一种冷换设备管头焊接方法与流程

本发明涉及石油化工冷换设备及焊接方法技术领域，具体为一种冷换设备管头焊接方法。

背景技术：

石油化工行业冷换设备比较典型的设备是换热器和空冷器，而换热器和空冷器在运行时均需要承受一定的力，其压力主要来源于设备介质对设备产生的内压力以及由热胀冷缩产生的应力。上述两种力会直接降低设备的使用寿命，尤其随着使用年限的增加，在换热管与管板的焊缝连接位置，往往会发生渗漏事故，其占安全事故比重较大。

因此，人们对换热管与管板的焊缝承受能力提出了很高的要求。在实际的焊接过程中，人们往往直接使用焊料进行填充焊接；但焊接之后对焊缝进行射线检测，焊缝会常常出现两种缺陷，主要缺陷为未焊透，其次焊缝中存在一定数量的焊接气泡。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种冷换设备管头焊接方法，提高了换热管与管板的焊缝质量，减少了焊缝未焊透和焊缝中有气泡出现的概率，提高了焊缝的拉脱强度。

为达到以上目的，采取的技术方案是一种冷换设备管头焊接方法，其特征在于，包含以下步骤：s1.在管板的板孔插入端加工出由外至内的弧形坡口；s2.将换热管由插入端插入到板孔中，且换热管的管头从弧形坡口伸出；s3.对弧形坡口处的管板进行自熔，使熔液恰好填满一段换热管与板孔之间的缝隙，形成焊缝底层；s4.采用填丝焊填充弧形坡口，形成焊缝中间层；s5.再次采用填丝焊在中间层上形成焊缝顶层。

优选的，所述弧形坡口的弧面为四分之一圆弧，且其半径尺寸等于换热管的壁厚。

优选的，步骤s3中，将氩弧焊的钨极对准弧形坡口的中间位置，使管板自熔。

优选的，所述焊缝顶层厚度大体等于焊缝中间层的厚度。

优选的，步骤s4中采用的焊丝直径小于s5中采用的焊丝直径。

优选的，步骤s4和s5中间间隔5分钟以上。

优选的，所述焊缝底层、焊缝中间层和焊缝顶层组成焊缝；步骤s5之后，还包括对焊缝进行x射线拍片检测的步骤，若拍摄有缺陷，对焊缝进行返修。

优选的，所述步骤s2前，对换热管以及管板的焊接位置进行清洗。

优选的，采用丙酮清洗焊接位置。

优选的，焊接时，焊接电流为60～80a，峰值电流为170～220a,电弧电压为9～14v，焊接速度为7～9cm/min,以及线能量为≤25.2kj/cm,保护气体流量8～15l/min。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的焊接方法，首先对弧形坡口处的管板进行自熔，使熔液恰好填充换热管与板孔之间的缝隙，形成焊缝的底层，具体地，第一步的自熔焊，管板在钨极作用下受热熔化，产生的微量熔液，经过坡口的弧面缓慢流入至管板与换热管的细小缝隙中，熔液从细小缝隙的上方向下方流动，当到达某个恰当的位置，熔液开始凝固，由于凝固位置的堵塞，上方熔液越积越多，直至弧形坡口根部形成自熔性的熔池，凝固之后将管板与换热管连接成一体，此步骤避免了单一填丝焊在细小缝隙处容易出现焊缝未焊透以及焊缝有气泡产生的问题；然后再采用细小的焊丝填丝焊，填充弧形坡口，形成焊缝的中间层；最后采用填丝焊进行弧形坡口上方的密封，形成焊缝的顶层，且第三步的填丝焊与第二步的填丝焊间隔一端时间，避免了焊缝内部应力的叠加；焊缝通过三个步骤成型，使得焊缝更加精细化，有效提高了换热管与管板的焊缝质量，减少了焊缝未焊透和焊缝有气泡出现的概率，有效提高了焊缝的拉脱强度。

2、本发明进一步的采用如下方法避免焊缝出现未焊透和产生气泡的现象：①在焊接前对焊接位置进行了清洗，清除焊接位置可能存在的氧化物和油污等；②本发明的坡口采用弧形坡口，坡口角度较大，避免了因坡口角度较小不利于熔液流动和不利于钨极移动的问题；③本发明的焊接工艺参数经过大量实验证明，不会出现焊接电流电压等等过大或过小的现象；④焊接时控制焊接速度，匀速缓慢移动；⑤焊接现场要设置挡风设施，避免空气流动对焊接的影响；⑥焊接完成之后，缓慢散热。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的管板剖面图。

图3为本发明实施例的焊接剖面图。

图4为图3中焊缝的局部放大图。

附图标记：1-管板、2-板孔、3-弧形坡口、4-换热管、5-焊缝、51-焊缝底层、52-焊缝中间层、53-焊缝顶层。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图3和图4所示，一种冷换设备管头焊接方法，包含以下步骤：

s1.在管板1的板孔2插入端加工出由外至内的弧形坡口3。具体地，板孔2插入端为管板1安装于冷换设备之后的外侧。

s2.将换热管4由插入端插入到板孔2中，且换热管4的管头从弧形坡口3伸出。具体地，换热管4的插入端为准备与管板1焊接的任意一端。优选地，换热管4的管头从管板1的弧形坡口3伸出4～5mm。

s3.对弧形坡口3处的管板1进行自熔，使熔液恰好填满一段换热管4与板孔2之间的缝隙，形成焊缝底层51。

s4.采用填丝焊填充弧形坡口3，形成焊缝中间层52。

s5.再次采用填丝焊在中间层上形成焊缝顶层53。

本发明实施例的焊缝5由焊缝底层51、焊缝中间层52和焊缝顶层53组成，通过三个步骤成型，精细化的焊接过程有效提高了换热管与管板的焊缝质量，减少了焊缝中未焊透和有气泡出现的概率，有效提高了焊缝的拉脱强度。

在本实施例中，步骤s2前，对换热管4以及管板1的焊接位置进行清洗，清除焊接位置可能存在的氧化物和油污等，避免因氧化物和油污等的影响而出现焊缝未焊透和焊缝有气泡的问题。优选地，采用丙酮清洗换热管4和管板1的焊接位置。

如图2所示，优选地，弧形坡口3的弧面为四分之一圆弧，且其半径尺寸等于换热管4的壁厚。坡口3的弧面为四分之一圆弧，坡口角度较大，相比于其余三角形和矩形等等其他形状，避免了因坡口角度较小不利于熔液流动和不利于钨极移动的问题；有利于熔液缓慢流入至管板1与换热管4的细小缝隙中，利于形成焊缝底层51；并且四分之一圆弧半径尺寸等于换热管4的壁厚，能够在保证焊缝5质量和强度的前提下，尽量减少焊接工作量，节省焊接材料。

在一个实施例中，板孔的内径为25.25mm，换热管4的外径为25mm，四分之一圆弧形的弧形坡口3半径尺寸为2.5mm，换热管壁厚2.5mm，换热管4的管头从管板1的弧形坡口3伸出4mm。

在本实施例中，步骤s3中，将氩弧焊的钨极对准弧形坡口3的中间位置，使管板1自熔。管板1在钨极作用下受热熔化，产生的微量熔液，经过坡口的弧面缓慢流入至管板1与换热管4的细小缝隙中，熔液从细小缝隙的上方向下方流动，当到达某个恰当的位置，熔液开始凝固，由于凝固位置的堵塞，上方熔液越积越多，直至弧形坡口3根部形成自熔性的熔池，凝固之后将管板1与换热管4连接成一体。

优选地，步骤s4中采用的焊丝直径小于s5中采用的焊丝直径。在第二步填丝焊的过程中，由于弧形坡口根部开口较小，采用细小的焊丝便于操作，同时细小焊丝进行填充焊能够更好地与焊缝底层51的上表面无缝连接，在第三步填丝焊的过程中，采用稍大点的焊丝能够更快的完成焊接工作。

优选地，步骤s4和s5中间间隔5分钟以上，能够避免焊缝中间层52的焊接应力与焊缝顶层53的焊接应力进行叠加。

在本实施例中，焊缝5成型之后的横截面近似半圆形，焊缝顶层53厚度大体等于焊缝中间层52的厚度。

在本实施例中，s3、s4和s5均采用自动钨极氩弧焊机进行焊接。焊接时，焊机的工艺参数如下，焊接电流为60～80a，峰值电流为170～220a,电弧电压为9～14v，焊接速度为7～9cm/min,以及线能量为≤25.2kj/cm,保护气体流量8～15l/min，上述焊接工艺参数经过大量实验证明，不会出现焊接速度过快的现象，不会出现焊接电流电压等等过大或过小的现象，避免了因为焊接工艺参数选择不当而造成的焊缝未焊透以及焊缝出现气泡的现象。

进一步地，优选地，在焊接时，焊接现场要设置挡风设施，避免空气流动对焊接的影响；在步骤s5的焊接工作完成之后，在密闭环境下缓慢自然冷却，降低焊缝内部应力，使焊缝处于低应力状态。

在本实施例中，步骤s5之后，还包括对焊缝5进行x射线拍片检测的步骤，若拍摄合格，无缝无气泡，则进行后续的工序；若拍摄有缺陷，对焊缝5进行返修。

本发明的焊接方法，在管板1上加工出角度较大的弧形坡口3，分为三步焊接管板1与换热管4，第一步采用自熔焊，第二步和第三步采用填丝焊。同时，焊接前对焊接位置进行清洗；焊接时，设置挡风设施，选择合适的焊接工艺参数，控制焊接速度；焊接后，焊缝缓慢散热，并对焊缝5进行x射线拍片检测，若检测有缺陷，进行返修。本发明通过精细化的焊接过程有效提高了换热管与管板的焊缝质量，减少了焊缝未焊透和焊缝有气泡出现的概率，有效提高了焊缝的拉脱强度。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。