【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空冷器焊接，具体涉及空冷器管板焊接方法及系统。
技术介绍
1、高压空冷器系统是整个加氢裂化装置中的核心设备，具有温度高、压力大、临氢的特点，归属于特种设备范围之内。当下高压空冷器在加氢裂化装置中的应用较为广泛，该装置为原油在催化剂、高压氢气、反应温度作用下进行的一系列反应，包含氮气、氧气和硫等物质。反应目的是将减压柴油转变为芳烃、环烷烃等产品，反应温度为400℃左右，压力高达15mpa。工艺流程中，加氢裂化装置需要经由空冷设备完成冷凝冷却处理，随后流体进入高压分离、低压分离等系统
2、空冷器在制备过程中需要对管板、侧板、上下盖板、支撑板以及换热管板等进行组装后焊接固定。现有技术中对空冷器管板与侧板、上盖板、下盖板以及支撑板的焊接方法多采用激光焊、tig焊或二者复合焊，还有在焊接过程中进行填丝以提高焊接效果的现有技术，由于单一的激光焊或tig焊难以达到较优的焊接效果，较多采用激光-tig复合填丝焊。如现有技术中申请号为201410385202.2的中国专利公开的一种铝合金激光-tig复合填丝焊接方法、申请号为201811595516.x的中国专利公开的用于改善钛及钛合金薄板激光焊咬边的激光tig复合焊焊接工艺以及申请号为202010942308.3的中国专利公开的一种适用于钛合金的激光热丝tig复合焊接系统。
3、这些现有技术对激光tig复合焊接技术的研究主要集中在大功率激光器与tig焊枪焊接的复合上。但是大功率激光器存在以下问题：光电转换效率低，激光器功率越大，能量消耗就越大，导致能源消耗增
技术实现思路
1、本专利技术针对上述缺陷，提供一种空冷器管板焊接方法及系统。本专利技术能够在焊接过程中，使激光发出的能量配合tig焊枪发出的电弧能量这两种热源复合在一起，共同作用于焊缝表面，通过激光的配合可以使同样能量的电弧到达焊缝的深处，使得熔深增加，并且电弧配合激光束对空冷器管板的作用，可以增加空冷器管板母材金属对激光的吸收率，进而进一步增加了熔深，通过激光偏离角度的调节，能够使得坡口侧壁熔化并与填充金属充分熔合形成无缺陷焊缝，此外激光光束的偏离竖向方向角度的调节还有助于改善焊缝气孔率以及细化焊缝晶粒，提高焊缝整体性能。
2、本专利技术提供如下技术方案：空冷器管板焊接方法，所述方法采用激光-tig复合焊对空冷器管板与侧板、管板与盖板以及管板与支撑板之间的缝隙进行焊接，以激光先于tig焊枪的焊接方向对所述缝隙进行焊接，控制激光器实时偏离垂直竖向方向角度为α，并控制tig焊枪向上偏离所述缝隙所在水平面角度固定为β，β=60°，所述方法包括以下步骤：
3、s1：实时监测tig焊枪在空冷器管板第i个焊接位置处的行走速率和环境温度；
4、s2：计算tig焊枪节能焊接的最优行走速率；
5、s3：根据所述s2步骤计算得到的tig焊枪节能焊接的最优行走速率，计算空冷器管板对激光器发射至其上的激光的激光吸收率，并构建在激光器与tig焊枪在空冷器管板第i个焊接位置处匙孔温度平衡限定条件下，使该处激光电弧复合热影响区的实时温度最高的实时最优激光器偏离垂直竖向方向角度；
6、s4：以所述s2步骤计算得到的实时最优行走速率以及所述s3步骤计算得到的实时最优激光器偏离垂直竖向方向角度对空冷器管板进行激光-tig复合焊。
7、进一步地，所述s2步骤包括以下步骤：
8、s21：实时监测tig焊枪在空冷器管板第i个焊接位置处的行走速率，构建在空冷器管板第i个焊接位置处形成的等离子体云空间方程；
9、其中，为实时监测得到的tig焊枪焊接的焊缝在空冷管板第i个焊接位置的x轴坐标，为实时监测得到的tig焊枪焊接的焊缝在空冷管板第i个焊接位置的y轴坐标，为实时监测得到的tig焊枪焊接的焊缝在空冷管板第i个焊接位置的z轴坐标；
10、s22：构建tig焊枪电弧发射能量最小化模型，计算使tig焊枪发射的电弧所需能量最小时的tig焊枪最优行走速率 ，其中，为tig焊枪在焊接坐标系x轴最优行走速率，为tig焊枪在焊接坐标系y轴最优行走速率，为tig焊枪在焊接坐标系z轴最优行走速率；
11、s23：判断其是否在焊接速率阈值范围内，若是，则以得到的最优行走速率进行焊接；否则，重复所述步骤s21-s22；焊接速率阈值范围为2.6m/min～3.0m/min。
12、进一步地，所述s21步骤构建的在空冷器管板第i个焊接位置处形成的等离子体云空间方程如下：
13、；
14、；
15、；
16、其中， σ为动态粘滞系数，为实时监测得到的tig焊枪在焊接坐标系x轴行走速率，为实时监测得到的tig焊枪在焊接坐标系y轴行走速率，为实时监测得到的tig焊枪在焊接管板坐标系z轴行走速率。
17、进一步地，所述s22步骤构建的tig焊枪电弧发射能量最小化模型如下：
18、；
19、其中，cm为制备空冷器管板材质的金属的比热容，k为玻尔兹曼常数，e为电子电荷，为tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系x轴方向的电弧电荷密度，为tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系y轴方向的电弧电荷密度，为tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系z轴方向的电弧电荷密度。
20、进一步地，所述tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系x轴方向的电弧电荷密度的计算公式为：
21、；
22、所述tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系y轴方向的电弧电荷密度的计算公式为：
23、；
24、所述tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系z轴方向的电弧电荷密度的计算公式为：
25、；
26、其中，β为在xz平面内偏离x轴的锐角角度，为焊接起始点横坐标，r为在tig焊枪发射电弧的同时激光器发射出的激光光斑的半径，r=0.6mm，为tig焊枪的额定功率；为起始焊接点的焊接坐标系x轴坐标。
27、进一步地，所述s3步骤中包括以下步骤：
28、s31：根据所述s1步骤计算得到的tig焊枪最优行走速率，计算激光器发射激光配合tig焊枪发射出的电弧在空冷器管板第i个焊接位置处处的激光吸收率系数：
29、；
30、其中，为tig焊枪在焊接坐标系内最优行走速率，，t为tig焊本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.空冷器管板焊接方法，所述空冷器管板焊接方法采用激光-TIG复合焊对空冷器管板与侧板、管板与盖板以及管板与支撑板之间的缝隙进行焊接，以激光先于TIG焊枪的焊接方向对所述缝隙进行焊接，其特征在于，控制激光器实时偏离垂直竖向方向角度为α，并控制TIG焊枪向上偏离所述缝隙所在水平面角度固定为β，β=60°，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述S2步骤包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述S21步骤构建的在空冷器管板第i个焊接位置处形成的等离子体云空间方程如下：
4.根据权利要求2所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述S22步骤构建的TIG焊枪电弧发射能量最小化模型如下：
5.根据权利要求4所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述TIG焊枪发出的电弧在焊接坐标系x轴方向的电弧电荷密度的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述S3步骤中包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的空冷器管板焊接方法
8.根据权利要求1所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述S3步骤中，控制激光-TIG填丝焊的送丝速率为0.8m/min～1.2m/min；在焊接过程中，以纯度为99%以上的高纯氩气实时通气保护，送气速率为12L/min～16L/min。
9.采用如权利要求1-8任一所述空冷器管板焊接方法的空冷器管板焊接系统，所述空冷器管板焊接系统包括激光器、TIG焊枪、TIG填丝机构、保护气提供装置和步进电机，其特征在于，所述空冷器管板焊接系统还包括数据采集模块，最优行走速率计算模块、激光器偏离角度计算模块和主控制模块；
10.根据权利要求9所述的空冷器管板焊接系统，其特征在于，所述激光器的额定功率为600W，TIG焊枪工作时的焊接电流为75A。
...【技术特征摘要】
1.空冷器管板焊接方法，所述空冷器管板焊接方法采用激光-tig复合焊对空冷器管板与侧板、管板与盖板以及管板与支撑板之间的缝隙进行焊接，以激光先于tig焊枪的焊接方向对所述缝隙进行焊接，其特征在于，控制激光器实时偏离垂直竖向方向角度为α，并控制tig焊枪向上偏离所述缝隙所在水平面角度固定为β，β=60°，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述s2步骤包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述s21步骤构建的在空冷器管板第i个焊接位置处形成的等离子体云空间方程如下：
4.根据权利要求2所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述s22步骤构建的tig焊枪电弧发射能量最小化模型如下：
5.根据权利要求4所述的空冷器管板焊接方法，其特征在于，所述tig焊枪发出的电弧在焊接坐标系x轴方向的电弧电荷密度的计算公式为：
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李太明，章新安，赵强，刘萍花，石昕，吴澄，
申请(专利权)人：无锡鼎邦换热设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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