一种超大尺寸封头的焊接方法与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种超大尺寸封头的焊接方法。


背景技术：

2.压力容器广泛应用于化工、石油、机械、冶金、核能、航空和航天等领域，是生产过程中必备的核心设备。随着化工设备和电站的大型化，压力容器不仅直径越来越大，而且对尺寸公差的要求也越来越精密。
3.封头是压力容器中主要承压部件。传统制造工艺中，制造大直径封头时，受到压力机吨位、压力机档距等因素限制，平板拼接后难以一次压制成型，因此通常会选用多件瓜瓣压制后再拼接纵缝的制造方案。而在多条纵缝焊接过程中，由于每条焊缝间隙不同、焊工操作手法不同、焊接层间温度不同等原因，容易导致每条焊缝的收缩变形量不一致。多条焊缝一同焊接时，如不采取控制变形方案，则工件圆度、周长、焊缝棱角度、形位公差等尺寸难以保障。同时，超大直接封头焊接后，由于尺寸较大，存在难以整体转运至射线室内进行rt检验，且受到机床尺寸限制难以实现整体加工等问题。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何提供一种超大尺寸封头的焊接方法，避免超大尺寸封头焊接后精度较低和受到尺寸限制难以进行整体射线检验及整体加工的问题。
5.为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种超大尺寸封头的焊接方法，包括以下步骤：
6.步骤s1、根据超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力，将所述超大尺寸封头沿纵向分解为多个尺寸相同的瓣片；
7.步骤s2、根据所述瓣片的设计要求，完成所述瓣片的加工，并对所述瓣片的纵焊缝坡口进行加工，然后将加工完成后的所述瓣片焊接至焊接工装上；
8.步骤s3、将所述焊接工装进行拼接装配，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接，剩余相互对称的两条所述纵焊缝不进行焊接，作为配做口，得到两个分半结构；
9.步骤s4、将两个所述分半结构分别进入探伤室进行探伤检验；
10.步骤s5、探伤检验合格后，根据两个所述分半结构拼接后的周长对所述配做口进行配做焊接；
11.步骤s6、对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。
12.优选地，所述步骤s2中，所述焊接工装包括梯形底座、支架和弧形板，所述支架垂直于所述梯形底座，且所述支架设置于靠近所述梯形底座短边一端的位置，所述弧形板的一端与所述支架的顶端连接，另一端与靠近所述梯形底座长边一端的位置连接，且所述弧形板的尺寸与所述瓣片相匹配。
13.优选地，所述支架上设置有加强筋，两个所述加强筋相互交叉设置在所述支架上。
14.优选地，所述步骤s1中，根据所述超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力，将所述超大尺寸封头沿纵向分解为20个尺寸相同的所述瓣片。
15.优选地，所述步骤s2中，将所述瓣片吊装至所述焊接工装上，将所述瓣片与所述焊接工装中的所述弧形板进行焊接，使所述瓣片固定至所述焊接工装上。
16.优选地，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，采用对称焊接方式，对间隔180
°
的两条所述纵焊缝进行同步焊接。
17.优选地，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，采用分段焊接方式，将所述纵焊缝分为上段、中段和下段，先对所述纵焊缝的中段进行焊接，然后对所述纵焊缝的下段进行焊接，再对所述纵焊缝的上段进行焊接。
18.优选地，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，先对所述纵焊缝的正面坡口进行焊接，焊接至一半厚度时，进行清根，然后对所述纵焊缝的背面坡口进行焊接。
19.优选地，所述步骤s5中，将两个所述分半结构拼接装配后的周长与所述超大尺寸封头的盘长设计要求进行对比，对所述配做口进行配做焊接，使配做焊接完成后的所述超大尺寸封头的盘长偏差控制在5mm以内。
20.优选地，所述步骤s6中，采用射线源对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。
21.本发明根据超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力等因素进行综合考虑，将超大尺寸封头分解为多个尺寸相同的瓣片，降低了瓣片的制作难度，便于通过拼接装配形成超大尺寸封头，瓣片加工完成后，对其纵焊缝坡口进行加工，并焊接至专用的焊接工装上，对瓣片进行固定，便于实现瓣片之间的焊接，焊接时剩余两条相互对称的纵焊缝不进行焊接，将其作为配做口，根据得到的两个分半结构的周长对配做口进行配做焊接，从而控制整体结构的盘长偏差，提高加工精度，且通过预留配做口，能够使分半结构分别进入探伤室进行探伤，解决超大尺寸封头尺寸过大难以进入探伤室的问题，对配做口进行焊接后，对焊接后的配做口进行探伤检验，检验合格后，即可完成超大尺寸封头的焊接。本发明通过瓣片拼接、分半焊接后合口方法能够保证超大尺寸封头的周长尺寸精度，并且能够降低焊接难度，解决超大尺寸封头受到尺寸限制难以进行整体射线检验及整体加工的问题。
附图说明
22.图1为本发明实施例中超大尺寸封头的焊接方法的流程示意图；
23.图2为本发明实施例中超大尺寸封头分解为多个瓣片的结构示意图；
24.图3为本发明实施例中焊接工装的结构示意图；
25.图4为本发明实施例中焊接工装与瓣片装配后的结构示意图；
26.图5为本发明实施例中焊接工装支撑结构的纵截面图；
27.图6为本发明实施例中焊接工装支撑结构的俯视图；
28.图7为本发明实施例中焊接工装支撑结构与焊接工装装配后的结构示意图。
29.附图标记说明：
30.11、梯形底座；12、支架；13、弧形板；14、加强筋；2、瓣片；31、底部圆盘；32、顶部圆盘；321、定位杆；33、连接架。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互组合。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
33.本发明实施例提供一种超大尺寸封头的焊接方法，如图1所示，包括以下步骤：
34.步骤s1、根据超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力，将所述超大尺寸封头沿纵向分解为多个尺寸相同的瓣片2；
35.步骤s2、根据所述瓣片2的设计要求，完成所述瓣片2的加工，并对所述瓣片2的纵焊缝坡口进行加工，然后将加工完成后的所述瓣片2焊接至焊接工装上；
36.步骤s3、将所述焊接工装进行拼接装配，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接，剩余相互对称的两条所述纵焊缝不进行焊接，作为配做口，得到两个分半结构；分半结构即将一个封头对称分为两半，每一半为一个分半结构；
37.步骤s4、将两个所述分半结构分别进入探伤室进行探伤检验；
38.步骤s5、探伤检验合格后，根据两个所述分半结构拼接后的周长对所述配做口进行配做焊接；
39.步骤s6、对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。
40.需要说明的是，超大尺寸封头是指直径超过10m的封头。
41.步骤s1中，综合考虑超大尺寸封头的结构、制作超大尺寸封头的原材料的板幅以及压力机的压制能力等因素，对超大尺寸封头的结构进行分解，沿纵向将超大尺寸封头分解为多个瓣片2。
42.在对超大尺寸封头的结构进行分解之前，先根据超大尺寸封头的结构特点，对其进行设计，得到设计结构，使设计结构符合超大尺寸封头的要求，且既能满足精度要求，又能减少模具的制作数量。
43.示例性地，如图2所示，以直径为14m的椭球封头为例，根据其结构特点，将其边缘部分按照椭球形结构进行等比例制作，中心部分则按照球形结构进行近似模拟，使设计结构的理论误差控制在2mm以内，既能满足精度要求，又能减少模具的制作数量；根据超大尺寸封头的结构、原材料的板幅以及压力机的压制能力，将直径为14m的椭球封头沿纵向分解为20个瓣片2。
44.步骤s2中，如图3所示，所述焊接工装包括梯形底座11、支架12和弧形板13，所述支架12垂直于所述梯形底座11，且所述支架12设置于靠近所述梯形底座11短边一端的位置，所述弧形板13的一端与所述支架12的顶端连接，另一端与靠近所述梯形底座11长边一端的位置连接，且所述弧形板13的尺寸与所述瓣片2相匹配。
45.进一步地，为了提高焊接工装的强度，所述支架12上设置有加强筋14，两个所述加强筋14相互交叉设置在所述支架12上。此外，弧形板13与梯形底座11之间也设置有加强筋
14，提高弧形板13的稳定性。
46.焊接工装的尺寸和结构与瓣片2相匹配，瓣片2能够通过焊接固定至焊接工装上，使焊接工装对瓣片2进行支撑和固定，提高焊接过程中的结构稳定性，保证焊接精度。
47.具体地，将所述瓣片2吊装至所述焊接工装上，将所述瓣片2与所述焊接工装中的所述弧形板13进行焊接，使所述瓣片2固定至所述焊接工装上。也就是说，瓣片2通过焊接方式与焊接工装中的弧形板13进行连接，实现瓣片2与焊接工装的固定连接，瓣片2与焊接工装固定后的结构如图4所示。
48.步骤s3中，将所述焊接工装进行拼接装配，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接，剩余相互对称的两条所述纵焊缝不进行焊接，作为配做口，得到两个分半结构。
49.其中，为了使焊接工装进行拼接装配时能够满足精度要求，将焊接工装与焊接工装支撑结构相互配合进行拼接装配，如图5和6所示，焊接工装支撑结构包括底部圆盘31、顶部圆盘32以及设置于所述底部圆盘31和所述顶部圆盘32之间的连接架33，所述底部圆盘31和所述顶部圆盘32均包括多个沿周向均匀分布的定位杆321，定位杆321的分布与焊接工装的尺寸相匹配，将焊接工装与焊接工装支撑结构进行拼接装配时，底部圆盘31的定位杆321能够与焊接工装的梯形底座11短边一端的两侧抵接，而顶部圆盘32的定位杆321则能够与焊接工装的支架12顶端的两侧抵接。通过焊接工装支撑结构能够保证多个焊接工装拼接装配时的尺寸精度，满足精度要求。
50.多个焊接工装拼接装配完成后，对瓣片2进行焊接，瓣片2之间形成纵焊缝，对多道纵焊缝进行焊接时，采用对称焊接方式，也就是说，对间隔180
°
的两道纵焊缝进行同步焊接。
51.示例性地，以直径为14m的椭球封头为例，将其沿纵向分解为20个瓣片2，拼接装配后，形成20道纵焊缝在周向上均匀排布，通过对间隔180
°
的两道纵焊缝进行同步焊接，能够降低焊接后的形位公差，提高焊接精度。
52.在一个实施例中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，采用分段焊接方式，将所述纵焊缝分为上段、中段和下段，先对所述纵焊缝的中段进行焊接，然后对所述纵焊缝的下段进行焊接，再对所述纵焊缝的上段进行焊接。
53.通过将纵焊缝分为上段、中段和下段，并采取依次焊接中段、上段和下段的方式，能够减少焊接过程中的变形。
54.示例性地，以直径为14m的椭球封头为例，其纵焊缝长度约为2.7m，如果直接焊接容易导致焊接过程中瓣片2变形，从而使焊接完成后的精度较低，而采取分段焊接的方法则能够降低焊接过程中的变形，提高焊接后工件的精度。
55.为了保证焊接的精度，可在焊接前通过外弧样板对每道纵焊缝的贴合部位进行划线标记，在焊接过程中通过外弧样板进行检查观测，保证凹凸度不超过2mm。
56.在另一个实施例中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，先对所述纵焊缝的正面坡口进行焊接，焊接至一半厚度时，进行清根，然后对所述纵焊缝的背面坡口进行焊接。
57.也就是说，通过纵焊缝的正面坡口和背面坡口进行交替焊接，并在正面坡口焊接至一半厚度时，进行清根，提高焊接质量，保证焊接精度。
58.在一个实施例中，采用氩弧焊的方式进行瓣片2的焊接，氩弧焊燃烧稳定，便于操作和观察，能够提高焊接质量。
59.步骤s4中，将两个所述分半结构分别进入探伤室进行探伤检验。超大尺寸封头的整体尺寸较大，难以放入探伤室内进行探伤检验，而本发明实施例中，通过保留配做口，形成了两个分半结构，能够进入探伤室进行探伤检验。
60.步骤s5中，探伤检验合格后，根据两个所述分半结构拼接后的周长对所述配做口进行配做焊接，得到整体结构。
61.具体地，将两个所述分半结构拼接装配后的周长与所述超大尺寸封头的盘长设计要求进行对比，对所述配做口进行配做焊接，使配做焊接完成后的所述超大尺寸封头的盘长偏差控制在5mm以内。
62.在对多个瓣片2进行焊接时，容易导致尺寸精度出现偏差，因此，在完成两个分半结构的焊接后，预留两道相互对称的纵焊缝作为配做口，预留一定的收缩量，对分半结构拼接后的周长进行测定，与超大尺寸封头的盘长要求进行比较，通过对配做口进行配做焊接，使最终盘长偏差控制在5mm以内，保证了焊接的精度。
63.步骤s6中，采用射线源对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。
64.将两个分半结构焊接后形成了整体结构，由于整体结构的尺寸较大，难以进入探伤室对配做口的焊接进行探伤检验，因此，将其转运至室外探伤堡，采用射线源对配做口的两道纵焊缝进行探伤检验，符合要求后，即可得到超大尺寸封头。
65.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、根据超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力，将所述超大尺寸封头沿纵向分解为多个尺寸相同的瓣片(2)；步骤s2、根据所述瓣片(2)的设计要求，完成所述瓣片(2)的加工，并对所述瓣片(2)的纵焊缝坡口进行加工，然后将加工完成后的所述瓣片(2)焊接至焊接工装上；步骤s3、将所述焊接工装进行拼接装配，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接，剩余相互对称的两条所述纵焊缝不进行焊接，作为配做口，得到两个分半结构；步骤s4、将两个所述分半结构分别进入探伤室进行探伤检验；步骤s5、探伤检验合格后，根据两个所述分半结构拼接后的周长对所述配做口进行配做焊接；步骤s6、对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。2.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述焊接工装包括梯形底座(11)、支架(12)和弧形板(13)，所述支架(12)垂直于所述梯形底座(11)，且所述支架(12)设置于靠近所述梯形底座(11)短边一端的位置，所述弧形板(13)的一端与所述支架(12)的顶端连接，另一端与靠近所述梯形底座(11)长边一端的位置连接，且所述弧形板(13)的尺寸与所述瓣片(2)相匹配。3.根据权利要求2所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述支架(12)上设置有加强筋(14)，两个所述加强筋(14)相互交叉设置在所述支架(12)上。4.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s1中，根据所述超大尺寸封头的结构、原材料的板幅及压力机的压制能力，将所述超大尺寸封头沿纵向分解为20个尺寸相同的所述瓣片(2)。5.根据权利要求2所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s2中，将所述瓣片(2)吊装至所述焊接工装上，将所述瓣片(2)与所述焊接工装中的所述弧形板(13)进行焊接，使所述瓣片(2)固定至所述焊接工装上。6.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，采用对称焊接方式，对间隔180
°
的两条所述纵焊缝进行同步焊接。7.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，采用分段焊接方式，将所述纵焊缝分为上段、中段和下段，先对所述纵焊缝的中段进行焊接，然后对所述纵焊缝的下段进行焊接，再对所述纵焊缝的上段进行焊接。8.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s3中，对拼接后的所述纵焊缝进行焊接时，先对所述纵焊缝的正面坡口进行焊接，焊接至一半厚度时，进行清根，然后对所述纵焊缝的背面坡口进行焊接。9.根据权利要求1所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤s5中，将两个所述分半结构拼接装配后的周长与所述超大尺寸封头的盘长设计要求进行对比，对所述配做口进行配做焊接，使配做焊接完成后的所述超大尺寸封头的盘长偏差控制在5mm以内。10.根据权利要求1-9任一项所述的超大尺寸封头的焊接方法，其特征在于，所述步骤
s6中，采用射线源对进行配做焊接后的所述配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到所述超大尺寸封头。

技术总结
本发明提供一种超大尺寸封头的焊接方法，包括：将超大尺寸封头沿纵向分解为多个尺寸相同的瓣片；根据瓣片的设计要求，完成瓣片的加工，然后将加工完成后的瓣片焊接至焊接工装上；将焊接工装进行拼接装配，对拼接后的纵焊缝进行焊接，剩余相互对称的两道纵焊缝不进行焊接，作为配做口；将两个分半结构分别进入探伤室进行探伤检验；探伤检验合格后，对配做口进行配做焊接；对进行配做焊接后的配做口进行探伤检验，探伤检验合格后，得到超大尺寸封头。本发明通过瓣片拼接、分半焊接后合口方法能够保证超大尺寸封头的周长尺寸精度，并且能够降低焊接难度，解决超大尺寸封头受到尺寸限制难以进行整体射线检验及整体加工的问题。以进行整体射线检验及整体加工的问题。以进行整体射线检验及整体加工的问题。


技术研发人员：逄淑来 李万辉 李新华 李超婧 遇海秋
受保护的技术使用者：中国第一重型机械股份公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/7/22