明提供的焊接保护装置设置第一凹槽与通气管，便于直接与外界的气管连通，且不会影响焊接安装，弥补了传统焊接空间受限的缺陷，提高了焊接效率。

附图说明

图1为本发明提供的焊接保护装置结构示意图；

图2为本发明提供的紧固套管的横截面结构示意图；

图3为本发明提供的紧固套管的侧截面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

本发明是一种用于薄壁管1的焊接保护装置，如图1所示，包括紧固套管2、顶盖3、紧固销4、螺杆5、固定件6和进气管7；在本实施例中，该焊接保护装置的材质选用碳钢、低合金钢或者不锈钢中任意一种或多种。

如图1所示，紧固套管2的第一端穿设待焊接的薄壁管1的第一端进入薄壁管1内部，第二端卡住薄壁管1的第二端；且紧固套管2的外壁与薄壁管1的内壁相配合。

如图2和图3所示，紧固套管2内壁上沿其轴向设置有第一凹槽201，且第一凹槽201的第二端与外界的气管k连通；紧固套管2外壁上沿其周向设置有第二凹槽202；第二凹槽202的底端均匀分布有若干个通孔203，用于连通第一凹槽201和第二凹槽202。

细小均匀的若干个通孔203能够保证保护气流的均匀性，保证保护气通畅的同时不会影响薄壁管1背面焊缝中心的熔池；在本实施例中，若干个通孔203的个数为10～20个，且通孔203的直径为1～2mm。

如图1所示，顶盖3与紧固套管2的第一端可拆卸连接，且所述顶盖3的外径尺寸大于紧固套管2的内径尺寸，用于密封紧固套管2内壁上的第一凹槽201。

外界的气管k将保护气通入紧固套管2的第一凹槽201内，对保护气起到缓冲作用，在第一凹槽201内部气压的作用下，通过与第一凹槽201连通的若干个通孔203，均匀通入紧固套管2外壁上的第二凹槽202内，形成均匀的保护气流，填充满薄壁管1与紧固套管2之间的背面焊缝，在薄壁管1背面焊缝营造出保护气氛；在焊接过程中，金属熔化所形成的液态金属区，对气体流动强度较为敏感，薄壁管1背面焊缝的均匀的保护气流能够保护熔融的液态金属不会与空气中的氧气或其他具有氧化性的气体产生反应，形成氧化膜，从而影响薄壁管1背面焊缝的焊缝成型及性能，完成薄壁管1背面焊缝的焊接保护。

在本实施例中，外界的气管k通入的保护气为氩气。

其中，如图2和图3所示，紧固套管2还包括圆柱套204和圆盘套205；圆柱套204的第一端穿设出薄壁管1的第一端，且与顶盖3可拆卸连接；圆柱套204的外壁与薄壁管1的内壁相配合；圆盘套205与圆柱套204的第二端同轴连接；且圆盘套205外径尺寸大于薄壁管1的内径尺寸，用于卡住薄壁管1的第二端；紧固套管2的圆柱套204的第一端设置有装配槽206。

其中，紧固套管2为四瓣工装件组装而成，圆盘套205的四瓣中有一瓣的外径尺寸是小于圆柱套204的内径尺寸，便于将紧固套管2的整体推至待焊接的薄壁管1的管径中心，紧固松动，再将紧固套管2取出，便于装配安装。在本实施例中，紧固套管2的总长度为60～80mm，圆盘套205的外径尺寸为60～100mm，圆柱套204的外径尺寸为40～50mm；紧固套管2的内径尺寸为15～18mm。

如图1所示，该焊接保护装置还包括紧固销4，可拆卸设置于紧固套管2的第二端的圆盘套205上，用于抵住并胀紧该紧固套管2和薄壁管1，以保证薄壁管1在焊接过程中的直线度，防止薄壁管1发生焊接变形，完成薄壁管1的焊接形变保护；紧固销4在装配焊接过程中，其外壁设计为一定斜度，在本实施例中，外壁斜度为2～5°。

该焊接保护装置还包括螺杆5；螺杆5的第一端依序穿设紧固销4和紧固套管2的圆盘套205、圆柱套204，用于固定紧固销4和紧固套管2。

顶盖3设置于螺杆4的第一端，与紧固套管2的圆柱套204的第一端可拆卸连接，用于密封紧固套管2内壁上的第一凹槽201。

该焊接保护装置还包括固定件6，设置于螺杆4的第二端，用于螺杆4的第一端依序穿设紧固销4和紧固套管2的圆盘套205、圆柱套204后，固定螺杆4；在本实施例中，固定件6包括螺母和垫圈。

顶盖3上设置有凸起301；凸起301通过圆柱套204上的装配槽206与紧固套管2的第一端配合连接；顶盖3上还设置有多个对称分布的出气孔302，与第二凹槽202连通，用于将第二凹槽202内的保护气排出背面焊缝，防止该焊接保护装置内部的气压过大；在本实施例中，所述多个出气孔302的数量为2个或者4个。

紧固套管2内部的第一凹槽202的第二端通过进气管7与外界的气管k连通，用于将外界的气管k中保护气通过进气管7，通入第一凹槽202内。

本发明还提供了一种用于薄壁管1的焊接保护装置方法，该焊接保护方法是基于上述的一种用于薄壁管1的焊接保护装置实现的，焊接保护方法包括以下步骤：

步骤1：将紧固套管2中圆柱套204的第一端穿设待焊接的薄壁管1的第一端进入薄壁管1的内部，紧固套管2的第二端的圆盘套205卡住薄壁管1的第二端，固定待焊接的薄壁管1，使得薄壁管1在焊接过程中受热膨胀，抵住并胀紧该紧固套管2的圆盘套205和紧固销4的第一端，保证薄壁管1在焊接过程中的直线度，从而使得薄壁管1不会发生焊接变形，以完成薄壁管1的焊接形变保护；

步骤2：将螺杆5的第一端依序穿设紧固销4和紧固套管2的圆盘套205、圆柱套204，并将顶盖3固定在紧固套管2中圆柱套204的第一端，以密封紧固套管2内部的第一凹槽201的第一端；

步骤3：开始焊接薄壁管1，将外界的气管k中的保护气通过进气管7通入紧固套管2内部的第一凹槽201内，对保护气起到缓冲作用；

步骤4：第一凹槽201内的保护气在气压的作用下，通过与第一凹槽201连通的若干个通孔203进入紧固套管2外壁上的第二凹槽202，形成均匀的保护气流，均匀填充满薄壁管1的背面焊缝，在薄壁管1的背面焊缝中营造出保护气氛，在焊接过程中该均匀的保护气流保护薄壁管1的背面焊缝不与具有氧化性的气体反应，而影响薄壁管1的背面焊缝的焊缝成型与性能，以完成薄壁管1的背面焊缝的焊接保护。

本发明的工作原理：

将紧固套管中圆柱套的第一端穿设待焊接的薄壁管的第一端进入薄壁管内部，紧固套管的第二端的圆盘套卡住薄壁管的第二端，固定待焊接的薄壁管，使得薄壁管在焊接过程中受热膨胀，抵住并胀紧该紧固套管和紧固销，保证薄壁管在焊接过程中的直线度，从而使得薄壁管不会发生焊接变形，以完成薄壁管的焊接形变保护；将螺杆的第一端依序穿设紧固销和紧固套管，并将顶盖固定在紧固套管的第一端，以密封紧固套管内部的第一凹槽的第一端；开始焊接薄壁管，将外界的气管中的保护气通过进气管通入紧固套管内部的第一凹槽内，对保护气起到缓冲作用；第一凹槽内的保护气在气压的作用下，通过与第一凹槽连通的若干个通孔进入第二凹槽，形成均匀的保护气流，均匀填充满薄壁管的背面焊缝，在薄壁管的背面焊缝中营造出保护气氛，在焊接过程中该保护气流保护薄壁管的背面焊缝不与具有氧化性的气体反应，而影响薄壁管的背面焊缝的焊缝成型与性能，以完成薄壁管的背面焊缝的焊接保护。

综上所述，本发明一种用于薄壁管的焊接保护装置及方法，解决了传统薄壁管焊接工装的焊接空间受限和焊接效率低的问题，通过紧固套管和紧固销胀紧薄壁管，设置第一凹槽、第二凹槽和均匀分布的通孔，使保护气直接通过第一凹槽均匀分布入第二凹槽中，防止了薄壁管的焊接形变，弥补了焊接空间受限的缺陷，提高了焊接效率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。