一种用于筒体与直角接管的焊接装置及方法与流程

本发明涉及焊接，具体而言，涉及一种用于筒体与直角接管的焊接装置及方法。

背景技术：

1、随着核能技术的持续进步，特别是“玲龙一号”和“高温气冷堆”等新一代核反应堆压力容器工程的广泛应用，反应堆压力容器的整体结构设计呈现出高度紧凑化与复杂化的趋势。在此背景下，筒体上衍生出直角形低合金钢接管，形成关键连接部位。该直角接管与筒体之间的对接焊缝在制造过程中面临多重严苛约束：装配方式需满足极高精度要求，施焊环境空间极为狭窄，焊接可达性显著受限，同时无损检测标准异常严格，导致传统埋弧焊、手工电弧焊等成熟工艺难以适配实际生产需求。现有制造工艺普遍存在筒体焊接变形尺寸超差、加热控温精度不足、焊接缺陷频发、人工依赖程度高以及生产效率低下等突出问题。

2、作为压力容器核心承压关键部件，该对接焊缝在设备服役后处于不可检测状态，长期承受高压、高强度的极端工况，因此对焊缝内部质量、力学性能、成形精度及结构稳定性提出了极为苛刻的要求。核电行业最新设计规范明确限定，此类关键焊缝必须采用钨极惰性气体保护焊（tig）工艺进行施焊，以确保满足安全服役条件。然而，在实际工程应用中，埋弧焊工艺对作业空间、工件装配精度及工装变位条件要求较高，无法适应狭小封闭的作业环境，其较大的焊接热输入量易引发大厚度低合金钢焊缝晶粒粗大、焊接残余应力超标等缺陷，难以保障不可检测关键部位的高安全裕度；手工电弧焊则过度依赖操作人员经验，焊接过程稳定性差，焊缝成形一致性低，未焊透、夹渣、气孔等缺陷频繁出现，导致焊接合格率与作业效率持续偏低，无法可靠保证大厚度焊缝质量。

3、现有公开技术中，常规tig焊接工艺主要适配常规空间及中小厚度板材的焊接场景，针对大厚度低合金钢材料、狭小作业空间以及直角异形结构的接管焊缝，缺乏有效的单面焊双面成形精准控制技术。在施焊过程中，极易出现单面焊接熔深不足、焊缝内部未熔合等质量问题，无法实现高质量焊缝成形。当前技术体系下，针对新一代核反应堆压力容器大厚度低合金钢直角接管焊缝，尚未形成适配狭小空间工况、兼顾高质量、高效率与低成本的智能化焊接成型方案，传统焊接工艺及常规tig技术均无法满足核电设备制造标准与安全生产的严格要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于筒体与直角接管的焊接装置，具有实现筒体与直角接管高精度装配、适应狭小空间焊接作业、提高焊缝质量和生产效率的优点。

2、本发明提供一种用于筒体与直角接管的焊接装置，包括：

3、筒体抱圈组件，其用于套装并抱紧筒体；

4、接管抱圈组件，其用于套装并抱紧直角接管；

5、多向微调机构，其包括第一微调模块、第二微调模块和第三微调模块，所述第一微调模块连接于所述接管抱圈组件与所述筒体抱圈组件之间以调节两者相对角度，所述第二微调模块设于所述接管抱圈组件上以调节所述直角接管的径向位置，所述第三微调模块支撑于所述直角接管下方以调节其高度；

6、焊接执行机构，其包括环形轨道和焊接机头，所述环形轨道环绕所述筒体与所述直角接管之间的对接焊缝设置，所述焊接机头滑动设于所述环形轨道上以沿所述对接焊缝移动施焊。

7、可选地，所述第一微调模块包括支撑板、弧形板和多个第一螺钉，所述支撑板连接于所述接管抱圈组件，所述弧形板连接于所述支撑板末端并贴合于所述筒体抱圈组件外壁，多个所述第一螺钉螺纹连接于所述弧形板并抵接于所述筒体抱圈组件；所述第二微调模块包括多个第二螺钉，多个所述第二螺钉螺纹连接于所述接管抱圈组件并抵接于所述直角接管外壁；所述第三微调模块包括升降座，所述升降座支撑于所述直角接管下方。

8、可选地，所述筒体抱圈组件和所述接管抱圈组件均为金属抱箍。

9、可选地，本用于筒体与直角接管的焊接装置还包括闭环控温系统，所述闭环控温系统包括感应加热模块、测温传感模块和温控处理模块，所述感应加热模块设于所述直角接管内壁，所述测温传感模块分布于所述对接焊缝及近缝区，所述温控处理模块分别与所述感应加热模块和所述测温传感模块信号连接，用于根据实测温度动态调节所述感应加热模块的加热功率。

10、可选地，所述感应加热模块为电磁感应加热器；所述测温传感模块包括多个分布式高精度测温传感器。

11、可选地，本用于筒体与直角接管的焊接装置还包括远程可视化监控系统，所述远程可视化监控系统包括视频监视模块、数据采集模块和远端操作控制台，所述视频监视模块和所述数据采集模块分别与所述远端操作控制台通信连接，所述视频监视模块用于采集熔池形态及焊道铺展状态图像，所述数据采集模块用于采集焊接工艺参数。

12、可选地，所述视频监视模块包括分别设于焊道熔池前方和后方的第一监测单元和第二监测单元；所述数据采集模块采集的焊接工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、钨极位置和送丝速度。

13、可选地，所述环形轨道可拆卸地安装于所述筒体抱圈组件或所述接管抱圈组件上；所述焊接机头为自动tig焊接机头。

14、本发明提供的一种用于筒体与直角接管的焊接装置，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：

15、本发明所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，通过筒体抱圈组件和接管抱圈组件可实现工件的稳定固定，利用多向微调机构对筒体与直角接管的相对位置进行精确调整，有效控制对接焊缝的装配精度。焊接执行机构能够沿环形轨道进行自动化施焊，从而在狭小空间内实现大厚度低合金钢直角接管焊缝的高质量焊接，减少人工依赖，提高焊接效率和焊缝成形一致性，降低焊接缺陷的发生。

16、另外，本发明还提供一种用于筒体与直角接管的焊接方法，基于如前所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，所述方法包括以下步骤：

17、装配定位：将筒体抱圈组件和接管抱圈组件分别套装于筒体和直角接管上，通过多向微调机构调节所述直角接管与所述筒体的相对位置，使对接焊缝的装配间隙≤1mm且径向错边量≤0.5mm；

18、感应控温：启动闭环控温系统，对所述对接焊缝区域进行预热、层间保温和焊后缓冷；

19、自动焊接：启动焊接执行机构，使焊接机头沿环形轨道360°旋转移动，对所述对接焊缝进行tig单面焊双面成形焊接，并通过远程可视化监控系统进行远程监控。

20、可选地，所述感应控温步骤中，整体预热温度控制在150～180℃，升温速率控制在30～50℃/h；焊接层间温度维持在150～250℃；焊后缓冷阶段以20～40℃/h降温。

1.一种用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述第一微调模块包括支撑板（31）、弧形板（32）和多个第一螺钉（33），所述支撑板（31）连接于所述接管抱圈组件（2），所述弧形板（32）连接于所述支撑板（31）末端并贴合于所述筒体抱圈组件（1）外壁，多个所述第一螺钉（33）螺纹连接于所述弧形板（32）并抵接于所述筒体抱圈组件（1）；所述第二微调模块包括多个第二螺钉（34），多个所述第二螺钉（34）螺纹连接于所述接管抱圈组件（2）并抵接于所述直角接管（200）外壁；所述第三微调模块包括升降座（35），所述升降座（35）支撑于所述直角接管下方。

3.根据权利要求2所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述筒体抱圈组件（1）和所述接管抱圈组件（2）均为金属抱箍。

4.根据权利要求1所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，还包括闭环控温系统，所述闭环控温系统包括感应加热模块、测温传感模块和温控处理模块，所述感应加热模块设于所述直角接管（200）内壁，所述测温传感模块分布于所述对接焊缝（8）及近缝区，所述温控处理模块分别与所述感应加热模块和所述测温传感模块信号连接，用于根据实测温度动态调节所述感应加热模块的加热功率。

5.根据权利要求4所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述感应加热模块为电磁感应加热器（7）；所述测温传感模块包括多个分布式高精度测温传感器。

6.根据权利要求1所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，还包括远程可视化监控系统，所述远程可视化监控系统包括视频监视模块、数据采集模块和远端操作控制台，所述视频监视模块和所述数据采集模块分别与所述远端操作控制台通信连接，所述视频监视模块用于采集熔池形态及焊道铺展状态图像，所述数据采集模块用于采集焊接工艺参数。

7.根据权利要求6所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述视频监视模块包括分别设于焊道熔池前方和后方的第一监测单元和第二监测单元；所述数据采集模块采集的焊接工艺参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、钨极位置和送丝速度。

8.根据权利要求1所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述环形轨道可拆卸地安装于所述筒体抱圈组件（1）或所述接管抱圈组件（2）上；所述焊接机头（6）为自动tig焊接机头（6）。

9.一种用于筒体与直角接管的焊接方法，基于如权利要求1-8任一项所述的用于筒体与直角接管的焊接装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

10.根据权利要求1所述的用于筒体与直角接管的焊接方法，其特征在于，所述感应控温步骤中，整体预热温度控制在150～180℃，升温速率控制在30～50℃/h；焊接层间温度维持在150～250℃；焊后缓冷阶段以20～40℃/h降温。