一种急冷器端部锻件与内管焊接结构的制作方法

本实用新型涉及一种特殊材料的焊接结构，特别是涉及一种急冷器端部锻件与内管焊接结构。

背景技术：

乙烯工艺装置主要有轻油裂解和乙烷裂解两条工艺路线。裂解原料在裂解炉中经过高温裂解后产生高温裂解气，其组分主要含有目标产品H2、C2H4、C3H6、混合C4、芳烃(C6～C8)，另外还含有苯乙烯、二烯烃等。高温裂解气经废热锅炉冷却，再经急冷器进一步冷却后，裂解气的温度可以降到200～300℃之间。将急冷器冷却后的裂解气依次经过汽油分馏塔油冷和急冷水塔水冷后进一步冷却至常温，在冷却过程中分馏出裂解气中的重组分，得到相关的工艺产品。近年来，我国乙烯工业装置技术水平显著提高，项目也由国外总承包逐步转化为国内设计及采购，大型乙烯工程建设也由成套引进，转变为只引进工艺包和部分关键设备。

目前，由于急冷器使用工况特殊，导致其选材特殊，国内对于特殊材料的急冷器加工制造技术尚不成熟，只有少数单位能够进行小批量制造，而且急冷器的锻件与内管的自动化焊接质量不高，大多采用手工焊接。手工焊生产效率低下，且焊接质量受焊工个人技能水平的影响较大，不可控因素较多，因而焊接稳定性较差。加之国内制造企业掌握急冷器焊接技术的熟练焊工很少，且高技能焊工的培养也需要很长的周期，因此在很大程度上限制了该关键设备的国产化进程。实现急冷器的大批量、产业化生产，必须实现自动化焊接，提高生产效率，提高焊接质量。

由上述可知，由于急冷器的使用工况温度较高（进口温度达到900℃以上，出口温度300℃以上），为满足高温工况要求，其材料使用SA-213 T22耐热钢材料，而这种耐热钢材料施焊条件比较严格，在焊接前需要对钢材施焊区域两侧进行预热，温度达到100-150℃才能施焊，满足此施焊条件是保证焊接质量的前提，并且在整个焊接过程中均不得低于此温度，否则会出现焊后裂纹，可见手工焊焊接难度较大。

内管焊缝位于锻件离端部200mm处（如图1所示），由于焊缝位于内管内侧且内管直径很小，如果采用手工焊接，焊接质量完全取决于焊工个人的技能水平，该急冷器由于在高温高压下运行，焊缝必须保证100%RT检测合格，手工操作时受位置和技能水平的限制，无法保证焊缝焊后RT检测全部合格，而且此结构无法实现焊缝的返修，一旦焊缝出现缺陷无法进行修复就只能报废处理，而急冷器的材料都为国外进口，报废会使得制造成本大幅度提高。又因为该材料在焊接过程中也会产生大量的热，热量在狭小的管子内不易散发，致使该区域温度更高；如果采用手工焊接，施焊工人因受温度影响工作效率下降；当上升至一定温度时，工人甚至无法继续施焊，造成停工，使生产效率大幅降低，影响了急冷器的国产化、规模化进程。

目前常见的自动化焊接结构设计不合理，自动化焊接质量差。急冷器设备的具体焊接位置，如图1所示，主要涉及急冷器端部锻件与内、外管的焊接，外管焊接属于正常焊接，加工难度不大，焊接难点主要是内管与端部锻件的焊接。

由于管子直径较小，焊接机头伸入管子内部焊接时将无法观察到焊接时的具体情况，因此对于焊接结构的设计至关重要，必须保证在不焊穿的情况下焊透，且保证焊缝内部成型。

如图2所示：急冷器端部锻件和内管直径相同，锻件与内管之间留有1-2mm的装配间隙，焊接坡口角度为60°，不留钝边，目的是为了保证焊透。该焊接结构存在的问题是：由于内管的长度很长，管子自身的重力作用会产生下垂，导致装配时锻件与内管接口处产生一定的错边，施焊时焊缝根部容易出现未熔合的状况。另外由于焊缝在管子内部，无法观察，装配间隙的大小很难精准控制，而间隙小了无法保证焊透，间隙大了容易造成烧穿和焊瘤，这些问题均导致焊缝合格率大幅下降。

如图3所示：此焊接结构的急冷器端部锻件和内管直径也相同，锻件与内管之间也保留了1-2mm的装配间隙，坡口角度也是60°，为提高焊接质量，将上述无钝边的坡口结构加工成带1mm钝边的结构，该结构主要是为了防止施焊烧穿管子，但无法避免装配时产生的错边问题，一旦有错边就容易造成未熔合的焊接现象；另外，由于钝边仅1毫米，钝边尺寸在机械加工时难以控制，如果圆周上钝边尺寸不均匀，钝边大的部位会产生未焊透的现象，而钝边小的部位却极易产生烧穿，该结构的焊接合格率没有明显提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种急冷器端部锻件与内管焊接结构，特别适用于石油炼化乙烯工业装置急冷器端部锻件与管子间的焊接，克服上述两种焊接结构所会产生未熔合、未焊透、烧穿等焊接缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种急冷器端部锻件与内管焊接结构，包括急冷器端部锻件、内管，所述的急冷器端部锻件具有第一连接端，所述的内管具有第二连接端，所述的第一连接端具有第一台阶部，所述的第一台阶部具有与所述的急冷器端部锻件外周面相连接沿所述的急冷器端部锻件径向延伸的第一台阶厚度面、与所述的第一台阶厚度面相连接沿所述的急冷器端部锻件轴向延伸的第一台阶宽度面、连接所述的第一台阶宽度面与所述的急冷器端部锻件内周面的第一坡口面，所述的第一台阶宽度面与所述的第一坡口面之间形成第一施焊区，连接时：所述的内管的第二连接端插入至所述的急冷器端部锻件的第一施焊区内。

所述的内管的第二连接端插入至所述的急冷器端部锻件的第一施焊区内相当于将所述的内管插入了所述的锻件急冷器端部锻件内，可以形成类似带锁边的结构，避免由于所述的内管重力作用产生的错边现象，与所述的内管装配时能起到限位的作用，保证所述的急冷器端部锻件与内管之间的装配间隙，避免了焊接未熔合现象，从而保证了焊接质量。

优选地，所述的第二连接端具有第二台阶部，所述的第二台阶部具有与所述的内管外周面相连接沿所述的内管径向延伸的第二台阶厚度面、与所述的第二台阶厚度面相连接沿所述的内管轴向延伸的第二台阶宽度面、连接所述的第二台阶宽度面与所述的内管内周面的第二坡口面，所述的第二台阶宽度面与所述的第二坡口面之间形成第二施焊区。

进一步优选地，所述的第二坡口面与所述的内管的径向截面之间呈0-90°夹角。

进一步优选地，所述的第二台阶厚度面的厚度为0.75±0.1mm。

进一步优选地，所述的第二台阶宽度面的宽度为2.0±0.1mm。

优选地，所述的第一坡口面与所述的急冷器端部锻件的径向截面之间呈0-90°夹角。

优选地，所述的第一台阶厚度面的厚度为0.5±0.1mm。

优选地，所述的第一台阶宽度面的宽度为1.0±0.1mm。

所述的急冷器端部锻件与所述的内管可以采用机械加工的方式加工出带有台阶的30°坡口，所述的第一台阶部、第二台阶部中的宽度和厚度尺寸上均留有公差，由于尺寸适当，在防止焊穿的同时也保证了焊透，大幅提高了焊接一次性合格率。

优选地，所述的急冷器端部锻件的第一连接端的外径大于所述的内管的外径，所述的内管的外径尺寸与所述的急冷器端部锻件的外径不同，确保了所述的内管的第二连接端能够插入至所述的急冷器端部锻件内。

优选地，所述的急冷器端部锻件的内径等于所述的内管的内径，连接后所述的整个结构的内径相同。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型从急冷器本身的材料特点、焊接结构等方面考虑，将传统的焊接结构形式进行了优化，实现了自动化焊接技术，避免了温度对操作的限制，可保证焊接的连续性，保证焊缝一次性合格，提高焊接质量，大大提高生产效率，缩短生产周期，降低了制造成本，实现特殊材料的急冷器国产化及规模化生产。

附图说明

附图1为现有技术中急冷器端部锻件与内管的结构示意图；

附图2为现有技术中急冷器端部锻件与内管焊接结构示意图一；

附图3为现有技术中急冷器端部锻件与内管焊接结构示意图二；

附图4为本实施例中急冷器端部锻件的结构示意图；

附图5为本实施例中内管的结构示意图；

附图6为本实施例中急冷器端部锻件与内管组装结构示意图。

其中：1、急冷器端部锻件；10、第一连接端；11、第一施焊区；1a、急冷器端部锻件外周面；1b、第一台阶厚度面；1c、第一台阶宽度面；1d、第一坡口面；1e、急冷器端部锻件内周面；2、内管；20、第二连接端；21、第二施焊区；2a、内管外周面；2b、第二台阶厚度面；2c、第二台阶宽度面；2d、第二坡口面；2e、内管内周面；3’、外管；4’、钝边。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图6所示的一种急冷器端部锻件与内管焊接结构，包括急冷器端部锻件1、内管2。在本实施例中：

如图4所示：急冷器端部锻件1具有第一连接端10，第一连接端10具有第一台阶部，第一台阶部具有与急冷器端部锻件外周面1a相连接沿急冷器端部锻件1径向延伸的第一台阶厚度面1b、与第一台阶厚度面1b相连接沿急冷器端部锻件1轴向延伸的第一台阶宽度面1c、连接第一台阶宽度面1c与急冷器端部锻件内周面1e的第一坡口面1d，第一台阶宽度面1c与第一坡口面1d之间形成第一施焊区11。

其中：第一坡口面1d与急冷器端部锻件1的径向截面之间呈0-90°夹角，本实施例优选为30度；第一台阶厚度面1b的厚度为0.5±0.1mm；第一台阶宽度面1c的宽度为1.0±0.1mm。

如图5所示：内管2具有第二连接端20，第二连接端20也具有第二台阶部，第二台阶部具有与内管外周面2a相连接沿内管1径向延伸的第二台阶厚度面2b、与第二台阶厚度面2b相连接沿内管2轴向延伸的第二台阶宽度面2c、连接第二台阶宽度面2c与内管内周面2e的第二坡口面2d，第二台阶宽度面2c与第二坡口面2d之间形成第二施焊区21。

其中：第二坡口面2d与内管1的径向截面之间呈0-90°夹角，本实施例优选为30度；第二台阶厚度面2b的厚度为0.75±0.1mm；第二台阶宽度面2c的宽度为2.0±0.1mm。

急冷器端部锻件1的第一连接端10的外径大于内管2的外径；急冷器端部锻件1的内径等于内管2的内径。连接时：内管2的第二连接端20插入至急冷器端部锻件1第一施焊区11内，急冷器端部锻件1的第一施焊区11、内管2的第二施焊区21共同形成施焊区，急冷器端部锻件1的第一坡口面1d、内管2的第二坡口面2d分别形成30°夹角的坡口。

本发明采用合理的焊接结构，可以实现自动化焊接，在规模化实施本焊接技术前，做了大量的焊接实验，先在试样上调节好焊接参数，包括焊接时的电流、电压，焊接速度，焊机送丝速度等，试样试验合格后，各项参数方才用于设备的焊接上。

自动化焊接技术解决了焊接质量受人工焊接技能水平限制、焊接质量不稳定的问题，只要保证工件尺寸加工到位，就可保证100%的焊接合格率，使生产效率及焊接质量大幅提高，而制造成本大幅下降。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。