钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺及其所使用的紫铜衬垫的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其步骤依次如下：(a)将加工筒体纵缝对拼接，并进行点焊固定；(b)将该加工筒体内纵缝置于紫铜衬垫上；(c)将该加工筒体的纵缝与紫铜衬垫的焊接凹槽的中心线对正，通过气缸固定该加工筒体与紫铜衬垫，该紫铜衬垫的冷却水管通水；(d)施焊；(e)该加工筒体纵缝焊接完毕，卸下该加工筒体。本发明的焊接工艺进行单面焊双面成形的埋弧自动焊接，同时实现了RT探伤合格率高，节约了焊剂材料，提高了钢制薄板压力容器的制造质量，降低了生产成本等技术效果。
【专利说明】钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺及其所使用的紫铜衬垫
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力容器焊接工艺，具体涉及一种钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺及其所使用的紫铜衬垫。
【背景技术】
[0002]钢制薄板压力容器直径一般在250?600mm，材质为Q235-B，壁厚3?5mm ;应用在工矿企业生产中，主要有空气压缩机储罐、空气净化系列的除油器、油气分离器、法兰式空气过滤器、空气换热器等产品。
[0003]目前，钢制薄板压力容器在我国的工业化生产中应用极其广泛，需求量巨大。近年来，我公司制造的钢制薄板压力容器台数每年均以30%递增，年产量过万台。由于纵缝和环缝焊接是压力容器制造的主要工序，只有提高钢制薄板压力容器纵缝焊接效率和X射线(RT)探伤合格率，才能提高产品的质量及生产效率，降低生产成本，保证企业的生存和发展。
[0004]传统的焊接工艺，钢制薄板压力容器纵缝焊接采用双面焊接，即先对筒体内纵缝焊一道手工电弧焊，然后对筒体外纵缝打磨清根后，再进行一道埋弧自动焊。由于钢制薄板压力容器直径小，空间狭窄，筒体内光线不足，视角不佳等多种因素，在筒体纵缝内进行手工电弧焊时，焊工操作困难，难以保证筒体内纵焊缝的焊接质量，使内焊缝容易产生气孔、夹渣及表面咬边等不良缺陷，根据《承压设备无损检测》(JB/T4730-2005)及《钢制压力容器》(GB150-2011)标准，焊缝内单个气孔直径应< 1/2板厚，或同一线上单条夹渣长度(6mm ;容器焊缝表面的咬边深度不得大于0.5mm,咬边连续长度不得大于100mm,否则焊缝缺陷超标不合格，造成焊缝X射线(RT)探伤及表面质量合格率低、返修率高，从而增加了产品制造成本和制造周期。
[0005]基于上述情况，我公司经过多次试验，发现采用单面焊双面成形的焊接工艺对钢制薄板压力容器筒体纵缝进行焊接，能免除筒体内纵缝手工电弧焊焊接工序，提高筒体纵缝RT探伤合格率，从而提高纵缝的焊接速度和焊接质量。因此，我公司将钢制薄板压力容器的筒体纵缝焊接工艺由原来的双面焊改为单面焊双面成形，而单面焊双面成形的焊接工艺需要使用衬垫，在开始的时候，我公司采用了焊剂衬垫单面焊双面成形的埋弧自动焊接方法，纵缝的焊接效率得到了提高，也解决钢制薄板压力容器的筒体纵缝单面焊双面成形问题，但存在以下缺点:
[0006](I)筒体内纵焊缝表面成形不理想，如焊缝存在咬边、夹渣、与母材过渡不圆滑及焊瘤等表面缺陷；
[0007](2)筒体纵缝RT探伤合格率偏低、返修率偏高；
[0008](3)焊剂材料消耗大，增加产品制造成本。
【发明内容】
[0009]为克服以上焊剂衬垫单面焊双面成形的埋弧自动焊接工艺缺点，我们经过多次试验，利用紫铜衬垫代替焊剂衬垫。经实验证明，钢制薄板压力容器的筒体纵缝内外表面成形美观、与母材过渡圆滑，RT探伤合格率高，节约了焊剂材料，提高了钢制薄板压力容器的制造质量，降低了生产成本。
[0010]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其步骤依次如下:
[0011](a)将加工筒体纵缝对拼接，并进行点焊固定；
[0012](b)将该加工筒体内纵缝置于紫铜衬垫上；
[0013](c)将该加工筒体的纵缝与紫铜衬垫的焊接凹槽的中心线对正，通过气缸固定该加工筒体与紫铜衬垫，该紫铜衬垫的冷却水管通水；
[0014](d)施焊；
[0015](e)该加工筒体纵缝焊接完毕，卸下该加工筒体。
[0016]进一步，该紫铜衬垫为块状，其上端面为一外凸的曲面，并设有一纵向焊接凹槽，该紫铜衬垫的下端面具有一纵向冷管凹槽，该冷管凹槽内嵌一冷却水管。
[0017]进一步,焊前将该加工筒体的对接面及焊接部位两侧不小于20_范围内的锈蚀、油污、氧化皮及水份清除干净。
[0018]进一步，该加工筒体的纵缝与紫铜衬垫对中后，通过至少一个气缸推动该紫铜衬垫与加工筒体纵缝紧密贴合，该气缸数量根据该加工筒体的长度确定，该气缸分布间距为200mmo
[0019]具体地，板厚为3?5_的该加工筒体纵缝坡口形式为，坡口间隙取O+1，坡口角度为O。。
[0020]本发明解决该技术问题还提供了另一技术方案:一种紫铜衬垫，其为块状，其上端面为一外凸的曲面，并设有一纵向焊接凹槽，该紫铜衬垫的下端面具有一纵向冷管凹槽，该冷管凹槽内嵌一冷却水管。
[0021]进一步,该冷却水管为紫铜管，该紫铜冷却水管通过挤压紧贴于该冷管凹槽内。
[0022]具体地，该紫铜衬垫的横截面的弧边的轮廓半径R为该加工筒体半径的85%?95%。
[0023]具体地，对板厚为3?5_的加工筒体纵缝焊接，该紫铜衬垫的截面积> 2500mm2。
[0024]具体地，对板厚为3?5mm的加工筒体纵缝焊接，该焊接凹槽的深度H的取值为^ 1.5mmο
[0025]与现有技术相比，由于紫铜的导热系数大，热传递速度高，可避免焊缝金属熔入紫铜衬垫，本发明的焊接工艺利用紫铜衬垫代替焊剂衬垫进行单面焊双面成形的埋弧自动焊接，同时实现了钢制薄板压力容器的筒体纵缝内外表面成形美观、与母材过渡圆滑，RT探伤合格率高，节约了焊剂材料，提高了钢制薄板压力容器的制造质量，降低了生产成本等技术效果。
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的紫铜衬垫的横截面示意图。
[0028]图2是本发明的焊缝截面图。
[0029]图3是上述焊缝截面图的I部的局部放大图。
[0030]图4是加工筒体对接坡口的示意图。
[0031]图5是本发明的使用状态图。
【具体实施方式】
[0032]请同时参阅图1、图2、图3、图4及图5，本发明的钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺包括以下要点:
[0033](I)选择合适的紫铜衬垫10。
[0034]该紫铜衬垫10为块状。需要说明的是，紫铜衬垫10与加工筒体20的接触并进行焊接的一面为紫铜衬垫10的上端面11，其为一外凸的曲面。该紫铜衬垫10的上端面11的对立面为紫铜衬垫10的下端面12。紫铜衬垫10的横截面为该上端面11、下端面12及与该上端面11的两直边相邻的两个侧面所围成的正投影面，该横截面的高a为该上端面11的两直边至下端面12的平均距离，该横截面的宽b为两侧面之间的距离。该横截面的弧边为切割上端面构成。
[0035]对板厚为3?5mm的加工筒体20纵缝焊接时，紫铜衬垫10的截面积彡2500mm2,否则衬垫的热传递速度低，衬垫的温度高，造成焊缝21表面渗铜或焊缝21金属熔入紫铜，影响紫铜衬垫10的使用寿命及焊缝21的焊接质量；该横截面的宽b与高a比大于2，确保紫铜衬垫10柔性，利于紫铜衬垫10上升时与筒体20内表面紧密贴合。
[0036]紫铜衬垫10的横截面的弧边的轮廓半径R要与加工筒体20半径基本一致，其轮廓半径R取值为加工筒体20半径的85%?95%。
[0037]紫铜衬垫10的上端面11设有一纵向焊接凹槽13，其与该横截面相互垂直，贯通紫铜衬垫10的上端面11，用于加工筒体20内焊缝21的成形。该焊接凹槽13的深度H根据加工筒体20板厚确定，板厚3?5mm的加工筒体20纵缝焊接，该焊接凹槽13的深度H的取值为< 1.5_。如H值选取过大，则纵缝焊接时形成加工筒体20内焊缝21余高过高从而在焊缝21余高处容易产生气孔22缺陷，如图2和图3所示，且根据GB150-2011《钢制压力容器》的相关规定，焊缝21余高过高，不合格，同时焊接凹槽13各处应圆滑过渡，使筒体20内焊缝21成形圆滑，减小焊缝21与母材间的应力集中。
[0038]紫铜衬垫10的下端面12具有一纵向冷管凹槽14，其与该横截面相互垂直，贯通紫铜衬垫10的下端面12，该冷管凹槽14内嵌一冷却水管15，其内通水冷却，降低紫铜衬垫10的温度，以保证焊接质量。该冷却水管15优选紫铜管，紫铜冷却水管15通过挤压紧贴在冷管凹槽14内，提高冷却水热交换效率，加快紫铜衬垫10热传递速度。
[0039]加工筒体20纵缝与紫铜衬垫10对中后，通过多个气缸30推动紫铜衬垫10，气缸30数量根据筒体20的长度确定，气缸30分布间距为200mm。使筒体20内纵缝与紫铜衬垫10紧密贴合，避免筒体20纵缝与紫铜衬垫10间隙过大造成内焊缝21过高而容易产生气孔22或焊缝21容易被焊穿等缺陷。
[0040]板厚为3?5mm的加工筒体20纵缝坡口形式如图4所示:坡口间隙取O+1，坡口角度为0°。
[0041](2)焊接部位的清理。
[0042]焊前将对接面及焊接部位两侧不小于20_范围内的锈蚀、油污、氧化皮及水份等清除干净。如钢板表面未清理干净，残存有铁锈等杂物，焊接时焊缝21极容易产生气孔22、夹渣等缺陷。焊接部位的清理可以用手工进行清除，例如钢丝刷、手提砂轮机或钢丝轮等，机械清除可取用喷砂或氧气、乙炔火焰等方法进行。
[0043](3)焊接工艺参数的选择。
[0044]焊接电源:GS-600SS-2弧焊整流器。
[0045]焊材材质及规格、焊接电流、焊接电压、焊接速度及送丝速度见下表1:
[0046]
焊接筒体板厚焊材焊接电 Si 电源焊接速度送丝速度言径电压方法材质 (mm) 牌号流(A)极性 (cm/min) (cm/min)
(mm)(V)
300?—
326 ?27 DC— 50
315
,340? Λ—
SAW Q235-B 4 Η08Α Φ2.027 ?28 DC45200?230
__355____
380 ?一
528?29 DC40
400
[0047]表I
[0048](4)焊接工艺的步骤依次如下:
[0049](a)将加工筒体20纵缝对拼接，并进行点焊固定；
[0050](b)将该加工筒体20内纵缝置于紫铜衬垫10上；
[0051](c)将该加工筒体20的纵缝与紫铜衬垫10的焊接凹槽13的中心线对正，通过气缸30固定该加工筒体20与紫铜衬垫10，该紫铜衬垫10的冷却水管15通水；
[0052](d)按照上述焊接工艺参数进行施焊；
[0053](e)该加工筒体20纵缝焊接完毕，卸下该加工筒体20。
[0054](5)焊后检验。
[0055]检验完成焊接的加工筒体内纵焊缝成形宽度约5mm,余高h2彡1.5 mm ;外纵焊缝宽度< 15mm，余高Ii1 < 1.5 mm，焊缝不直度<1 mm，内外焊缝表面光滑，无气孔、咬边等不良缺陷存在，RT探伤按《承压设备无损检测》(JB/T4730-2005)评定合格。
[0056](6)成本核算。
[0057]这种紫铜衬垫的单面焊双面成形埋弧自动焊焊接新工艺与双面焊、焊剂作衬垫的焊接工艺相比较RT探伤合格率提高约25%以上，节省焊剂约0.lKg/m,以我单位每年制造薄板压力容器1.5万台计，我单位每年可节省RT探伤胶片和拍片人工(胶片3750张X 7=26250元)，焊剂约2250KgX4.1 = 9225元)，节约手工电弧焊焊条约4000kgX4.3 =17200元，节约手工电弧焊人工费15000台X5 = 75000元，一年合计节约127675万元，缩短每台压力容器制造时间，提高产品质量，产生的直接和间接经济效益十分显著，将公司创造良好经济的效益。
[0058]本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
【权利要求】
1.一种钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其特征在于，其步骤依次如下: (a)将加工筒体纵缝对拼接，并进行点焊固定； (b)将该加工筒体内纵缝置于紫铜衬垫上； (C)将该加工筒体的纵缝与紫铜衬垫的焊接凹槽的中心线对正，通过气缸固定该加工筒体与紫铜衬垫，该紫铜衬垫的冷却水管通水； (d)施焊； (e)该加工筒体纵缝焊接完毕，卸下该加工筒体。
2.如权利要求1所述钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其特征在于:该紫铜衬垫为块状，其上端面为一外凸的曲面，并设有一纵向焊接凹槽，该紫铜衬垫的下端面具有一纵向冷管凹槽，该冷管凹槽内嵌一冷却水管。
3.如权利要求1所述钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其特征在于:焊前将该加工筒体的对接面及焊接部位两侧不小于20_范围内的锈蚀、油污、氧化皮及水份清除干净。
4.如权利要求1所述钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其特征在于:该加工筒体的纵缝与紫铜衬垫对中后，通过至少一个气缸推动该紫铜衬垫固定，该气缸数量根据该加工筒体的长度确定，该气缸分布间距为200mm。
5.如权利要求1所述钢制薄板压力容器纵缝紫铜衬垫焊接工艺，其特征在于:板厚为3?5mm的该加工筒体纵缝坡口形式为，坡口间隙取O+1，坡口角度为0°。
6.一种紫铜衬垫，其特征在于:其为块状，其上端面为一外凸的曲面，并设有一纵向焊接凹槽，该紫铜衬垫的下端面具有一纵向冷管凹槽，该冷管凹槽内嵌一冷却水管。
7.如权利要求6所述紫铜衬垫，其特征在于:该冷却水管为紫铜管，该紫铜冷却水管通过挤压紧贴于该冷管凹槽内。
8.如权利要求6所述紫铜衬垫，其特征在于:该紫铜衬垫的横截面的弧边的轮廓半径R为该加工筒体半径的85%?95%。
9.如权利要求6所述紫铜衬垫，其特征在于:对板厚为3?5_的加工筒体纵缝焊接，该紫铜衬垫的截面积> 2500mm2。
10.如权利要求6所述紫铜衬垫，其特征在于:对板厚为3?5_的加工筒体纵缝焊接，该焊接凹槽的深度H的取值为< 1.5mm。
【文档编号】B23K9/035GK104128694SQ201410355772
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】谢坚鎏, 张德光, 谭远强, 李永欣, 汤汝壮, 谈振忠 申请人:江门市新会区同达化工机械制造有限公司