【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换热器管焊接，具体涉及换热器管板焊接方法及焊接装置。
技术介绍
1、高压空冷器是石化、炼油、能源等加氢催化、裂化等装置中的关键配套换热设备，它长期在高温、高压的工况下运行。随着国内大型炼油炼化项目、吸气栋数项目的展开，国内石化企业高硫、高氮原有产量的逐步增加，以及对环境保护的重视，人们对油品质量的要求越来越严格，作为油品深加工及升级的加氢装置，其规模和数量处于极度被需求的状态，石油、炼化行业的高压空冷器主要应用在热高分、催化裂化、加氢制氢等化工工艺过程中。其中，高硫原油加氢装置高压空冷器腐蚀和泄漏硫化氢问题较为突出，已成为各炼油厂停工的主要原因之一。
2、制造高压空冷器首先是进行空冷器管箱的组装，组对工装和焊接顺序决定了管箱的成型质量。管箱主要由管板、丝堵板、上盖板、下盖板、中间隔板、支撑板、侧板组成，对上下盖板、中间隔板、支撑板组装后，再组装侧板，然后是管板与丝堵板的装配，最后然后将装配好的管箱的各个板之间焊接，并将管板与换热管（也称翅片管）进行焊接，常用的焊接方式有激光填丝焊、tig填丝焊、激光-tig复合填丝焊以及等离子-tig电弧耦合复合焊等技术。
3、如现有技术中公开号为cn115740672a的中国专利申请文件公开了一种激光填丝焊设备及其使用方法，该激光填丝焊设备包括激光焊接装置、环形运动机构、竖直运动机构、送丝机构和识别装置。焊接过程中管板与每个换热管的焊接缝隙为圆形缝隙，焊接参数的选择、焊接顺序、焊接方向、焊接头的行走路线、过程加热方式及过程检验等各个环节均将会对焊接质量有较
技术实现思路
1、本专利技术针对上述缺陷，提供换热器管板焊接方法及焊接装置。本专利技术通过设置与激光器同一位置的超声波探头，向待焊接的换热管与管板之间缝隙发射超声波，通过构建超声波传输功率差稳态计算模型，控制激光器以待焊接的换热管与管板之间缝隙轨迹准确行走；并通过构建激光功率密度函数计算发射至缝隙处的每个激光光斑的功率密度是否处于最优焊接阈值范围内，保证了焊接缝隙的有效性和密闭性，并进一步通过气密性检测模块构建气密性检验参数判断值是否达到要求，进而提高了成品率。
2、本专利技术提供如下技术方案：换热器管板焊接方法，所述方法采用激光填丝焊技术对待焊接的换热管与管板之间的缝隙进行焊接，包括以下步骤：
3、s1：控制超声波探头向待焊接的换热管与管板之间的缝隙发射超声波信号；
4、s2：实时监测换热管轴线中心与待焊接的换热管与管板之间缝隙的超声波信号和超声波探头所处位置，构建超声波传输功率差稳态计算模型，控制激光器以待焊接的换热管与管板之间缝隙轨迹准确行走；所述激光器与所述超声波探头处于探头本体坐标系的同一位置；
5、s3：以换热管底部中心线与管板堆焊层的交点为起点，同时开启送丝机、侧保护气管和激光器对换热管与管板之间缝隙进行激光填丝焊，构建激光功率密度函数，以最优激光功率密度发射激光熔融焊丝；
6、s4：当焊接完一个换热管与管板之间缝隙，对已经焊接完毕的换热管与管板之间缝隙进行气密性检测，检测缝隙是否焊接良好，若未达到气密性检测标准，则重复所述步骤s1-s3。
7、进一步地，所述步骤s2，包括以下步骤：
8、s21：计算超声波发出处波长和换热管与管板缝隙接收到超声波处超声波波长：
9、 ， ；
10、其中， 为超声波发射探头半径， 为待焊接的换热管与管板之间缝隙半径；为零阶第二类汉克尔函数； 为n阶纽曼函数；j为虚数， ； 为超声波发射探头发射出的超声波的第一波数，为待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波的第二波数；
11、s22：根据所述步骤s21计算得到的结果，构建超声波传播区域系数计算模型，其中，为超声波发射探头发射出的超声波处在探头本体坐标系yz平面内与z轴的夹角，为待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波处在探头本体坐标系yz平面内与z轴的夹角；
12、s23：构建超声波传输功率差稳态计算模型c：
13、，
14、其中，w为超声波传输功率差，即为超声波发射探头发出的超声波处与待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波处之间的环形区域内的超声波传输功率差； 为超声波传输功率差最小值，为超声波功率差最大值，
15、；
16、s24：判断所述超声波传输功率差稳态计算模型c是否小于0.15，若是，则控制激光器以实时监测得到的所处探头本体坐标系的坐标行进，其中，、 和分别为所述步骤s1实时监测得到的超声波探头于探头本体坐标系内的横坐标、纵坐标和竖坐标；否则调整激光器在探头本体坐标系内的位置，并重复所述步骤s21-s23。
17、进一步地，所述步骤s21中，所述超声波发射探头发射出的超声波的第一波数 的计算公式如下： ；
18、所述待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波的第二波数的计算公式如下：；
19、所述零阶第二类汉克尔函数 的计算公式如下：
20、 ，其中，a为所述零阶第二类汉克尔函数 的自变量；
21、所述n阶纽曼函数 的计算公式如下：
22、，其中，b为所述n阶纽曼函数 的自变量，为n的阶乘。
23、进一步地，所述步骤s22中构建的超声波传播区域系数计算模型 如下：
24、
25、其中， 为超声波发射探头发射出的超声波处的位置矢量，，为超声波发射探头发射出的超声波处在探头本体坐标系的z轴坐标；为待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波处的位置矢量， ，为待焊接的换热管与管板之间缝隙接收到超声波处在探头本体坐标系的z轴坐标。
26、进一步地，所述步骤s3包括以下步骤：
27、s31：计算发射出的激光落在待焊接的换热管与管板之间缝隙处的光斑的激光峰值强度；
28、s32：根据所述步骤s31的计算结果，构建激光功率密度函数：
29、。。
30、其中，激光器发射出的激光所在光轴与探头本体坐标系的x轴重合，因此发射出的激光所在的激光脉冲坐标系的横轴坐标为，纵轴坐标为 ，，其中，为发射出的激光所在激光束的腰部半径， f为激光发射频率；为发射出的激光光斑的半径；
31、s33：判断激光功率密度是否处于最优焊接阈值范围内，若是，则控制激光器发射出激光，否则重复所述步骤s31-s32；所述最优焊接阈值范围为 ＞105w/cm2。
32、进一步地，所述步骤s31计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.换热器管板焊接方法，所述方法采用激光填丝焊技术对待焊接的换热管与管板之间的缝隙进行焊接，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S2，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S21中，所述超声波发射探头发射出的超声波的第一波数的计算公式如下：；
4.根据权利要求3所述的换热管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S22中构建的超声波传播区域系数计算模型如下：
5.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S31计算发射出的激光落在待焊接的换热管与管板之间缝隙处的光斑的激光峰值强度的公式如下：
7.根据权利要求6所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述发射出的激光的落在待焊接的换热管与管板之间缝隙处的光斑的相位p的计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中激光填丝焊
9.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
10.采用如权利要求1-9任一所述方法的换热器管板焊接装置，所述装置包括送丝机、激光器、侧保护气管和气密性检测装置，所述气密性检测装置包括抽真空装置和检测气体混合装置；所述送丝机用于为所述装置在激光填丝焊过程中同步送丝，送丝速率为1.50m/min～4.00m/min；所述侧保护气管用于在激光填丝焊过程中提供保护气，送气速率为0.25m/min～0.3m/min；所述装置的焊接速率为25mm/s～30mm/s，其特征在于，所述装置还包括超声波探头、焊接行走轨迹规划模块、焊接激光发射控制模块和气密性检测模块；所述激光器与所述超声波探头处于探头本体坐标系的同一位置；
...【技术特征摘要】
1.换热器管板焊接方法，所述方法采用激光填丝焊技术对待焊接的换热管与管板之间的缝隙进行焊接，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s2，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s21中，所述超声波发射探头发射出的超声波的第一波数的计算公式如下：；
4.根据权利要求3所述的换热管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s22中构建的超声波传播区域系数计算模型如下：
5.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s31计算发射出的激光落在待焊接的换热管与管板之间缝隙处的光斑的激光峰值强度的公式如下：
7.根据权利要求6所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述发射出的激光的落在待焊接的换热管与管板之间缝隙处的光斑的相位p的计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的换热器管板焊接方法，其特征在于，所述步骤s3中激光填丝焊采...
【专利技术属性】
技术研发人员：章新安，李太明，刘萍花，赵强，袁瑞霞，倪峰，
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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