锆合金管、板间封口焊的焊接方法技术

本发明专利技术涉及锆合金封口焊，公开了一种锆合金管、板间封口焊的焊接方法，包括以下步骤：在复合管板上加工封口焊坡口，在换热管上加工凹槽，凹槽的位置与坡口的位置相适配；制作与换热管外径和复合管板上坡口尺寸匹配的焊丝卡环，所制作的卡环形式是开口环并成对使用，两个卡环的其中一个用于放入坡口，另一个用于放入所述的凹槽；至少分两批把卡环逐对放进坡口内，同批放入的各对卡环之间至少间隔一个坡口，以手工钨极氩弧焊自熔，以一层焊接方式熔化卡环，逐批完成全部坡口的焊接。本发明专利技术仅采用一层焊接，焊接时卡环起到焊接成型的关键作用，不需要使用额外的保护装置，焊接质量好。焊接质量好。焊接质量好。

【技术实现步骤摘要】
锆合金管、板间封口焊的焊接方法


[0001]本专利技术涉及一种锆合金换热器制作，尤其是锆合金管、板间封口焊的焊接工艺。

技术介绍

[0002]由于锆及锆合金具有优异的耐腐蚀性能，能够抵抗大多数有机酸、无机酸、强碱和一些熔融盐的腐蚀侵害，因此，腐蚀环境中的一些关键部件可使用锆材来提升使用寿命。近年来，锆及其锆合金在化工等领域得到了大量的应用，这对提高产品质量，延长设备使用寿命，降低能耗，降低成本，防止污染，改善劳动条件和提高劳动生产率等方面都有十分重要的意义。
[0003]目前锆合金在换热器中的使用越来越广，锆合金复合管板与锆合金换热管间封口焊在焊接过程中，常采用管板开坡口、换热管伸出管板表面的接头形式，焊接方式有手工氩弧焊和自动氩弧焊，目前最常用的坡口形式为V型坡口，但是该种坡口在焊接的过程中，由于连续焊接多层焊接，温度过高，空气容易使锆合金氧化变色，并使得强度和硬度增加，塑性和韧性却降低，从而严重影响焊接质量。
[0004]锆是一种化学性质比钛还要活泼的元素， 很容易被气体污染，尤其是在氮气和氢气气氛中。层间温度太高的话锆能强烈地吸收氢，形成ZrH2,并且非常容易产生氢气孔。因此，在焊接过程中锆合金的焊缝保护效果要高于钛及钛合金,焊接时的各种措施要严于钛及钛合金。为此，现有技术通常是设置专门的焊接保护装置用于此类焊接。例如，公告号为CN203956353U的一种锆管焊接保护罩、CN212311215U的一种锆合金焊接工装、公告号为 CN204486985U的锆换热器管口自动焊焊接保护罩。
[0005]传统的锆合金封口焊焊接方法是多层焊，每层由于间隔时间太短，容易使锆合金超温度，温度过高，空气中的氧和氮、氢容易进入锆合金，从而带来焊接质量的隐患。应用专用保护罩进行焊接也多少存在操作不便的不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：焊接操作不便、质量隐患较大。本专利技术提供了一种主要在锆合金换热器制作时应用的锆合金管、板间封口焊的焊接方法。专利技术人注意到换热器上管板和换热管的封口焊接数量大，且换热管直径一致，批量加工焊丝卡环成本较低，同时原有的多层焊接效率较低、质量不易保证，故利用双焊丝卡环并采用一层焊的方式手工焊接成型所述焊缝。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：锆合金管、板间封口焊的焊接方法，包括以下步骤：在板上加工封口焊坡口，在管上加工凹槽，凹槽的位置与坡口的位置相适配；制作与管外径和板上坡口尺寸匹配的焊丝卡环，所制作的卡环形式是开口环并成对使用，两个卡环的其中一个用于放入坡口，另一个用于放入所述的凹槽；至少分两批把卡环逐对放进坡口内，同批放入的各对卡环之间至少间隔一个坡口，以手工钨极氩弧焊自熔，以一层焊接方式熔化卡环，逐批完成全部坡口的焊接。放入同一坡口的一对卡环包括两圈焊丝，
在本专利技术中将其称为双丝环，其所包含的两个开口环采用横截面积和长度均相同的焊丝按相同的弯曲半径弯曲形成，焊接前装入时无须作特别区分，但在装入后将其捏合为闭口环时，两个卡环可能出现其内径并不相等的情况。
[0008]焊接时，由于双丝环的横截面积较大，既可采用U型坡口也可采用目前常用的V型坡口，焊枪不需要深入坡口深处，只需要在近坡口表面焊接，在这个位置焊接氩气浓度更大，保护的范围更广，并且视野开阔，这样焊接时焊枪中的氩气可以铺展开来，很好的对焊接时的熔池进行保护，与此同时便于观察焊接情况，及时调整参数及气体流量，避免氧和氮、氢进入锆合金，焊接后能形成饱满的焊缝，能全面提高封口焊的焊接质量，不需要增加额外的专用保护装置。
[0009]所述凹槽的作用是定位：根据图纸中管的两端伸出的长度，在管外圆上适宜的位置加工凹槽，卡环卡在凹槽内，从而实现了卡环的定位，保证卡环不从管上脱落，注意远离管端面的凹槽侧壁应稍微高于封口焊的坡口表面，确保后面焊接时熔池的位置适当。
[0010]所述的凹槽上面放一个卡环，焊接的时候卡环随着电流的增大而熔化，熔化的同时熔敷金属覆盖了凹槽，由于凹槽的位置高于坡口最低处，从而卡环熔化之后也覆盖了坡口表面，起到密封的作用，保证了焊接的质量，与此同时也能保证封口焊的焊角高度。双丝环的另一个卡环卡入坡口，目的是为了焊接后足量的熔敷金属能形成饱满的焊缝，提高封口的质量。对于使用具有相同横截面积的焊丝而言，两根焊丝比一根焊丝更易实现均匀、完全熔化。
[0011]所述的卡环为锆合金焊丝弯曲后截断制成。为控制锆合金在焊接中的温度不至于超温，应以分批焊接的方式，相邻的坡口不能在同一批中依次进行焊接，为确保不会出现错误，同批放入的双丝环相互之间至少间隔一个坡口。
[0012]综上，由于采用了根据管尺寸批量定制的卡环，在锆合金封口焊焊接时只焊接一层，在焊接前加入双丝环，焊接时双丝环起到焊接成型的关键作用，只需要焊机上的本身的保护罩，不需要额外增加保护装置，焊接后能形成饱满的焊缝。因为以一层焊接方式熔化双丝环，所以本专利技术的方法比现有方法焊接效率更高。
[0013]经多次试验，宜控制卡环的内径与管的外径之差为2～3mm，保证卡环能顺利闭合，单个焊缝的焊接中始终有足够的熔敷金属，有利于保证焊接质量。
[0014]经多次试验，宜控制卡环与坡口底部之间的轴向间隙为0.1～0.3mm，与坡口底部越近越好，卡环熔化的时候能迅速填满坡口间隙，保证焊缝饱满，有利于提高焊接质量。
[0015]经多次试验，宜控制凹槽的深度为0.3～0.4mm、凹槽的宽度为0.8～1.2mm，保证焊丝卡环能够可靠地固定在管上。
[0016]如前所述，本专利技术的焊接方法仅采用一层焊接，为保证焊接质量，位于同一坡口内的是两个卡环，优先在接近坡口底部的卡环上起弧，焊丝开始熔化后适当停留，熔池从坡口底部开始填充，然后焊枪摆动靠近另一个卡环，焊丝开始熔化后适当停留一点时间，依次往复循环直至该坡口焊接完成，从而形成完整、饱满的焊缝。
[0017]焊丝做成开口环是为了加工方便，降低卡环加工成本，也为了便于向管的凹槽内放入卡环。如前所述，要保证整条焊缝从起弧至焊接完成均有足够的熔敷金属，宜在将卡环放进管的凹槽内后和放入坡口之前，将卡环的开口处捏合而形成闭口环：手动或利用工具使其开口环的两个端头相互靠近至接触或基本接触或略有重叠。如果保持开口环的状态，
势必需要确保两个卡环的开口处要错开，在放入卡环后、焊接前，手动调整开口环的开口位置也是可以的，但如果要保证一次焊接合格率，最好是将同一坡口中的两个或一个开口环捏合成闭口环，在焊接完成后卡环变形成为焊缝。
[0018]加工U型坡口时，推荐采用直径匹配的钨钢球形刀一次机加成型所述坡口，既能提高坡口加工效率，同时也能有效保证坡口尺寸与卡环的匹配度，有利于保证焊接质量。
[0019]本专利技术的有益效果是：采用卡环完成焊接，首先卡环形焊丝和常规焊丝相比，所需要的熔敷金属用量一致，成本基本一致，不需要额外的费用，但只焊接一层焊缝，单个封口焊坡口使用的卡环为双丝环，一个卡环放入管上的卡槽，另一个卡环放入板上的坡口，与常规焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锆合金管、板间封口焊的焊接方法，其特征是：包括以下步骤：在板上加工封口焊坡口，在管上加工凹槽，凹槽的位置与坡口的位置相适配；制作与管外径和板上坡口尺寸匹配的焊丝卡环，所制作的卡环形式是开口环并成对使用，两个卡环的其中一个用于放入坡口，另一个用于放入所述的凹槽；至少分两批把卡环逐对放进坡口内，同批放入的各对卡环之间至少间隔一个坡口，以手工钨极氩弧焊自熔，以一层焊接方式熔化卡环，逐批完成全部坡口的焊接。2.如权利要求1所述的锆合金管、板间封口焊的焊接方法，其特征是：控制卡环的内径d与管的外径D之差为2～3mm。3.如权利要求1所述的锆合金管、板间封口焊的焊接方法，其特征是：控制卡环与坡口底部之间的轴向间隙h为0.1～0.3mm。4.如权利要求1所述的锆合金管、板间封口焊的焊接方法，其特征是：控制凹槽的深度H为0.3～0.4mm、凹槽的宽度B为0.8～1.2mm。5.如权利要求1所述的锆合金管、板间封口焊的焊接方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫其鹏，银润邦，奚旭，张涛，郑周，王静鸽，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：