CN114473270A - 一种无定位台上管座组装焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无定位台上管座组装焊接方法，包括如下步骤：步骤1：设计上管座无定位台结构形式；步骤2：制定组装TIG点焊焊接过程；步骤3：制定电子束固定点焊过程；步骤4：制定电子束扫描焊接过程；步骤5：制定缺陷返修方法；步骤6：手工TIG补焊返修。其有益效果在于：它能够解决管座焊接后管座内壁不规则的焊瘤、皱皮、管座内腔未焊合内腔缝隙等问题，同时解决原专项TIG焊接后焊缝熔深“易变性”问题，控制焊接变形，提高后续机械加工精度，提高了生产效率和产品制造质量。
Description
技术领域
本发明属于动力堆核燃料组件制造技术领域，具体涉及一种燃料组件上管 座制造方法。
背景技术
上管座结构特殊，无法整体机械加工，采用零件组焊而成，图1所示上管 座由1块上连接板1，4块上围板2，1块上框板3组焊而成，共12条焊缝4。
现有工艺采用组装夹具将零部件组装TIG定位点焊后，使用焊接机器人进 行各条焊缝的TIG焊接，焊接完成后，管座各零件间内腔缝隙指标超标，且内 壁出现不规则的焊瘤、皱皮，需手工修磨检验，再修磨如此反复，工序间返工 频繁，生产效率和产品质量较低。
现有技术存在的问题如下：
1)管座焊接后内腔缝隙超标问题。各零部件间采用带定位台结构(带锁底 齐平接头)，即上连接板/上框板试样7与上围板试样8之间采用带定位尺寸b的 结构组装定位，如图2所示，由于存在焊接变形，焊接后焊缝背面会出现未焊 合的缝隙a，该堆型上管座要求焊接后内腔焊缝背面未焊合缝隙不超过0.15mm， 该指标要求是管座成品率低的原因之一。
2)上管座板簧槽段机加后皱皮问题。上管座板簧槽9在上框板正面和背面 的槽宽不一样，需要正、反面两次加工。采用带定位台(带锁底齐平接头)焊 接接头形式，板簧槽段剩余厚度c仅有(0.4±0.1)mm，见图4和图7。
上管座焊接为三段式焊接，共12条焊缝，按对称焊接顺序进行焊接。由于 有焊接变形，且该弹簧槽位置尺寸以加工四方后的一方为基准，致使板簧槽段 定位台处母材厚度c无法保证原先尺寸。该厚度的材料在加工背面弹簧槽时， 高速旋转的铣刀可能使其出现以下几种情况：
情况1：该处母材已被机械加工掉，光滑过渡；
情况2：残留很薄的母材，形成皱皮，并且往往形成较大的内腔缝隙；
情况3：残留较厚的母材(不超过0.5mm)。
当出现第2种情况时，可以用工具去除，保证光滑过渡。
当出现第3种情况时，如果母材仍较薄，则用塞尺检查该处缝隙时，极容 易造成缝隙增大而超过0.15mm，导致超差，即使允许进行残留厚度母材的去除 处理，也可能导致其它相关的尺寸(如吊装面宽度10.4mm)超差，且由于母材 较厚，去除难度增加，还可能造成周边表面受损伤的情况。所以上管座皱皮现 象一直是上管座废品率较高的主要原因之一。
3)管座内壁不规则焊瘤。该堆型管座采用的核级0Cr18Ni10Ti不锈钢，为 了控制夹杂物含量需要，杂质元素S、P含量极低，使原TIG焊接易导致所谓熔 深“易变性”问题，焊缝熔深不均。且会出现内壁不规则的焊瘤、皱皮、焊接 收缩率不均匀等问题，难以通过后续机加方式完全去除，生产效率较为低下。 需采用新的焊接方法，提高产品质量和生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无定位台上管座组装焊接方法，它能够解决上 管座焊接后管座各零件间内腔缝隙指标超标，内壁出现不规则的焊瘤、皱皮问 题，提高产品质量和生产效率，降低生产成本。
本发明的技术方案如下：一种无定位台上管座组装焊接方法，包括如下步 骤：
步骤1：设计上管座无定位台结构形式；
步骤2：制定组装TIG点焊焊接过程；
步骤3：制定电子束固定点焊过程；
步骤4：制定电子束扫描焊接过程；
步骤5：制定缺陷返修方法；
步骤6：手工TIG补焊返修。
所述的步骤1包括为将上管座各零件间均采用无定位台结构。
所述的步骤2包括各零件间无定位台基准，先将所有零件用组装夹具组装， 用TIG焊接方法将零件固定，确保各零件间定位精准。
所述的步骤2包括每两个上围板之间接缝处点焊二点；上围板与上框板、 上围板与上连接板的每个接缝处应点焊三点，先点焊两个上围板，再点焊上连 接板与上围板，再点焊上框板与上围板。
所述的步骤2中上管座组装TIG点焊参数如下：保护气体：高纯氩；气体 流量：7～9L/min；电极：铈钨丝；直径：Φ2.0mm；喷嘴直径：Φ8mm；电源 极性：直流正接焊接；电流：50～100A。
所述的步骤3中，使用正常焊接束流的1/3左右的束流进行电子束固定点焊， 每条焊缝均匀焊接3-4个点焊定位段，每个定位段焊接长度20～30mm。
所述的步骤4中，将电子束下束起始位置、结束位置均设计在产品焊缝以 外的位置，以确保焊缝质量。
所述的步骤5中，电子束补焊返修：焊接过程中出现焊缝中断或其他故障， 立即停止焊接；待故障排除后检查中断位置焊缝外观，清除焊接缺陷并清洁处 理，用TIG加丝补焊中断位置，然后对中断位置进行覆盖焊接，焊接过程中出 现焊缝偏移，对该焊缝进行补焊。
所述的步骤6中，当焊缝局部出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷 时，对焊缝局部进行手工TIG补焊返修。
所述的步骤6中，对深度小于0.5mm，直径小于0.4mm的表面圆状缺陷， 清洗干净后直接返修。
本发明的有益效果在于：它能够解决管座焊接后管座内壁不规则的焊瘤、 皱皮、管座内腔未焊合内腔缝隙等问题，同时解决原专项TIG焊接后焊缝熔深 “易变性”问题，控制焊接变形，提高后续机械加工精度，提高了生产效率和 产品制造质量。上管座焊接接头采用无定位台接头形式(即无锁底齐平对接接 头形式)，成功解决上管座焊后内腔未焊合内腔缝隙问题，提升管座成品率。解 决原TIG焊接后焊缝熔深“易变性”问题，电子束焊接的焊缝熔深均匀稳定， 接头强度和塑性均优于TIG焊缝。电子束焊接后焊缝宽度窄，平滑美观，工件 表面基本保持母材原始状态，提升上管座焊后外观质量，且解决原TIG焊接后 管座内壁不规则的焊瘤、皱皮等问题。电子束焊接后，减少上管座焊接变形， 从而降低管座后续机械加工难度，大幅提高后续机械加工精度和生产效率。
附图说明
图1为上管座结构示意图；
图2为带定位台结构(齐平锁底对接接头)示意图；
图3为无定位台结构(无锁底齐平对接接头)示意图；
图4为上框板背面板簧槽段示意图；
图5为上管座组装TIG点焊及焊接顺序示意图；
图6为上管座电子束固定点焊及焊接顺序示意图；
图7为图4的B-B视图。
图中，1上连接板，2上围板，3上框板，4焊缝，5TIG焊点，6电子束固 定点焊定位段，7上连接板试样，8上围板试样，9板弹簧槽，a未焊合缝隙位 置，b定位尺寸，c板簧槽段剩余厚度。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种无定位台上管座组装焊接方法，设计新型组装定位结构方式， 采用无定位台(无锁底齐平接头)结构形式，但管座结果复杂，零件多而散， 增大组装定位难度。制定新的焊接工艺方法。焊接方法为：组装TIG点焊+电子 束固定点焊+电子束扫描焊接及补焊+必要时缺陷手工补焊。
一种无定位台上管座组装焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：设计上管座无定位台结构形式
为彻底解决管座焊接后内腔缝隙超标、板簧槽段皱皮问题，将上管座各零 件间均采用无定位台结构(即：无锁底齐平对接接头)设计。如图3所示。该 接头形式可避免焊后留下未焊合的缝隙，同时提高焊接接头强度。
步骤2：制定组装TIG点焊焊接过程
各零件间无定位台基准，先将所有零件用组装夹具组装，用TIG焊接方法 将零件固定，确保各零件间定位精准。
每个上围板2与上围板2接缝处点焊二点；上围板2与上框板3、上围板2 与上连接板1的每个接缝处应点焊三点。先点焊上围板2与上围板2，再点焊上 连接板1与上围板2，再点焊上框板3与上围板2。所有TIG焊点5在整条焊缝 上均布，点焊顺序按图示标识依次为(1)→(2)→(3)→(4)→(5)→(6) →(7)→(8)→(9)→(10)→(11)→(12)，为控制焊接变形，焊接顺 序采用合理的对称焊接顺序进行。上管座组装TIG点焊及焊接顺序如图5所示。上管座组装TIG点焊参数如下：保护气体：高纯氩；气体流量：7～9L/min；电 极：铈钨丝；直径：Φ2.0mm；喷嘴直径：Φ8mm；电源极性：直流正接焊接； 电流：50～100A。
步骤3：制定电子束固定点焊过程
电子束固定点焊是控制焊接预变形的有效措施之一，也是节约装夹时间和 经费的有效措施。使用正常焊接束流的1/3左右的束流进行电子束固定点焊，每 条焊缝均匀焊接3-4个点焊定位段6，每个定位段焊接长度20～30(mm)。电子束 固定点焊顺序按图示标识依次为(1)→(2)→(3)→(4)→(5)→(6) →(7)→(8)→(9)→(10)→(11)→(12)。上管座电子束固定点焊及 焊接顺序如图6所示。
步骤4：制定电子束扫描焊接过程
为确保整条焊缝焊接熔深符合要求，将电子束下束起始位置、结束位置均 设计在产品焊缝以外的位置，以确保焊缝质量。采用电子束小幅圆形扫描形式 焊接(及扫描波形为双余弦波形COS_COS 90°)，可以加宽焊缝，降低熔池冷却 速度，在一定程度上消除和减少熔透不均等焊接缺陷。
电子束焊接顺序与电子束固定点焊顺序一致，按图5所示标识依次为(1) →(2)→(3)→(4)→(5)→(6)→(7)→(8)→(9)→(10)→(11) →(12)。上管座电子束固定点焊及焊接参数如下表1所示。
表1上管座电子束固定点焊及焊接参数表
步骤5：制定缺陷返修方法
电子束补焊返修：焊接过程中出现焊缝中断或其他故障，立即停止焊接； 待故障排除后检查中断位置焊缝外观，清除焊接缺陷并清洁处理(必要时可用锉 刀或砂轮打磨,再用丙酮或无水乙醇擦净，用TIG加丝补焊中断位置，然后对中 断位置进行覆盖焊接。焊接过程中出现焊缝偏移，对该焊缝进行补焊。
步骤6：手工TIG补焊返修
当焊缝局部出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷时，对焊缝局部进 行手工TIG补焊返修。对深度小于0.5mm，直径小于0.4mm的表面圆状缺陷， 可清洗干净后直接返修。其余缺陷返修前，应对缺陷区域采用机械去除方法彻 底清除可能的缺陷，要求已去除缺陷部位光滑无毛刺，机械去除后的开口尺寸 ≥Φ6mm，深度至少1mm。彻底清洗待返修部位，保证无油污、残留水渍、铁屑 及其它异物。
本发明的具体实施如下所述：
(1)将所有零件(1个上连接板1、4个围板2、1个上框板3)用组装夹 具组装完毕，确保各零件间定位精准。
(2)每个上围板2与上围板2接缝处点焊二点；上围板2与上框板3、上 围板2与上连接板1的每个接缝处应点焊三点。先点焊上围板2与上围板2，再 点焊上连接板1与上围板2，再点焊上框板3与上围板2。所有TIG焊点5在整 条焊缝上均布，点焊顺序按图示标识依次为(1)→(2)→(3)→(4)→(5) →(6)→(7)→(8)→(9)→(10)→(11)→(12)，上管座组装TIG点 焊及焊接顺序如图4所示。
(3)点焊完毕后，将上管座从组装夹具中取出，用不锈钢丝刷去除焊点氧 化色。
(4)将组装点焊好的上管座放入电子束焊接夹具中并固定，按图5上管座 电子束固定点焊及焊接顺序进行上管座电子束固定点焊。焊接顺序：上围板2 与上围板2焊接：(1)→(2)→(3)→(4)；上围板2与上连接1焊接：(5) →(6)→(7)→(8)；上围板2与上框板3焊接：(9)→(10)→(11)→ (12)。
(5)按图5上管座电子束固定点焊及焊接顺序进行上管座电子束焊接。
(6)电子束焊接完毕后，将上管座从电子束焊接夹具中取出。
Claims (10)
1.一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：设计上管座无定位台结构形式；
步骤2：制定组装TIG点焊焊接过程；
步骤3：制定电子束固定点焊过程；
步骤4：制定电子束扫描焊接过程；
步骤5：制定缺陷返修方法；
步骤6：手工TIG补焊返修。
2.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤1包括为将上管座各零件间均采用无定位台结构。
3.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤2包括各零件间无定位台基准，先将所有零件用组装夹具组装，用TIG焊接方法将零件固定，确保各零件间定位精准。
4.如权利要求3所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤2包括每两个上围板之间接缝处点焊二点；上围板与上框板、上围板与上连接板的每个接缝处应点焊三点，先点焊两个上围板，再点焊上连接板与上围板，再点焊上框板与上围板。
5.如权利要求3所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤2中上管座组装TIG点焊参数如下：保护气体：高纯氩；气体流量：7～9L/min；电极：铈钨丝；直径：Φ2.0mm；喷嘴直径：Φ8mm；电源极性：直流正接焊接；电流：50～100A。
6.如权利要求3所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤3中，使用正常焊接束流的1/3左右的束流进行电子束固定点焊，每条焊缝均匀焊接3-4个点焊定位段，每个定位段焊接长度20～30mm。
7.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤4中，将电子束下束起始位置、结束位置均设计在产品焊缝以外的位置，以确保焊缝质量。
8.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤5中，电子束补焊返修：焊接过程中出现焊缝中断或其他故障，立即停止焊接；待故障排除后检查中断位置焊缝外观，清除焊接缺陷并清洁处理，用TIG加丝补焊中断位置，然后对中断位置进行覆盖焊接，焊接过程中出现焊缝偏移，对该焊缝进行补焊。
9.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤6中，当焊缝局部出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷时，对焊缝局部进行手工TIG补焊返修。
10.如权利要求1所述的一种无定位台上管座组装焊接方法，其特征在于：所述的步骤6中，对深度小于0.5mm，直径小于0.4mm的表面圆状缺陷，清洗干净后直接返修。
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