本發(fā)明涉及一種換熱器類壓力容器設(shè)備的鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝，特別是涉及一種核電換熱主設(shè)備尤其是以高溫氣冷堆、快中子堆等為代表的第四代核電技術(shù)的蒸汽發(fā)生器的鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝。

背景技術(shù)：

我國自主設(shè)計的高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器螺旋盤管高溫段與空間彎管出口連接管之間為鎳基合金incoloy800h換熱管對接。換熱管規(guī)格為外徑19mm，壁厚3mm，直徑小且壁厚大。

根據(jù)蒸汽發(fā)生器的設(shè)計要求，鎳基合金incoloy800h換熱管對接需滿足射線照相要求的同時，焊縫成形要求較為苛刻。焊接過程既需要保證換熱管對接焊縫熔合良好，又要控制焊縫雙側(cè)不凹陷，同時不能超出換熱管表面0.45mm，保證通球φ不小于12.1mm，這對上述規(guī)格的換熱管而言，焊接難度極大。焊接力度既不能過強，也不能較弱，以滿足核電領(lǐng)域的需求。

值得注意的是，蒸汽發(fā)生器的換熱管密集，換熱管之間管壁距離小，焊接操作空間小，進一步加大了焊接操作的難度。

由于現(xiàn)有技術(shù)中上述問題的存在，本發(fā)明人對現(xiàn)有的鎳基合金換熱管焊接技術(shù)進行研究，以便研究焊接過程穩(wěn)定，焊縫熔合良好，同時焊縫成形美觀，滿足產(chǎn)品要求的一種鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，設(shè)計出一種適用于鎳基合金incoloy800h換熱管對接的自動焊接工藝，采用該自動焊接工藝可以保證incoloy800h換熱管焊接過程穩(wěn)定，焊縫熔合良好，焊縫成形美觀，能夠獲得滿足產(chǎn)品要求的焊縫成形和焊接質(zhì)量。

本發(fā)明的目的在于提供一種鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝，該工藝包括：

步驟1)，對換熱管ⅰ1、換熱管ⅱ3和熔化環(huán)2進行裝配；

步驟2)，對焊接設(shè)備進行安裝、調(diào)試；

步驟3)，設(shè)置焊接工藝參數(shù)，實施焊接。

本發(fā)明所具有的有益效果包括：

(1)本發(fā)明提供的工藝針對鎳基合金換熱管材質(zhì)采用特定材料的熔化環(huán)進行換熱管對接，保證換熱管接頭性能滿足產(chǎn)品要求；

(2)本發(fā)明提供的工藝采用特定材質(zhì)的熔化環(huán)作為換熱管對接填充材料，在適用的焊接工藝參數(shù)下有效的保證了焊縫質(zhì)量和成形；

(3)本發(fā)明提供的工藝采用自動tig焊接工藝，該工藝可對焊接工藝參數(shù)及過程進行編程控制，焊接過程穩(wěn)定，可以獲得良好的焊縫成形與焊接質(zhì)量；

(4)本發(fā)明提供的工藝在蒸汽發(fā)生器的換熱管密集，換熱管之間管壁距離小，焊接操作空間小的情況下，可有效實現(xiàn)螺旋盤管高溫段與空間彎管出口連接管之間鎳基合金換熱管之間的有效焊接；

(5)本發(fā)明提供的工藝根據(jù)特定的換熱管設(shè)定，適用于直徑小且壁厚大的鎳基合金換熱管之間的對接焊接，使得焊接質(zhì)量高、過程穩(wěn)定可靠、焊縫成形均勻美觀、熔合良好、焊接效率高，且經(jīng)各項無損檢驗及理化性能試驗，其結(jié)果滿足高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器換熱管焊接質(zhì)量要求。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的鋼換熱管對接焊接接頭組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的施焊示意圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的鎢極結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標號說明：

1-換熱管ⅰ；

2-熔化環(huán)；

3-換熱管ⅱ；

4-鎢極桿；

5-鎢極端部圓錐；

6-尖端平臺；

7-工裝；

81-臂段；

82-施焊平臺。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。通過這些說明，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

本發(fā)明提供了一種鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝，該工藝包括以下步驟：

步驟1)，對換熱管ⅰ1、換熱管ⅱ3和熔化環(huán)2進行裝配；

步驟2)，對焊接設(shè)備進行安裝、調(diào)試；

步驟3)，設(shè)置焊接工藝參數(shù)，實施焊接。

步驟1)，對換熱管ⅰ1、換熱管ⅱ3和熔化環(huán)2進行裝配。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述換熱管ⅰ1為鎳基合金incoloy800h換熱管，其外徑為19±0.05mm，壁厚3±0.10mm。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述換熱管ⅱ3為鎳基合金incoloy800h換熱管，其外徑為19±0.05mm，壁厚3±0.10mm。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3的外徑和壁厚相同。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述熔化環(huán)2為環(huán)狀in82(aws類別號)材料。

在一種優(yōu)選的實施方式中，如圖1所示，采用工裝7進行換熱管ⅰ1、換熱管ⅱ3和熔化環(huán)2的裝配定位。所述工裝7用于小直徑管對接焊的軸向?qū)χ屑肮潭ǎㄓ糜趭A持待焊接的小直徑管的兩個壓板，以及其他相關(guān)構(gòu)件。

在本發(fā)明中，所述換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3一端加工坡口后，再進行裝配及后續(xù)焊接；或者不加工坡口，裝配后，直接利用熔化環(huán)進行焊接。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3可預(yù)先加工坡口后再進行裝配、焊接。

所述換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3的一端外壁加工成階梯形單邊坡口，兩單邊坡口規(guī)格相同，其深度不低于熔化環(huán)2的壁厚。

此時，裝配方法如下：首先用工裝7的一個壓板夾持任一換熱管，調(diào)整該壓板至坡口端設(shè)定位置處，再用另一壓板夾持另一換熱管，熔化環(huán)2置于此換熱管坡口處，換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3的坡口相對，熔化環(huán)2落入兩對接的坡口內(nèi)。裝配后結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在另一種優(yōu)選的實施方式中，換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3不設(shè)置坡口，直接進行裝配、焊接。

此時，所述裝配方法如下：首先用工裝7的一個壓板夾持任一換熱管，調(diào)整該壓板至管端設(shè)定位置處，再用另一壓板夾持另一換熱管，熔化環(huán)2位于兩換熱管管端之間。裝配后結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過工裝7調(diào)整兩側(cè)換熱管及熔化環(huán)2的位置，使換熱管與熔化環(huán)2同軸，且兩側(cè)換熱管與熔化環(huán)2緊密配合。熔化環(huán)2作為換熱管ⅰ1和換熱管ⅱ3對接的填充材料，在焊接時可有效結(jié)合兩種換熱管，實現(xiàn)良好焊縫熔合。所述熔化環(huán)2與換熱管進行配合，省去了焊接時輸送焊絲的操作，降低了人為操作的影響，以及焊接操作難度，有利于對焊接質(zhì)量的控制。

在本發(fā)明中，焊接設(shè)備可與工裝7配合裝夾，焊接時焊接設(shè)備固定在工裝7上使焊接機頭的回轉(zhuǎn)中心帶動鎢極繞熔化環(huán)2旋轉(zhuǎn)焊接即可，因此，工裝7的兩個壓板分別至兩換熱管坡口端的距離與焊接機頭相對于熔化環(huán)2的位置密切相關(guān)。根據(jù)熔化環(huán)2和焊接機頭的規(guī)格，所述壓板至換熱管坡口端的距離相應(yīng)可調(diào)。

換熱管的對接焊接質(zhì)量對換熱管待焊部位的污染極為敏感。為了確保焊接質(zhì)量，焊前必須清理換熱管和熔化環(huán)2，不留有污染物。為便于清潔處理，在裝配前對換熱管和熔化環(huán)2進行清潔。清潔步驟如下：使用砂紙對換熱管管端20～25mm范圍內(nèi)的內(nèi)外壁進行打磨，去除換熱管管端內(nèi)外壁的鈍化膜及氧化物、油、銹等雜物，壓縮空氣進行吹掃，使之露出金屬光澤，再用無紡布或白布蘸取丙酮對換熱管內(nèi)外壁至少20mm的范圍、及熔化環(huán)2全部表面進行清理，直至無紡布或白布不變色。此時，清潔度控制滿足產(chǎn)品要求。

步驟2)，對焊接設(shè)備進行安裝、調(diào)試。

在一種優(yōu)選的實施方式中，所述焊接設(shè)備為tig自動焊接設(shè)備，可對焊接工藝參數(shù)及過程進行編程控制，還可以實現(xiàn)焊接過程中的數(shù)據(jù)實時監(jiān)控等功能，有效提高了焊接效率，減小焊接過程中人為因素對焊縫質(zhì)量的影響。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述焊接設(shè)備為自動脈沖tig焊接設(shè)備，施焊過程中熱輸入量集中，電弧挺度好，有利于調(diào)整焊接能量，使環(huán)形焊縫成型均勻，焊接過程穩(wěn)定，尤其適用于焊接難度大、對焊接工藝參數(shù)敏感的小直徑大壁厚換熱管之間的對接。

在一種優(yōu)選的實施方式中，由于換熱管之間的對接需要實施環(huán)形焊，可將焊接設(shè)備的焊接機頭與工裝7配合裝夾，便于旋轉(zhuǎn)焊接時操控焊接機頭。

如圖3所示，所述焊接機頭為l型焊接機頭，焊接機頭包括臂段81與施焊平臺82。裝配完成后，臂段81與換熱管平行，施焊平臺82套設(shè)在換熱管外部。此結(jié)構(gòu)的焊接機頭占用空間小，可在蒸汽發(fā)生器換熱管的密集空間內(nèi)施焊。

焊接機頭包括鎢極，鎢極固定在施焊平臺82內(nèi)。鎢極的規(guī)格與焊件厚度和焊接電流大小密切相關(guān)，鎢極端部形狀直接影響鎢極電子的發(fā)射能力從而影響焊縫熔透效果。鎢極端部圓錐的圓錐角增大，弧柱擴散，導(dǎo)致熔深減少，熔寬增大；隨著圓錐角減少，弧柱擴散傾向減少，熔深增大，熔寬減少。鎢極尖端平臺尺寸增大，弧柱擴散，導(dǎo)致熔深減少；鎢極尖端平臺尺寸過小，鎢極燒損嚴重。

根據(jù)換熱管和熔化件的材質(zhì)、規(guī)格，基于小直徑、大壁厚換熱管的焊接要求，并結(jié)合設(shè)定工藝參數(shù)，選用特定型號的鎢極。如圖4所示，所述鎢極包括鎢極桿4、鎢極端部圓錐5和設(shè)置在鎢極端部圓錐5上的尖端平臺6。

優(yōu)選地，鎢極桿4的直徑為1.6mm或2.4mm，鎢極端部圓錐5的圓錐角為25°～30°，尖端平臺6的直徑為0.35～0.40mm，尖端平臺6的圓心與鎢極端部圓錐5的中軸線共線，鎢極端部圓錐5的中軸線與鎢極桿4中軸線共線。

更優(yōu)選地，所述鎢極為釷鎢極。釷鎢極的電子發(fā)射率高，增大了許用電流范圍，降低了空載電壓，改善了引弧和穩(wěn)弧性能，相較于其他鎢極更適用于本發(fā)明中焊接操作。

在一種優(yōu)選的實施方式中，焊接機頭與工裝7配合安裝后，在換熱管的長度方向上，焊接機頭上鎢極指向熔化環(huán)2中間位置，即焊接時，鎢極對準熔化環(huán)2中間位置進行施焊。

同時，還需調(diào)整焊接機頭上鎢極與熔化環(huán)2的距離。由于鎢極與熔化環(huán)距離過小時易造成焊縫外側(cè)成形凹陷，且鎢極容易燒損造成焊縫夾鎢；而距離過大時不能保證焊接電弧穩(wěn)定，影響焊接質(zhì)量。因此，在熔化環(huán)2的徑向方向上，控制鎢極尖端平臺6與熔化環(huán)2外壁的距離為1.5～2mm。

步驟3)，設(shè)置焊接工藝參數(shù)，實施焊接。

實施對接焊接前，將焊接工藝參數(shù)進行編程存入焊接裝置的操控盒內(nèi)，可實現(xiàn)焊接過程通過焊接程序控制。根據(jù)換熱管的材質(zhì)、規(guī)格、焊接形狀，經(jīng)反復(fù)設(shè)定和實驗，得到最優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)，所述焊接工藝參數(shù)如下：基值電流10～40a，峰值電流35～85a，脈沖頻率1.5～2hz，脈寬比40％～50％，焊接電壓12～30v，焊接速度85～110mm/min，正面保護氣體為氦氣(純度≥99.995％)，氣體流量5～20l/min，背面保護氣體為氬氣(純度≥99.997％)，氣體流量10～45l/min。

在本發(fā)明中，采用兩組保護氣在換熱管外部焊接部位以及換熱管內(nèi)部分別進行焊接保護。正面保護氣體為焊接機頭噴出的用于保護焊接部位的氣體，其影響焊接電弧空間形態(tài)、電弧能量密度、熔化環(huán)2的熔化特征及焊接過程飛濺等情況。經(jīng)過研究和驗證，選用氦氣作為正面保護氣，其可以穩(wěn)定電弧空間形態(tài)和電弧能量密度，改善焊縫成型，降低飛濺，消除和防止缺陷的產(chǎn)生，提高焊縫質(zhì)量。

背面保護氣體為通入對接的換熱管內(nèi)部的保護氣，其選用氬氣。氬氣密度大，使用時不易漂浮散失，氬氣流出后，可以形成穩(wěn)定的氣流層。

保護氣的流量適用時，熔池平穩(wěn)，表面光亮無渣，無氧化痕跡，焊縫成形美觀；流量不適用時，熔池表面有渣，焊接強度不合格。在此，正面保護氣體流量5～20l/min，背面保護氣體流量10～45l/min。

在一種優(yōu)選的實施方式中，為保證焊縫熔合的質(zhì)量，需對鎢極指向熔化環(huán)2的施焊角度進行設(shè)定。本發(fā)明中，鎢極與熔化環(huán)2的中軸線垂直或幾近垂直，即鎢極指向熔化環(huán)2的施焊角度為90±5°。

在進一步優(yōu)選的實施方式中，如圖3所示，將裝配好的換熱管ⅰ1、換熱管ⅱ3和熔化環(huán)2按中軸線垂直固定，鎢極與換熱管和熔化環(huán)2的中軸線垂直，焊接機頭施焊平臺82內(nèi)的回轉(zhuǎn)中心帶動鎢極旋轉(zhuǎn)在橫焊位進行換熱管自動焊接。通過加熱熔化環(huán)2完成熔化環(huán)2與兩側(cè)換熱管的焊接。

采用本發(fā)明的焊接工藝參數(shù)及操作要求進行鎳基合金換熱管對接焊接，能達到良好的焊縫成形及焊縫熔合，經(jīng)各項無損檢驗及理化性能試驗，其結(jié)果滿足高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器上換熱管焊接質(zhì)量要求。

采用本發(fā)明提供的如上所述鎳基合金換熱管對接自動焊接工藝進行焊接后檢測結(jié)果如下：

目視檢測：焊后焊縫均勻飽滿，無肉眼可見缺陷，外壁不凹陷；

焊縫處管孔內(nèi)徑檢測：外壁凸起不超過0.45mm，通球φ不小于12.1mm；

液體滲透檢驗：檢驗結(jié)果無顯示，表示無液體滲漏；

棒陽極射線檢測(rt)：內(nèi)壁不凹陷；無裂紋、咬邊、未熔合或未焊透；圓形顯示尺寸小于0.6mm，個數(shù)不超過4個；

室溫拉伸：抗拉強度≥448mpa；

高溫(675℃)拉伸：抗拉強度≥340mpa；

面彎、背彎試驗：彎曲角度180°，在拉伸面上任何方向無單條長度大于3mm的裂紋或缺陷；

金相試驗：母材、焊縫及熱影響區(qū)無氣孔、裂紋等缺陷。

實施例

根據(jù)本發(fā)明提供的上述焊接工藝對高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器中螺旋盤管高溫段與空間彎管出口連接管之間的鎳基合金incoloy800h換熱管進行對接焊接，兩換熱管規(guī)格均為φ19×3mm，換熱管最小管壁間距為41mm，填充材料為in82熔化環(huán)2，具體如下：

步驟1)，對鎳基合金incoloy800h換熱管管端及in82熔化環(huán)2的待焊部位進行打磨至見金屬光澤，并用白色無紡布蘸取丙酮擦拭至無紡布不變色；

將換熱管焊接工裝7的一個壓板安裝在任一換熱管管端處，調(diào)整壓板與管端相對位置；裝配另一換熱管及熔化環(huán)2，通過工裝7調(diào)整兩側(cè)換熱管及熔化環(huán)2位置，確保兩側(cè)換熱管與熔化環(huán)2的同軸，并保證兩側(cè)換熱管與熔化環(huán)2緊密配合；

步驟2)，將焊接設(shè)備的焊接機頭與工裝7配合裝夾；在換熱管的長度方向上，焊接機頭上鎢極指向熔化環(huán)2中間位置；在熔化環(huán)2徑向方向上，控制鎢極與熔化環(huán)2外壁的距離為2mm。選用釷鎢極，鎢極桿4的直徑為1.6mm，鎢極端部圓錐5的圓錐角角度為25°，尖端平臺6的直徑為0.40mm；

步驟3)，按本工藝的焊接參數(shù)及操作要求進行焊接，本工藝采用的焊接工藝參數(shù)選擇如下：基值電流10～40a，峰值電流35～85a，脈沖頻率1.5hz，脈寬比40％，焊接電壓20v，焊接速度100mm/min，正面保護氣體為氦氣(純度99.997％)，氣體流量8l/min，背面保護氣體為氬氣(純度99.999％)，氣體流量15l/min。焊接時，鎢極與換熱管長度方向垂直。提前編輯焊接程序存入焊接設(shè)備操控盒內(nèi)，焊接過程通過焊接程序控制。

焊接產(chǎn)品進行以下檢驗：

目視檢測：焊后焊縫均勻飽滿，無肉眼可見缺陷，外壁不凹陷；

焊縫處管孔內(nèi)徑檢測：外壁凸起為0.20mm，通球φ12.6mm；

液體滲透：檢驗結(jié)果無顯示，表示無液體滲漏；

棒陽極射線檢測(rt)：內(nèi)壁不凹陷；無裂紋、咬邊、未熔合或未焊透現(xiàn)象；

室溫拉伸：抗拉強度575mpa；

高溫(675℃)拉伸：抗拉強度372mpa；

面彎、背彎試驗：彎曲角度180°，試樣完好；

金相試驗：未發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。

結(jié)果顯示，本實施例制得的焊接產(chǎn)品達到上述檢驗標準，滿足高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器中鎳基合金incoloy800h換熱管之間焊接質(zhì)量要求。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于本發(fā)明工作狀態(tài)下的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

以上結(jié)合優(yōu)選實施方式和范例性實例對本發(fā)明進行了詳細說明。不過需要聲明的是，這些具體實施方式僅是對本發(fā)明的闡述性解釋，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成任何限制。在不超出本發(fā)明精神和保護范圍的情況下，可以對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容及其實施方式進行各種改進、等價替換或修飾，這些均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以所附權(quán)利要求為準。