[发明专利]一种适用于齐平式、强度焊的激光管板焊工艺

说明书

本发明公开了一种适用于齐平式、强度焊的激光管板焊工艺，包括：A）准备：打磨、抛光待焊管端；B）胀接定位：将换热管穿过管板的管孔并伸出管板端面，通过胀接使得管端部分径向膨胀、在L长度内的N段胀接弧与管孔紧密贴合，L长度应超过要求的焊缝熔深1mm以上，N不低于3，将换热管固定于管孔内；C）焊接：保持工件不动，通过焊机上的行走机构，使激光焊头沿焊缝走圆至少连续走两圈，第一圈走圆直径比换热管外径略小，第二圈走圆直径比换热管外径略大，且两圈走圆后的焊缝熔化为一体；D）检测；本发明不仅能提高焊缝质量及焊接效率，且可适用于多种材料及小直径换热管，从而保证大规模应用于各种材料的换热器产品。

技术领域

本发明涉及一种适用于齐平式、强度焊的激光管板焊工艺。

背景技术

在换热器中，换热管端部与管板之间需要焊接，此焊缝称为管板焊焊缝，焊接工序称为管板焊。按照管端与管板表面的相对位置，管板焊焊缝通常分为内 缩式、齐平式和外伸式三类；按照焊缝的作用，管板焊焊缝又可分为密封焊和强度焊两类，密封焊只要求将管子管板连接在一起即可，强度焊要求焊缝熔深必须满足一定数值要求，一般至少应大于2mm。在高压容器中，通常采用齐平式和外伸式，而且要求采用强度焊，对焊接工艺要求很高，行业内大多采用氩弧焊焊接，如图1 所示，具体为先在管板2上开坡口9，再将换热管1端部与管板2采用氩弧焊点焊固定，最后采用氩弧焊将坡口填满，氩弧焊至少焊接两层，且需要填丝，焊接速度慢，制造效率很低，而且焊缝10根部一直存在未熔合问题。

针对齐平式、强度焊的管板焊焊缝，国内压力容器制造所采用的焊接标准（NB/T47014和NB/T47015）也没有给出任何关于激光焊的规定。

在20世纪90年代，国内外曾尝试开发适用于外伸式结构的激光管板焊工艺。法国ETCA技术中心采用“光束固定，工件旋转”的方式焊接了管板角焊缝，而实际工况下工件根本无法旋转，其技术不符合工程应用实际。湖南大学设计了一种可回转的激光焊接设备，进行了试板的焊接，相关公司随后进行了进一步的试验，其认为激光焊只能用在碳钢材料等特定材料，不适合焊接15CrMo等低合金钢材料；

目前激光焊技术应用于齐平式、强度焊的管板焊焊缝普遍存在以下问题：

1、激光焊一般要求组对间隙小于0.1mm，但为了保证换热管可以穿过管板孔，通常管板孔直径会比换热管外径大0.3mm以上，且为固定换热管管端与管板，需要将管端与管板点焊在一块，这就会造成换热管与管板孔间隙不一致，最大间隙可达0.3mm，激光焊焊缝无法成型，现有工件装配状况根本不能采用激光焊；行业内存在另外一种固定工艺，即采用定位胀将管子与管板固定，但完全消除了管子与管孔之间的间隙，焊接时无法排气，且将管子端部定位到与管板表面齐平位置，在后续激光焊接时，会存在焊缝凹陷、根部气孔多等问题。

2、由于换热管与管板孔存在间隙，激光焊又不填丝，焊后焊缝会低于管板表面，不符合设计要求的“焊缝应高于管板表面0-0.5mm”。

3、激光焊焊缝狭窄，常采用机械手作为行走机构，机械手走小直径圆的精度较差，会存在多处行走轨迹偏离管子管板结合面的情况，焊接时一旦激光行走轨迹与结合面产生微小差异，焊缝中心就会偏离结合面，造成结合面处熔深不足，焊缝强度不足。

4、针对低合金钢材料、奥氏体材料等，由于激光焊接速度快，焊缝冷却速度快，焊缝金属流动性差，焊缝中的气孔等来不及逸出，普遍存在气孔、裂纹等焊接缺陷；

5、市场上存在的激光焊回转机头结构复杂，尺寸庞大，焊接齐平式管板焊焊缝时，激光需要垂直射入工件，而齐平式换热管直径通常较小，最小可达8mm，激光回转机头根本无法实现小直径的垂直焊接。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种适用于齐平式、强度焊的激光管板焊工艺，它不仅能提高焊缝质量及焊接效率，且可适用于多种材料及小直径换热管，从而保证大规模应用于各种材料的换热器产品。