多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法

摘要

本发明公开了一种多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法，包括以下装焊步骤：第一步，加工烧嘴安装法兰；第二步，选取待安装烧嘴安装法兰的气化炉装配筒节，并装防变形工装；第三步，加工装配筒节上待安装烧嘴安装法兰的管孔：使烧嘴安装法兰与装配筒节配合，在两者之间形成一个外大内小的扇形坡口，所述扇形坡口的内底端为半圆弧形，底部到装配筒节内壁之间设有定位直段，装配时定位直段有0.3-0.5mm的配合间隙；第四步，采用”┓”形连接件将烧嘴安装法兰和装配筒节进行连接固定，并检测烧嘴安装法兰四个烧嘴的位置精度；第五步，焊接坡口。采用本发明安装法兰的装焊方法，最终得到烧嘴安装法兰的精度高、质量好，防变形效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种法兰装焊方法，尤其涉及一种多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法，属于焊接技术领域。

 

背景技术

多喷嘴对置式结构气化炉中烧嘴安装法兰的精度要求非常高，目前行业中常用的普通焊接坡口形式、防变形措施和手段、焊接方法等均很难保证上述法兰装配，并且，很难满足法兰在焊接后精度的相应要求。

目前，在同类结构的产品中，上述法兰对应的管孔通常是采用手工划线确定位置和孔的尺寸，采用气割+打磨或机加工方法加工管孔。这种方式中，由于法兰的装配没有有效的定位措施，并且仅是采用普通和简易的防变形工装来预防法兰的焊接变形，所以，所装焊的法兰由于装配精度和焊接变形的因素，通常最终形成时的偏差都比较大。

因此，对于多喷嘴结构气化炉中烧嘴安装法兰的高精度要求，上述装配和焊接方法及所采取的常规手段和措施均很难满足法兰装配精度和焊接质量的要求。

 

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供一种多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法，结合产品的结构特点，选用独特的坡口形式，从烧嘴安装法兰对应的管孔加工精度、装配精度、焊接变形控制、加工手段、检测手段方面入手，解决法兰装配精度不容易得到保证、焊接过程容易变形的问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法，包括以下装焊步骤：包括以下装焊步骤：

第一步，加工烧嘴安装法兰，在烧嘴安装法兰的内外圆留3－6mm二次精加工余量，在烧嘴安装法兰的端面留5-15mm二次精加工余量；

第二步，选取待安装烧嘴安装法兰的气化炉装配筒节，在装配筒节上预划法兰装配位置线，并在距离安装烧嘴安装法兰所在安装孔位置80-200mm的相对两侧装防变形工装；

第三步，加工装配筒节上待安装烧嘴安装法兰的管孔：首先，在立车上加工平筒体两端面，两端各留5-15mm二次加工余量；然后，在镗铣床上找正并分度确定同一平面、圆周上四个管孔的位置；最后，在装烧嘴安装法兰的筒节上加工出装配管孔，使烧嘴安装法兰与装配筒节配合，在两者之间形成一个外大内小的扇形坡口，所述扇形坡口的内底端为半圆弧形，底部到装配筒节内壁之间设有定位直段，装配时定位直段有0.3-0.5mm的配合间隙；

第四步，采用”┓”形连接件将烧嘴安装法兰和装配筒节进行连接固定，并采用空间激光测量系统检测烧嘴安装法兰四个烧嘴的位置精度；

第五步，焊接坡口。

作为优选，在第五步焊接坡口后，烧嘴安装法兰与筒节焊接后进行消除应力热处理；然后在数控镗铣床上加工烧嘴安装法兰内外圆及端部余量。

作为优选，烧嘴安装法兰和装配筒节坡口的焊接过程为：外侧焊缝手工焊打底，并手工焊至5～10mm高度后拆除连接件，采用马鞍自动焊或手工焊，焊接过程对称进行；具体为依次将四个法兰沿圆周顺序标记为A法兰、B法兰、C法兰和D法兰，先将A法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之对称的C法兰，将C法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之相邻的B法兰，B法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之对称的D法兰，D法兰一次性将外侧焊缝焊满，最后再依次将B法兰、A法兰和C法兰的外侧剩余焊缝焊满；外侧焊缝焊完后对内壁定位直段进行清根去除，并打磨出焊接坡口，对坡口表面进行100%磁粉检测或渗透检测，确保没有裂纹后按与外侧焊缝相同的焊接顺序对内壁焊缝进行手工焊接。

作为优选，在数控立车上加工装配筒节，以两端面为基准，结合烧嘴安装法兰的测量尺寸，在数控镗铣床上找正后将烧嘴安装法兰内外圆、端面、密封面及螺纹等各部加工到位，烧嘴安装法兰及筒体加工完成并检测合格后与其余筒体进行组装。

作为优选，所述防变形工装包括设于装配筒节内的防变形支撑环板，环板外圆与筒节焊接，在环板内侧设直条形的一号拉筋,在环板侧面与筒体内壁之间设二号拉筋。

作为优选，在第二步中，选取待安装烧嘴安装法兰的气化炉装配筒节的方法为：截取气化炉壳体筒身上用于安装烧嘴安装法兰的筒节，截取长度为2000mm～3500mm，待烧嘴安装法兰与该筒节组装、加工并检测合格后，再与其余筒体进行组装。

作为优选，所述定位直段的长度L=20-50mm。

作为优选，烧嘴安装法兰与壳体定位直段单边留装配间隙的大小为0.3-0.5mm。

作为优选，所述扇形坡口的底端半圆弧形的半径R=5-15mm，扇形的角度a=8-20度。 

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：采用本发明安装法兰的装焊方法，最终得到烧嘴安装法兰的精度高、质量好，具体体现在以下几点：

1）.烧嘴安装法兰与装配筒节的焊接坡口形式结构合理、实用性强，装配简单、定位精确、防变形效果好； 

2）.防变形工装结构简单适用，防变形效果好，而且工装还可多次重复使用，可节约成本；

3）.烧嘴安装法兰及对应的装配筒节采用高精度的数控设备加工成型，尺寸精度高；

4）.合理的焊接顺序和焊接方法，尽可能的减少了焊接引起的变形。

 

附图说明

图1是本发明烧嘴安装法兰与气化炉装配筒节装配时的结构示意图；

图2是图1中的I处放大示意图；

图3是图2的参数标示图；

图4烧嘴安装法兰装焊过程中所使用防变形支撑的示意图；

图5烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第一阶段；

图6烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第二阶段；

图7烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第三阶段；

图8烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第四阶段。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

一种多喷嘴对置式气化炉烧嘴安装法兰装焊方法，包括以下装焊步骤：

第一步，加工烧嘴安装法兰，在烧嘴安装法兰的内外圆各留5mm二次精加工余量，在烧嘴安装法兰的端面留10mm二次精加工余量。

第二步，选取待安装烧嘴安装法兰的气化炉装配筒节，其选取方法为：将气化炉壳体筒身上安装烧嘴安装法兰的一段筒身截取出来，长度为2300mm。筒节的选取原则为根据气化炉壳体的长度、接管的布置情况及卷板能力情况确定所需筒节的实际长度，通常选取长度为2000mm～3500mm范围较为合适，待烧嘴安装法兰与该筒节组装、加工并检测合格后在与其余筒体进行组装。

在装配筒节上预划法兰装配位置线，并在距离安装烧嘴安装法兰所在安装孔位置80-200mm的相对两侧装防变形工装；如图4所示，所述防变形工装包括设于装配筒节1内的防变形支撑环板3，环板3外圆与筒节焊接，在环板3内侧设直条形的一号拉筋4,在环板侧面与筒体内壁之间设二号拉筋8。环板为δ60～80mm、宽度500mm，即R1-R2=500mm的环形钢板，环板外圆与装配筒节焊妥，内孔及两侧均采用拉筋连接并焊牢。

第三步，如图1、图2、图3所示，加工装配筒节1上待安装烧嘴安装法兰的管孔：首先，在立车上加工平筒体两端面，两端各留15mm二次加工余量；然后，在镗铣床上找正并分度确定同一平面、圆周上四个管孔的位置；最后，在装烧嘴安装法兰的筒节上加工出装配管孔，使烧嘴安装法兰2能与装配筒节1配合并留有装配间隙5，装配间隙的大小为0.3-0.5mm；在烧嘴安装法兰2与装配筒节1之间形成一个外大内小的扇形坡口6，所述扇形坡口6的内底端为半圆弧形，所述半圆弧形的半径R=5-15mm，扇形的角度a=8-20度；底部到装配筒节1内壁之间设有定位直段7；所述定位直段7的长度L=20-50mm。

第四步，采用”┓”形连接件将烧嘴安装法兰和装配筒节进行连接固定，并采用空间激光测量系统检测烧嘴安装法兰四个烧嘴的位置精度。

第五步，焊接坡口；烧嘴安装法兰和装配筒节的焊接过程为：外侧焊缝手工焊打底，并手工焊至5～10mm高度后拆除连接件，然后，采用马鞍自动焊或手工焊，焊接过程对称进行，具体为依次将四个法兰圆周顺序标记为A法兰、B法兰、C法兰和D法兰，先将A法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之对称的C法兰，将C法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之相邻的B法兰，B法兰外侧焊缝焊至扇形坡口深度的1/2后即转为焊接与之对称的D法兰，D法兰一次性将外侧焊缝焊满，最后再依次将B法兰、A法兰和C法兰的外侧剩余焊缝焊满；外侧焊缝焊完后对内壁定位直段进行清根去除，并打磨出焊接坡口，对坡口表面进行100%磁粉检测或渗透检测，确保没有裂纹后按与外侧焊缝相同的焊接顺序对内壁焊缝进行手工焊接。焊缝全部焊妥并经无损检测合格后进行整体消除应力热处理，待产品冷却并拆除防变形工装后采用空间激光测量系统检测四个烧嘴的变形情况。

第六步，烧嘴安装法兰与筒节焊接后进行消除应力热处理。

第七步，在数控镗铣床上加工烧嘴安装法兰内外圆及端部余量。

在数控立车上加工装配筒节，以两端面为基准，结合烧嘴安装法兰的测量尺寸，在数控镗铣床上找正后按图纸尺寸要求将烧嘴安装法兰内外圆、端面、密封面及螺纹等各部加工到位，烧嘴安装法兰及筒体加工完成并检测合格后与其余筒体进行组装。

实施例1 

本例所选用的产品为多喷嘴对置式水煤浆气化炉，其壳体及烧嘴安装法兰规格如下：

气化炉：壳体内径φ3600mm，壁厚112mm，长约25000mm；

烧嘴安装法兰：内径φ560mm，最大厚度为154 mm，法兰高度683.8mm；

法兰与壳体装配处外径为φ1020mm。

烧嘴安装法兰的装配精度要求如下：

①      四个烧嘴安装法兰要求在同一平面上呈90°均布，平面偏差不大于2mm；

②      每两个相对的烧嘴安装法兰同轴度偏差不大于3mm；

③      装焊后的法兰面与其轴线的垂直度偏差不大于1mm；

④      法兰轴线与壳体轴线的垂直度偏差不大于2mm(换算成夹角后为2′51″)；

⑤      两对烧嘴轴线之间的垂直度偏差不大于2mm(换算成夹角后为2′51″)；

具体实施步骤及验证结果如下：

1)      第一步：加工烧嘴安装法兰。

烧嘴安装法兰内外圆单边各留6mm二次精加工余量，右端面留12mm二次精加工余量。

2)      第二步：加工与烧嘴安装法兰配对的筒体。

选取成型最好的一节筒体L=2300mm，作为烧嘴安装法兰的装配筒节，在管孔两侧150mm左右区域装焊妥防变形工装后将筒体两端在数控立车上加工平齐，两端各留10mm二次加工余量，之后在数控镗铣床上找正并按坡口结构和尺寸加工出4个烧嘴安装法兰的装配管孔。

3)      第三步：装配烧嘴安装法兰与筒体。

烧嘴安装法兰装配后采用 ┓形连接件进行连接固定，并采用空间激光测量系统检测四个烧嘴的位置精度，确定满足要求后焊牢连接件。

4) 第四步：焊接烧嘴安装法兰与筒体。

将4个烧嘴安装法兰分别标记为 A法兰－B法兰－C法兰－D法兰，按如下顺序进行焊接：

① 将A法兰外侧焊缝焊至40mm高度后即转为焊接对称的C法兰；

② C法兰外侧焊缝焊至40mm高度后即转为焊接相邻的B法兰；

③ B法兰外侧焊缝焊至40mm高度后即转为焊接对称的D法兰，最后焊接的D法兰外焊缝焊至40mm高度后拆除连接件，采用马鞍自动焊继续将外焊缝焊满，如图5所示，图5为烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第一阶段；

④ 拆除其余3个法兰的 ┓形连接件，依次按B法兰-C法兰-A法兰的顺序采用马鞍自动焊将四个法兰的外侧焊缝焊满，如图6所示，图6为烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第二阶段；

⑤ 将内侧40mm直段清根后打磨出坡口，如图7所示，图7为烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第三阶段。并对坡口面进行100%磁粉检测或渗透检测，确保没有裂纹等缺陷后按上述外侧焊缝的顺序及方法手工焊妥烧嘴安装法兰与壳体的内侧焊缝及原预留的40mm直段定位区，如图8所示，图8为烧嘴安装法兰与安装筒体焊接过程的第四阶段。

5）第五步：烧嘴安装法兰与筒节焊接后进行消除应力热处理。

烧嘴安装法兰与筒体的焊缝经无损检测合格后进行整体消除应力热处理。

6）第六步：检测各烧嘴安装法兰的位置精度。

烧嘴安装法兰组件冷却后拆除防变形工装并采用空间激光测量系统检测四个烧嘴安装法兰的位置精度。

①    四个烧嘴安装法兰轴线所在平面的平面度偏差为0.6173 mm；

②    两个对称的烧嘴安装法兰同轴度偏差分别如下：A法兰-C法兰为：0.8309mm；B法兰-D法兰为：1.2855mm；

③    由于烧嘴安装法兰是采用数控镗铣床加工的，因此法兰面与其轴线的夹角为90°，垂直度非常好，没有出现偏差；

④    法兰轴线平面与壳体轴线的夹角为89°55′43″，偏差为4′17″；

⑤    两对烧嘴轴线之间的夹角为90°0′35″，偏差为0′35″；

从测量结果看，除法兰轴线与壳体轴线的垂直度超差外，测量结果偏差4′17″，大于所要求的2′51″，烧嘴安装法兰的其余精度均已满足要求；而所预留的法兰内外圆单边6mm及端面12mm的加工余量足以能够保证法兰最终精加工后其轴线与壳体轴线的垂直度满足要求。

7）第七步：烧嘴安装法兰的最终精加工。

在数控立车上将筒体两端按所要求的尺寸和坡口形式进行加工，以两端面为基准，在数控镗铣床上找正并结合上述所测量的数据按图纸尺寸要求将烧嘴安装法兰内外圆、端面及密封面、螺纹等各部加工到位，烧嘴安装法兰及筒体加工完成并检测合格后即可与气化炉其他筒体进行组装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。