[发明专利]一种钛换热器焊接工艺及其工装

说明书

技术领域

本发明涉及钛换热器的制造工艺与设备，具体地说是一种钛换热器焊接工艺及其工装。

背景技术

管壳式换热器由管箱、壳体、换热管束和管板等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有换热管束，换热管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。钛材制作的管壳式换热器，其管程、换热管及管板均采用钛材，而壳程采用普通低合金钢。

钛换热器的焊缝型式包括对接焊缝与角焊缝。对接焊缝又分为壳体筒体的纵缝，以及管箱筒体和管箱封头的环缝；角焊缝用于换热管与管板的焊接。由于钛材在高温下具有化学性活泼且导热性差、热熔量小等特点，钛材焊接与其它材料焊接存在很大差别。为了保证钛换热器焊缝的质量，焊接时必须对焊缝进行可靠的气体保护。

现有技术中，通常采用保护拖罩来对钛换热器的纵缝与环缝的外表面进行焊缝保护，而对这些焊缝的内表面缺少保护措施。保护拖罩的常用结构是采用一个底部开口的罩体，在罩体上连通有一根进气管。将罩体罩在焊缝上，从进气管向罩体内通入氩气等保护气体，从而保护焊缝。这种保护拖罩的缺点是罩体内的保护气体分布不均匀，对焊缝的保护效果不理想，影响焊缝的质量。

另外，换热管与管板之间的焊接角焊缝，现有技术中仅仅是通过焊枪中的保护气体来保护，而没有设置专门的保护装置来保护。当这种角焊缝焊缝形成后，由于焊枪已离开，刚形成的焊缝的热影响区和焊缝区得不到充分均匀的气体保护，因此影响角焊缝的质量。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有钛换热器焊缝保护效果不好的问题，本发明提供一种焊缝质量高的钛换热器焊接工艺，为此，本发明还提供一种该焊接工艺中使用的工装。

本发明工艺的技术方案为：一种钛换热器焊接工艺，所述钛换热器包括管箱、壳体、换热管束和管板，所述管箱、所述换热管束及所述管板采用钛材；所述钛换热器的钛材焊缝包括所述管箱筒体的纵缝，所述管箱筒体和所述管箱封头的环缝，以及换热管与所述管板之间的角焊缝；所述焊接工艺包括以下步骤：

1)焊前准备，包括检验材料尺寸与公差、开焊接坡口、坡口表面处理、准备保护气体、准备气保护工装、准备施焊环境；所述气保护工装包括管板角焊缝保护工装、前保护工装、焊缝正面保护工装与焊缝背面保护工装；

2)焊中过程，先采用定位焊定位，接着分别焊接所述管箱筒体的纵缝，所述管箱筒体和所述管箱封头的环缝，以及所述换热管与所述管板的角焊缝；

焊接所述纵缝与所述环缝时，在焊枪的前方位置布置所述前保护工装，在焊枪的后方位置布置所述焊缝正面保护工装，在焊缝的背面布置焊缝背面保护工装，并且这些工装都随着焊枪的移动而移动；

焊接所述角焊缝时，将所述管板角焊缝保护工装罩住一个或者多个所述换热管；

提前向各气保护工装内充入保护气体，并保持保护气体至焊接结束后一定时间；

3)焊后检验，根据焊缝标准判定焊缝是否合格。

进一步地，所述保护气体采用氩气、氮气或者氦气。

进一步地，焊接所述换热管与所述管板之间的角焊缝时，采用Z形跳焊法，用以控制焊接变形。

进一步地，焊接所述换热管与所述管板之间的角焊缝时，从11点位置起弧，顺时针旋转焊接一周后在12点位置开始收弧。

进一步地，还包括下述步骤，4)焊缝返修，焊缝被判定为不合格时，按已经焊接责任人审核的焊缝返修工艺进行返修。

进一步地，还包括下述步骤，5)焊后热处理，当所述钛换热器用于腐蚀场合，并且钛材是复合制成的，钛基层母材要求进行热处理时，则对所述钛换热器进行焊后热处理。

本发明工艺中使用的工装的技术方案为：所述管板角焊缝保护工装包括由外壁板、前侧板及后侧板围成的腔体；所述前侧板与所述后侧板上开有相对应的操作孔；所述腔体内设置有环形布气管，所述布气管上均布有气体分流孔；所述外壁板上固定有进气管，所述进气管穿过所述外壁板并与所述布气管相连通。

所述焊缝正面保护工装包括底部开口的罩体，所述罩体的侧壁上固定有伸入其内部的进气管，所述进气管的内端封闭，所述进气管的两侧侧壁上分别开设有均布的多个气体分流孔。

所述罩体由顶板、前罩板、后罩板、左侧板及右侧板围合而成，所述前罩板、所述左侧板及所述右侧板均垂直于所述顶板，所述后罩板倾斜设置并且所述后罩板与所述顶板之间的夹角为钝角，所述进气管设置在前罩板上，并且其轴线分别与所述顶板、所述左侧板及所述右侧板平行。