本發(fā)明涉及一種接頭坡口的設(shè)計(jì)和加工方法，尤其是一種厚壁異種鋼接頭坡口的設(shè)計(jì)和加工方法。

背景技術(shù)：

鍋爐和壓力容器中，存在有大量的異種鋼接頭，特別是一些厚度大于30mm的異種鋼接頭，由于其兩側(cè)工件的材質(zhì)相差較大，導(dǎo)致二者的熱處理溫度相差也較大，當(dāng)把這種異種鋼接頭兩側(cè)的工件直接焊接起來(lái)后，將無(wú)法對(duì)異種鋼接頭進(jìn)行熱處理；為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常采取的方法是：先在接頭兩側(cè)的坡口面上堆焊一層較厚的鎳基或奧氏體不銹鋼材料，然后將接頭兩側(cè)的工件分別按各自的熱處理溫度進(jìn)行熱處理，最后再將帶有堆焊層的坡口對(duì)接起來(lái)即可，從而解決了異種鋼接頭兩側(cè)的工件具有較大的熱處理溫度差而無(wú)法進(jìn)行熱處理的問(wèn)題。目前，厚壁大于30mm的對(duì)接接頭的坡口形式為U形坡口或雙V形坡口,如圖1、圖2所示，其加工方法為：先在異種鋼接頭兩側(cè)工件的端面上堆焊一層厚度大于30mm的堆焊層，然后再將堆焊層加工成U形坡口或雙V形坡口，最后再把坡口之間的對(duì)接焊縫焊接起來(lái)即可。

雖然采用上述方法可以解決異種鋼無(wú)法熱處理的技術(shù)問(wèn)題，但是使用該方法后會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：

堆焊材料消耗大。對(duì)于壁厚大于30mm的異種鋼接頭來(lái)說(shuō)，要想保證坡口堆焊層的厚度能達(dá)到對(duì)接焊縫的要求，必須在兩側(cè)工件的端面上堆焊一層很厚的堆焊層（通常大于30mm），且工件的壁厚越厚，就需要堆焊越厚的堆焊層，而堆焊材料一般采用的是鎳基材料或奧氏體材料，其價(jià)格昂貴，在堆焊層被加工成U形或雙V形坡口的過(guò)程中，大部分的堆焊層又被加工掉了，所以浪費(fèi)了大量的堆焊材料，從而使制造成本大大增加。

加工周期較長(zhǎng)。由于堆焊層的厚度大于30mm，所以需要較長(zhǎng)的堆焊工期。

加工難度大。由于堆焊材料為高合金材料或鎳基材料，其硬度較高，且是采用先堆焊后加工坡口的方式，所以需要加工大量的堆焊層，使得加工難度大大增加。

堆焊缺陷發(fā)生幾率高。由于堆焊層厚，需要堆焊的層數(shù)多，焊接量大，相應(yīng)發(fā)生堆焊缺陷的幾率也越高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種厚壁異種鋼接頭坡口的設(shè)計(jì)和加工方法，采用本方法加工而成的坡口，能大大減小其堆焊層的厚度，從而大大降低坡口的制造成本，減少加工量，縮短加工周期，同時(shí)，還能提高坡口的質(zhì)量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種厚壁異種鋼接頭坡口的設(shè)計(jì)和加工方法，包括以下步驟：

（1）將異種鋼接頭兩側(cè)工件的端面加工成坡口；

（2）對(duì)至少一側(cè)的坡口進(jìn)行堆焊，形成堆焊層；

（3）對(duì)堆焊層進(jìn)行機(jī)加工。

進(jìn)一步地，還包括以下步驟：

（4）確定坡口的組裝方式，即坡口采用不加襯墊的組裝方式或采用加襯墊的組裝方式，

如坡口采用不加襯墊的組裝方式：即在兩工件的坡口根部分別堆焊一條鈍邊（2），并將兩條鈍邊的端面加工成坡口；

如坡口采用加襯墊的組裝方式：即在對(duì)接焊縫底部裝焊墊板。

通過(guò)采用不加襯墊或加襯墊的方式將坡口組裝好，能夠保證對(duì)接焊縫的焊接質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述步驟（1）中的坡口為V形坡口，且單側(cè)坡口角度β在3-8°之間。將坡口設(shè)計(jì)為V形坡口，保證坡口能采用帶極堆焊；同時(shí)，為了減少后續(xù)對(duì)接焊縫的焊接量，所以將坡口角度設(shè)計(jì)為小角度坡口。

進(jìn)一步地，所述步驟（2）中，堆焊方式采用帶極堆焊或絲極堆焊方式，堆焊前，將堆焊位置的坡口面調(diào)整至平焊位置或適宜的堆焊位置，方便對(duì)坡口面進(jìn)行堆焊；堆焊層的厚度不低于最終堆焊層厚度并預(yù)留加工余量；由于堆焊層為多層堆焊，在堆焊層邊緣的層與層搭接處會(huì)參差不齊，容易出現(xiàn)缺陷，需要后續(xù)將堆焊層邊緣加工去除，因此，堆焊層的寬度須超出坡口面的寬度且預(yù)留一定加工余量。

進(jìn)一步地，所述步驟（3）中，加工后的堆焊層表面與原坡口面相平行或基本平行；對(duì)堆焊層表面進(jìn)行機(jī)加工使其平整，可以保證后續(xù)對(duì)接焊縫的質(zhì)量，同時(shí)，還能減少堆焊層的加工量及保證后續(xù)組對(duì)坡口的角度；加工后的堆焊層厚度不低于最終堆焊層厚度，最終堆焊層厚度范圍為6-12mm，加工后的堆焊層寬度不小于坡口面的寬度。保證堆焊層邊緣與坡口邊緣的母材平齊或略高于母材表面。

進(jìn)一步地，所述步驟（4）中，鈍邊采用堆焊方式制造而成，鈍邊的長(zhǎng)度L為6-12mm，鈍邊的坡口角度α在15-50°之間，組裝坡口時(shí)，使兩鈍邊的坡口的根部之間間隔0-4mm的距離。增加鈍邊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，既為后續(xù)對(duì)接焊縫的焊接提供了操作空間，又為對(duì)接焊縫實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形創(chuàng)造了條件，同時(shí)，有利于減少對(duì)接焊縫反面的清根和打磨量。

進(jìn)一步地，所述步驟（4）中，在對(duì)接焊縫的底部裝焊有墊板，組裝坡口時(shí)，使兩工件的坡口的根部之間間隔12-24mm的距離,墊板的寬度大于坡口根部的間隔距離，墊板裝點(diǎn)在堆焊層上，裝點(diǎn)焊縫不得超出堆焊層。這樣能夠?yàn)楹罄m(xù)的對(duì)接焊縫的焊接提供足夠的操作空間并保證對(duì)接焊縫的質(zhì)量，同時(shí)，還可避免裝點(diǎn)焊縫的熱處理。

本發(fā)明的有益效果是：采用本方法加工而成的坡口，其堆焊層的厚度被大大減小，從而大大降低了坡口的制造成本，大大減少了加工量，縮短了加工周期，同時(shí)，坡口的質(zhì)量還能得到有效的提升。

附圖說(shuō)明

圖1為采用現(xiàn)有方法加工成的U形坡口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為采用現(xiàn)有方法加工成的雙V形坡口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為V形坡口的單側(cè)坡口結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4、圖5為坡口采用不加襯墊的組裝方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6、圖7為坡口采用加襯墊的組裝方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記為：1-堆焊層，2-鈍邊，3-墊板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖3、圖4、圖5、圖6及圖7所示，本發(fā)明的一種厚壁異種鋼接頭坡口的設(shè)計(jì)和加工方法，包括以下步驟：

首先將異種鋼接頭兩側(cè)工件的端面加工成V形坡口，且單側(cè)坡口角度β在3-8°之間；

然后對(duì)至少一側(cè)的坡口面進(jìn)行堆焊，形成堆焊層1；堆焊方式為帶極堆焊或絲極堆焊方式；堆焊前，將堆焊位置的坡口面調(diào)整至平焊位置或適宜的堆焊位置；堆焊層1的厚度不低于最小堆焊層厚度，最小堆焊層厚度按下述方式確定：最小堆焊層厚度=最終堆焊層厚度+加工余量，其中，最終堆焊層厚度根據(jù)對(duì)接焊縫采用的焊接方式而確，其厚度范圍為6-12mm，加工余量范圍為2-4mm；堆焊層寬度不小于坡口寬度。

然后對(duì)堆焊層1進(jìn)行機(jī)加工，使堆焊層面與原坡口面保持平行或基本平行，且加工后的堆焊層1厚度不低于前述的最終堆焊層厚度。

然后確定坡口的組裝方式，組裝方式有不加襯墊的組裝方式和加襯墊的組裝方式兩種，

如坡口采用不加襯墊的組裝方式，需要在兩工件的坡口根部分別堆焊一條鈍邊2，然后將兩條鈍邊2的端面加工成坡口，組裝坡口時(shí)，使兩條鈍邊2的坡口的根部之間間隔0-4mm的距離；鈍邊2采用絲極埋弧焊堆焊而成，且堆焊鈍邊使用的材料與堆焊層1的材料為同類；鈍邊2的長(zhǎng)度根據(jù)對(duì)接焊縫采用的焊接方式而確，其范圍為6-12mm，鈍邊2的坡口角度α為15-50°；鈍邊2加工完成后，需要對(duì)其進(jìn)行100%無(wú)損探傷檢測(cè)，以保證鈍邊2無(wú)堆焊缺陷。

如坡口采用加襯墊的組裝方式，需要在對(duì)接焊縫底部裝焊墊板3，組裝坡口時(shí)，使兩工件的坡口的根部之間間隔12-24mm的距離，墊板3的寬度大于坡口根部的間隔距離，墊板3的長(zhǎng)度為整個(gè)坡口根部長(zhǎng)度，墊板3裝點(diǎn)在堆焊層上，裝點(diǎn)焊縫不得超出堆焊層；墊板3在對(duì)接焊縫焊接完成后加工拆除，并利用與堆焊層1材料相當(dāng)?shù)牟牧涎a(bǔ)焊坡口根部凹坑。

實(shí)施例1

在高壓加熱器中，需要將高壓加熱器過(guò)熱段的筒節(jié)與管板對(duì)接起來(lái)，但是由于筒節(jié)和管板的材質(zhì)相差較大，導(dǎo)致二者具有較大的熱處理溫差，對(duì)接后無(wú)法直接進(jìn)行熱處理，于是可以利用本發(fā)明坡口的設(shè)計(jì)和加工方法來(lái)解決該技術(shù)問(wèn)題，具體包括以下步驟：

首先將壁厚為88mm的高壓加熱器過(guò)熱斷筒節(jié)的端面和要與其對(duì)接的壁厚為88mm的管板的端面加工成坡口，由于坡口面采用帶極堆焊方式，所以將坡口加工成V形坡口，同時(shí)為了減少后續(xù)對(duì)接焊縫的焊接量，對(duì)V形坡口的單側(cè)坡口角度β加工為5°。

然后將加工好坡口的筒節(jié)和管板放置在變位機(jī)上，再將堆焊位置的坡口面調(diào)整至平焊位置，以方便對(duì)坡口面的堆焊；為了提高堆焊效率，采用帶極堆焊方式分別在筒節(jié)和管板的坡口面上堆焊鎳基材料，形成堆焊層1，由于該坡口在后續(xù)對(duì)接焊縫焊接時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱影響區(qū)，為了避免熱影響區(qū)延伸至母材，根據(jù)熱影響區(qū)的寬度，確定最終堆焊層厚度為10mm，為保證機(jī)加工后的堆焊層厚度達(dá)到10mm的要求，預(yù)留2mm加工余量，所以堆焊厚度為不小于12mm。同時(shí)為了保證坡口邊緣的堆焊層質(zhì)量，使堆焊層1的兩側(cè)均超出坡口邊緣兩側(cè)約10mm，在后續(xù)機(jī)加工時(shí)加工至與坡口邊緣齊平。

然后使用機(jī)加工車床將堆焊層1加工至10mm厚，并使加工后的堆焊層面與原坡口面相平行，這樣在最小機(jī)加工量的前提下保證了堆焊層1的的表面平整度，對(duì)后續(xù)對(duì)接焊縫質(zhì)量的保證打下了基礎(chǔ)。然后，將堆焊層超出坡口兩側(cè)的部分進(jìn)行機(jī)加工使與兩側(cè)母材齊平，這樣可確保堆焊層邊緣的質(zhì)量。

然后對(duì)堆焊層1進(jìn)行100%無(wú)損探傷檢測(cè)，以保證堆焊層1無(wú)堆焊缺陷。

然后分別對(duì)管板和筒節(jié)進(jìn)行熱處理。

確定坡口采用的組裝方式，確定原則為：工件直徑小于600mm時(shí)，坡口采用帶鈍邊的組裝方式；工件直徑大于600mm時(shí)，坡口采用加襯墊的組裝方式或帶鈍邊的組裝方式均可；由于本實(shí)施例的筒節(jié)和管板的直徑為1700mm，所以坡口采用了加襯墊的組裝方式；組裝坡口時(shí)，考慮到對(duì)接焊縫需要采用手工電弧焊+埋弧焊的組合焊接方式，同時(shí)，為了保證對(duì)接焊縫的質(zhì)量，所以使筒節(jié)和管板的坡口的根部之間間隔20mm的距離，然后在整條對(duì)接焊縫底部裝焊墊板3，墊板3的寬度為25mm，將墊板點(diǎn)焊在兩側(cè)堆焊層上。

然后采用手工電弧焊+埋弧焊的組合焊接方式將對(duì)接焊縫焊接完成，焊接材料為鎳基材料；對(duì)接焊縫焊接完成后，再將墊板3加工拆除，并利用鎳基材料補(bǔ)焊坡口根部凹坑；最后再對(duì)接焊縫進(jìn)行100%無(wú)損探傷檢測(cè)，以保證對(duì)接焊縫的質(zhì)量。

綜上所述，采用上述方法加工而成的坡口，其堆焊層1的厚度被大大減小，從而使得鎳基材料的消耗被大幅減少，所以坡口的制造成本被大幅降低，同時(shí)，由于坡口的堆焊層1厚度被大幅減小，相應(yīng)的，其加工量也會(huì)大幅減小，加工周期也會(huì)相應(yīng)的被縮短，坡口質(zhì)量也能得到有效的提升。