一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构及工艺的制作方法

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及密封唇焊接结构及工艺。

背景技术：

以阀门密封唇焊缝为例，此类阀门密封唇焊缝泄露是多发事件，其密封结构见图1。

经分析，产生泄露的机理：上下阀体在施加预紧力后形成刚性固定体，在有缝隙的刚性固定体端部进行的焊接导致在焊缝根部(图1中c处)形成的较大的残余应力而导致产生裂纹。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种大幅度降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其适用的结构形式为带预紧力的平面密封端部焊接。本发明通过改善端部焊接结构形状、改善填充金属类型、改善焊接工艺和参数三个方面综合降低此类结构焊接残余应力。

本发明的技术方案如下：

一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，包括相对设置待焊接的部件上体和部件下体，其特征在于：

所述部件上体和部件下体相对设置的密封面分别设置有上凹槽和下凹槽，所述上凹槽和下凹槽形成密封导槽，所述密封导槽内填充有金属条，所述金属条和所述部件上体、部件下体通过焊接连接。

进一步的，所述密封导槽截面为方形，且所述密封导槽的内部倒角为弧形倒角。

进一步的，所述密封导槽截面为半圆形。

进一步的，所述密封导槽截面为椭圆形。

进一步的，所述金属条截面为方形、半圆形、或多正多边形。

一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在待焊接的部件上体和部件下体的密封面之间加工出密封导槽；

(2)选择合理的填充金属材料，加工填充金属，使其截面的形状和尺寸与密封导槽的配合间隙符合焊接工艺技术要求，将金属条放置到密封导槽内；

(3)焊接连接所述金属条和部件上体、部件下体。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

(1)采用可活动的填充金属代替了现有技术方法中根部焊缝拘束度较大的结构，使现有技术中在刚性拘束度大部位焊接转变为非刚性拘束部位焊接，从而起到了大幅度降低焊接残余应力的作用；

(2)与现有工艺采用焊接自熔密封方式不同，本发明可采用塑韧性较好的填充金属，从而保证了焊缝金属的塑韧性由于现有技术焊缝金属，从而降低了产生裂纹和裂纹扩展的风险；

(3)采用合理的焊接工艺和焊接参数获得一定熔深的焊缝，从而保证密封效果优于现有技术的密封；

(4)每次进行此类部件检修时，现有技术均需要切割图1中的d部位从而导致图1中尺寸d1减小，当d1小于技术要求时会导致部件报废。本发明仅需要切割图4中的f，使图4中的尺寸d5在检修中不会减小，从而极大提高了部件的使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为现有技术密封焊缝截面示意图；

图2为本发明的密封面端部密封导槽截面示意图；

图3为本发明填充金属安装在密封导槽内的截面示意图；

图4为本发明焊接结构截面示意图；

其中：a、部件上体；b、部件下体；c、现有技术密封焊缝根部缝隙；d、现有技术密封焊缝；e、本发明密封导槽根部；f、本发明填充金属；g、本发明密封焊缝；d1、现有技术上、下体结合面尺寸，随逐次检修而减小；d2、本发明密封导槽深度；d3、本发明密封导槽宽度；d4、本发明密封导槽防止应力集中圆弧；d5、本发明上下体结合面尺寸，不会随检修而减小；d6、本发明填充金属截面尺寸；d7、本发明密封焊缝熔深。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其原理：在上下部件接触平面端部加工密封导槽并在其中填充金属，使原密封根部(见图1中c部位)焊接结构转化为非焊接结构(见图2中e处)，从而降低密封焊缝根部的结构刚性拘束度。

可以选择塑韧性较好的填充材料以提高焊缝金属的塑韧性。选择合理的焊接工艺和参数保证一定熔深焊缝。由于改进后的焊接结构为母材+填充金属，其焊缝拘束度大大降低，并在一定熔深密封焊缝的基础上保证了密封效果。

在端部加工可以降低焊接结构拘束度的密封导槽。

密封导槽形状可以为方形或半圆形状，保证图2中尺寸d5符合部件技术要求，同时在密封导槽中应在尖角处加工圆角避免加工应力集中点。

填充金属条选择塑韧性良好的金属。

填充金属条的截面形状可以为圆形、方形或多边形，其截面尺寸应方便密封焊接，同时可以选择与母材相近或较母材选择塑韧性更佳的填充金属。

选择合理的焊接工艺和焊接参数，可以选择手工焊接也可以选择自动焊接工艺，同时可以选择填丝焊接工艺也可以选择不填丝焊接工艺。选择的焊接参数应能实现一定的焊接熔深。

一种降低缝隙密封焊接残余应力结构，该工艺实施步骤如下：

(1)上下部件接触密封面端部加工密封导槽，加工后应保证图2中尺寸d5符合技术要求，如采用方形截面应在尖角处加工圆角避免产生应力集中；

(2)加工填充金属，其截面形状和尺寸应保证焊接便利。填充材料的塑韧性不低于母材的相关指标；

(3)选择合理的焊接参数，保证密封焊缝结构完整和一定的焊接熔深。

由于采用以上结构、材料和工艺上的优化，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)采用可活动的填充金属代替了现有技术方法中根部焊缝拘束度较大的结构，使现有技术中在刚性拘束度大部位焊接转变为非刚性拘束部位焊接，从而起到了大幅度降低焊接残余应力的作用；

(2)与现有工艺采用焊接自熔密封方式不同，本发明可采用塑韧性较好的填充金属，从而保证了焊缝金属的塑韧性由于现有技术焊缝金属，从而降低了产生裂纹和裂纹扩展的风险；

(3)采用合理的焊接工艺和焊接参数获得一定熔深的焊缝，从而保证密封效果优于现有技术的密封；

(4)每次进行此类部件检修时，现有技术均需要切割图1中的d部位从而导致图1中尺寸d1减小，当d1小于技术要求时会导致部件报废。本发明仅需要切割图4中的f，使图4中的尺寸d5在检修中不会减小，从而极大提高了部件的使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，包括相对设置待焊接的部件上体和部件下体，其特征在于：

所述部件上体和部件下体相对设置的密封面分别设置有上凹槽和下凹槽，所述上凹槽和下凹槽形成密封导槽，所述密封导槽内填充有金属条，所述金属条和所述部件上体、部件下体通过焊接连接。

2.根据权利要求1所述的一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其特征在于：

所述密封导槽截面为方形，且所述密封导槽的内部倒角为弧形倒角。

3.根据权利要求1所述的一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其特征在于：

所述密封导槽截面为半圆形。

4.根据权利要求1所述的一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其特征在于：

所述密封导槽截面为椭圆形。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接结构，其特征在于：所述金属条截面为方形、半圆形、或多正多边形。

6.一种降低缝隙密封焊接残余应力的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在待焊接的部件上体和部件下体的密封面之间加工出密封导槽；

(2)选择合理的填充金属材料，加工填充金属，使其截面的形状和尺寸与密封导槽的配合间隙符合焊接工艺技术要求，将金属条放置到密封导槽内；

(3)焊接连接所述金属条和部件上体、部件下体。

技术总结
本发明针对两个金属部件在预紧力的作用下以平面接触形式密封，两个部件端部采用焊接方式进行密封的焊接结构改进。本发明适用对象的特征在于：(1)两个部件的接触平面在预紧力的作用下实现密封；(2)两个平面的端部采用焊接方式进行密封。本发明可应用于所有以上描述的结构改进，如阀门密封唇焊接等。

技术研发人员：陈旭伟;吴国兴;汤淳坡;周龙;孙志强;陈忠兵;尹少华
受保护的技术使用者：国家能源集团泰州发电有限公司
技术研发日：2019.12.09
技术公布日：2020.06.19