一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置的制作方法

本实用新型涉及管板氩弧焊工艺，具体说的是一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置。

背景技术：

管板自动氩弧焊技术由于其劳动强度低、生产效率高、焊缝成形及质量有保证，已在石化行业尤其热交换器领域得到广泛应用。热交换器的管板与换热管会根据服役条件选择相匹配的材质，其中钛制管板热交换器常用于耐腐蚀的场合，管板常为钛复合板，换热管常用材料为工业纯TA1、TA2，换热管与管板的焊接质量将影响换热器的服役寿命。由于钛在高温下极为活泼，与氧、氮、氢的反应速度都很快，焊接时很容易被氧化，杂质气体的增加会引起焊缝气孔增加，进而使得焊缝质量下降，因此在钛换热管与管板氩弧焊施焊时要采用惰性气体保护。

钛换热管与管板施焊时焊缝外部可以采用整体氩气保护罩或者增大氩气喷嘴直径等方法，但是焊缝背面的气体保护较为困难，现有技术中有直接在换热管内部通入氩气的做法，但是此种办法耗费氩气量较大，成本较高。

在《钛制热交换器管板自动焊装置改进》一文中提及了在钛换热管与钛管板施焊时直接在紫铜芯杆定位器（管板自动氩弧焊的焊机上常规配置）上钻孔通入氩气，但是直接在圆柱形芯杆上钻孔通入氩气在实际施焊时氩气在换热管内部停留时间短，保护效果不是很理想，且按文中所说还需要相邻换热管管孔内放置铜箍来散热，实际施焊时操作不方便。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置，以改善管板自动氩弧焊施焊钛换热管与管板的角焊缝背面气体保护采用现有气体保护装置带来的施焊效率低，焊缝合格率不高的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置，解决现有常规管板自动氩弧焊机在施焊钛换热管与管板角焊缝时背面气体保护装置的保护效果不良、施焊效率低的问题。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置，与管板自动封焊机的定位系统的定位管连接，并插入至换热管内，气体保护装置包括相连接的连接段和定位段，在连接段和定位段内开设有通气盲孔，通气盲孔沿轴线方向由连接段的端面开设到定位段的端部，连接段设置在换热管外部并与管板自动封焊机的定位系统的定位管相连接，使通气盲孔与氩气供气装置相连通，连接段与定位段的连接处设有台阶，台阶的外径大于换热管的内径，台阶顶设在换热管管口处对换热管的管口进行密封设置，定位段伸入至换热管内部，定位段的外表面与换热管的内壁之间设有间隙，在定位段的轴向中心外表面上开设有凹槽，在凹槽的底部上开设有与通气盲孔相连通的溢出孔。

本实用新型所述的台阶贴近换热管的一侧端面为弧面。

本实用新型所述的定位段的端部边沿开设有倒角。

本实用新型所述的定位段的长度为15-25mm，凹槽的长度为8-12mm。

本实用新型所述溢出孔沿凹槽圆周方向均布，溢出孔的直径为2-4mm。

本实用新型有益效果是：通过本实用新型设计的气体保护装置，在钛换热管与管板焊接时不仅能够起到定位作用同时能够在换热管内部进行气体保护，提高焊缝质量，同时焊接过程中该气体保护装置可以方便的从换热管中抽出提高管板自动氩弧焊施焊效率。在钛换热管与管板焊接时通过管板自动氩弧焊焊机的定位系统通入氩气，氩气通过相连的定位管的通孔进入到芯轴的凹槽并聚集在凹槽内，从而在换热管焊接时达到焊缝内侧氩气保护，同时随着焊枪移往另一个换热管时可以很方便的抽出，焊缝正面的气体保护采用原焊机上的气体保护装置，在焊接完成后钛换热管与管板的角焊缝成形良好且表面颜色均为银白色，换热管内部无氧化现象产生，经着色检查无裂纹等缺陷，焊接质量良好，说明此实用新型的体保护装置有效的提高了普通的管板自动氩弧焊焊机焊接钛换热管与管板角焊缝时的焊接效率与焊接质量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的放大结构示意图；

图中：1、芯轴，101、连接段，102、定位段，2、换热管与管板焊缝，3、管板，4、换热管，5、凹槽，6、台阶，7、通气盲孔，8、螺纹，9、溢出孔。

具体实施方式

下面结合附图给出实用新型的较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。这里，将给出相应附图对本实用新型进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制或限定本实用新型。

一种管板自动氩弧焊用的气体保护装置，与氩气供气装置连接，并插入至换热管4内，气体保护装置由一个圆柱形的芯轴1加工而成，芯轴材质一般为紫铜（导热性能好），由相连接的连接段101和定位段102组成，在连接段101和定位段102内开设有通气盲孔7，通气盲孔7沿轴线方向由连接段101的端面开设到定位段102的端部，即通过此通气盲孔将氩气通入到芯轴内部，此通气盲孔长度一直加工到定位段，但是对于芯轴并不是完全贯通的，连接段101设置在换热管4外部并与氩气供气装置相连接，使通气盲孔7与氩气供气装置相连通，氩气供气装置为管板自动封焊机的定位系统的定位管，将定位管作为供气装置，再通过氩气瓶对定位管通入氩气，实现对气体保护装置的供气，在焊接时因与定位系统的定位管连接，自动实现气体保护装置的定位。定位系统详见文《全位置管板自动氩弧焊机关键结构设计》，不同于文中的静态定位，这里连接的是常规焊机的旋转定位轴，随着焊接的进行，对气体保护装置进行定位，但又不影响焊接的进行，随着插入下一个换热管的管口内，自动进行定位再次进行焊接。

连接段101与定位段102的连接处设有台阶6，台阶6的外径大于换热管4的内径，台阶6顶设在换热管4管口处对换热管4的管口进行密封设置，在管板封焊时能够随着焊枪旋转换热管中，因台阶6的外径大于换热管4的内径，同时起到封闭换热管的作用，使得换热管内部储存的氩气不会很快溢出，从而留在管子内部对焊缝背面进行保护，定位段102伸入至换热管4内部，定位段102的外表面与换热管4的内壁之间设有间隙，在定位段102的轴向中心外表面上开设有凹槽5，在凹槽5的底部上开设有与通气盲孔7相连通的溢出孔9，氩气通过通气盲孔7、溢出孔9进入并聚集到凹槽内，并溢入定位段102与换热管4之间的间隙中，在在外侧焊接时起到背面保护焊缝作用。

如图1所示，换热管4插入在管板3的换热管孔里，一端露出管板表面少许和管板形成角接结构，芯轴1小端和管板自动封焊焊机的定位系统定位管通过螺纹连接，芯轴1大端插入换热管内部起到定位和作为焊接时焊缝通气背面保护的装置，即芯轴即实现了换热管与管板施焊时的定位作用，又起到了焊接时焊缝内部气体保护的作用。芯轴插入换热管的部分前端（连接段）小后端（定位段）大，前端与后端之间形成台阶，台阶6贴近换热管4的一侧端面为弧面，主要是保证台阶大端大于管板管孔外径从而对插入部分起到密闭作用，芯轴1在插入换热管4的定位段部分加工有凹槽，可以将从芯轴小端通入的氩气聚集在换热管内部从而在焊缝施焊时在背面起到保护作用。凹槽中心位于定位段的中心，从而使得凹槽能够有最大的宽度来储存保护气体；芯轴的小端跟管板封焊机定位系统定位管通过螺纹8连接，小端钻有通气盲孔可以使得氩气能够通入到前端凹槽内。

如图2所示，该装置由一个芯轴1加工成，芯轴主要包括两部分，连接段101和定位段102，连接段小端加工有螺纹8，通过螺纹与氩气供气装置的供气管连接，定位段102加工有台阶6和凹槽5，台阶6位于定位段102的前部挨着连接段101，台阶处圆弧过渡，保证台阶的前端能插入换热管，还不会对换热管4造成损伤，台阶的前端外径大于换热管内径起到密封作用；凹槽5中心位于定位段的中部，凹槽5的底部处钻有均匀分布的保护气溢出孔9，从而实现与芯轴轴向的通气盲孔7连通，由连接段的通气盲孔7通入氩气然后汇集到凹槽内，在焊接时起到保护焊缝作用，定位段102其他部分外径小于换热管4内径适当尺寸，保证良好定位同时较好储存氩气，避免凹槽内聚集的氩气较快溢出。定位段102的端部边沿开设有倒角，设计倒角也有利于该装置在施焊过程中易于插入换热管孔中，管板封焊时换热管管孔数目较多，每焊完一个换热管与管板的角焊缝时需要移动定位芯轴到另一个换热管管孔中，而换热管前端由于打磨或其他原因可能会有残留的毛刺或者管孔不圆度存在，如果定位芯轴前端为实芯圆柱或者O型密封圈等其他密封形式会出现偶尔插入换热管管孔的困难，同时倒角形式在该气体保护装置移出换热管时也不会由于换热管与管板角焊缝的塌陷造成移出困难。倒角尺寸也不能过大，过大会影响凹槽的长度，进而影响凹槽内聚集的保护气体量，保护气体量不够时会影响对焊缝的保护效果。

该实施例用于钛换热管与钛复合板的管板氩弧焊焊接，可采用管板自动封焊焊机进行自动焊接，焊接时通过本实用新型可以实现换热管与管板角焊缝处的内侧气体保护。本实用新型的气体保护装置由一个整体的棒材加工而成，此棒材材质一般选择紫铜，导热性能好；该装置包括两部分，连接段和定位段，连接段根据管板封焊机的定位管子里连接部分确定芯轴连接段需要加工的螺纹尺寸及通气盲孔尺寸，通过管板自动封焊焊机的定位系统的定位功能连接本实用新型的气体保护装置，在换热管与管板的角焊缝焊接时可以同时实现定位和气体保护效果。定位段的尺寸根据换热管的内径确定，定位段整体外径比换热管内径小一定尺寸即可，如换热管内径为20mm时定位段外径尺寸可选为19.5mm；定位段包括密封部分和储存气体部分，密封部分通过设计带弧面的台阶来实现间隙配合，台阶宽度2-3mm，台阶处大端外径为比换热管内径大1-2mm；储存气体部分设计为凹槽形状，经实际实验凹槽聚集气体效果较好，而通过在定位段圆周方向设计沟槽等其他形式最后施焊时气体保护效果不好，气体不能较长时间停留，利用此装置在施焊某产品时换热管管头焊接质量良好，内外壁均无氧化变色，呈银白色，管头一次合格率高达99%，避免了管头内壁氧化带来的后期抛光工序，而采用原无沟槽的定位轴施焊时管头90%以上均会存在不同程度的内壁氧化现象。

定位段整体长度20mm左右即可，由于管板自动氩弧焊时需要不断的将定位段抽出来插入另一个管孔中，定位段过长会对不断移动保护装置造成不便，从而降低施焊效率；而定位段如果尺寸过短会造成相应的凹槽长度尺寸变短，凹槽内聚集的氩气达不到一定量的情况下对焊缝的背面保护效果就会有所影响，因此选择定位段整体长度在15-25mm，凹槽长度选择8-12mm左右，当定位段整体长度为20mm，凹槽长度选择10mm。溢出孔9沿凹槽5圆周方向均布，溢出孔9的直径为2-4mm。

定位段末端进行倒角2*50°，同时设计倒角也有利于该装置在施焊过程中易于插入换热管孔中，管板封焊时换热管管孔数目较多，每焊完一个换热管与管板的角焊缝时需要移动定位芯轴到另一个换热管管孔中，而换热管前端由于打磨或其他原因可能会有残留的毛刺或者管孔不圆度存在，如果定位芯轴前端为实芯圆柱会出现偶尔插入换热管管孔的困难，在定位段前端有倒角可以使得换热管定位时易于插入换热管管孔内。倒角不能过大，过大会影响凹槽的长度，进而影响凹槽内聚集的保护气体量，也会影响对气体的存储。

该具体实施方式中，定位段中的凹槽选择规则的形状，即侧面为长方形，（实际使用中凹槽形状可以为其他形状，保证聚集的气体量足够即可），深度和宽度依据具体换热管尺寸和实际实验得来，凹槽中心位于定位段长度的中心可保证最大程度上增大凹槽宽度，进而聚集更多保护气体，达到更好保护效果。本实施例中定位段长度为20mm。凹槽宽度选择8-10mm，凹槽深度4-6mm。

在凹槽圆周方向均布保护气溢出孔，氩气通过管板封焊机的定位系统然后通过芯轴连接段加工的通气盲孔流入到凹槽内部，然后聚集在换热管内壁和管头端面处，焊接时起到保护焊缝作用。凹槽周围均布的保护气溢出孔大小及数目也是可以改变的，本实施例中选择均布6-Φ2孔，通过凹槽聚集的氩气与外部焊枪保护气形成由内到外对焊缝及热影响区的保护，气流稳定，保护效果良好。

当钛换热管直径有所变化时，上述实施例中的保护装置可以根据换热管的直径选择适合换热管直径的规格，从而达到对钛换热管与管板角焊缝较好的背面保护作用。

该实施例采用的装置结构简单，在钛换热管与管板施焊时对焊缝的背面保护作用较好，相对于现有的装置更适于管板自动氩弧焊工艺对于钛换热管与管板焊接时焊缝背面的保护。

以上仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制或限定本实用新型。对于本领域的研究或技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型所声明的保护范围之内。