本發(fā)明屬于鍋爐設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接方法和焊接工裝，尤其涉及通過設(shè)置預(yù)應(yīng)力以延長噴頭使用壽命的焊接方法和焊接工裝。

背景技術(shù)：

在鍋爐吹灰器行業(yè)中，吹灰槍管噴頭長期工作在高溫區(qū)。特別是折焰角吹灰器，噴頭長期暴露在1000℃高溫煙氣區(qū)，在不吹灰時噴頭溫度達到1000℃。當吹灰蒸汽高速流出噴嘴的快速冷卻作用，導(dǎo)致噴嘴與噴頭的焊縫周圍產(chǎn)生很大的冷熱應(yīng)力。這種應(yīng)力經(jīng)過多次的交替作用使噴嘴與噴頭焊縫及焊縫附近產(chǎn)生裂紋最后導(dǎo)致噴嘴脫落，如果不及時發(fā)現(xiàn)和更換，將會使鍋爐內(nèi)的換熱面吹壞，導(dǎo)致鍋爐事故發(fā)生。這種普通噴頭－般只能使用3個月左右。對電廠鍋爐的的正常運行影響很大，因此需要開發(fā)一種能夠減輕這種應(yīng)力的工藝來延長噴頭使用周期的噴頭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一為提供一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接方法，該方法通過設(shè)置預(yù)應(yīng)力使噴頭的使用壽命由3個月增加到一年以上；本發(fā)明的目的之二為提供了一種采用上述方法的焊接工裝，該工裝還具有焊接過程簡單、焊接效果符合使用要求等優(yōu)點。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接方法，該焊接方法包括：焊接前，將噴嘴定位在噴頭管上，將噴頭管預(yù)熱并同時通過向噴嘴通入空氣使噴嘴與噴頭管形成溫差；焊接過程中，將噴頭管與噴嘴分別保持在300-400℃和100-200℃，將噴嘴焊接在噴頭管上；焊接完成后，停止對噴頭管進行加熱，繼續(xù)向噴嘴通入空氣至噴頭管溫度降至100℃以下時停止，自然冷卻。

其中，本發(fā)明實施例中，在焊接過程中，保持噴頭管與噴嘴之間的溫差為150-200℃。

其中，在本發(fā)明實施例中，采用加熱器或火焰對噴頭管進行加熱，采用絲焊的方式對噴嘴和噴頭管進行焊接。

其中，本發(fā)明實施例中的鍋爐吹灰器噴頭包括噴頭管和對稱設(shè)于噴頭管頭部兩側(cè)的噴嘴，所述噴嘴的直徑為20-25mm，所述噴嘴的材質(zhì)為1cr25ni20，所述噴頭管的材質(zhì)為1cr25ni20或1cr18ni9ti。

其中，在本發(fā)明實施例中，向噴嘴通入空氣的流速為10m/s-25m/s。

具體地，本實施例提供的焊接方法包括：焊接前，將噴嘴定位在噴頭管上，將噴頭管預(yù)熱至300-400℃，同時通過向噴嘴通入空氣使噴嘴與噴頭管形成溫差，向噴嘴通入空氣的流速為10m/s-25m/s；焊接過程中，繼續(xù)對噴頭管進行加熱和向噴嘴通入空氣，將噴頭管與噴嘴分別保持在300-400℃和100-200℃，使噴頭管與噴嘴之間的溫差為150-200℃，將噴嘴焊接在噴頭管上；焊接完成后，停止對噴頭管進行加熱，繼續(xù)向噴嘴通入空氣至噴頭管溫度降至100℃以下時停止，自然冷卻。

另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接工裝，該焊接工裝包括加熱套6、進氣管3、出氣管4、噴嘴定位結(jié)構(gòu)5和空氣提供結(jié)構(gòu)，所述加熱套6套設(shè)在噴頭管1頭部且其兩側(cè)對應(yīng)噴嘴2的位置設(shè)有通孔10，所述噴嘴定位結(jié)構(gòu)5插設(shè)于噴頭管1中，兩個噴嘴2的內(nèi)端分別頂靠在噴嘴定位結(jié)構(gòu)5的兩側(cè)以實現(xiàn)焊接定位并通過噴嘴定位結(jié)構(gòu)5連通，所述進氣管3和出氣管4分別頂靠在兩個噴嘴2的外端且與噴嘴2、噴嘴定位結(jié)構(gòu)5共同組成空氣流通的通道，所述進氣管3通過管路與空氣提供結(jié)構(gòu)連接。

其中，本發(fā)明實施例中的加熱套6為形狀與噴頭管1頭部配合的管套結(jié)構(gòu)，所述進氣管3和出氣管4設(shè)于通孔10內(nèi)；所述噴嘴定位結(jié)構(gòu)5包括拆卸桿和固定在拆卸桿上的連通板，所述連通板設(shè)于噴頭管1頭部內(nèi)且其上設(shè)有與噴嘴2配合的通氣孔，兩噴嘴2的內(nèi)端分別頂靠在連通板上并通過通氣孔連通，所述拆卸桿沿噴頭管1設(shè)置并向外穿出；所述空氣提供結(jié)構(gòu)包括通過管路依次連接的空壓機、流量計7和調(diào)節(jié)閥8。

其中，本發(fā)明實施例中的連通板與噴嘴2的內(nèi)端之間設(shè)有耐熱墊片9，所述進氣管3和出氣管4與噴嘴2接觸的一端均設(shè)有密封墊圈。

進一步地，本發(fā)明實施例中的工裝還包括固定夾具，所述固定夾具能將進氣管3和出氣管4分別固定并壓緊在兩個噴嘴2上，且能固定噴嘴定位結(jié)構(gòu)5。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

本發(fā)明提供的方法的思路是通過預(yù)設(shè)的正應(yīng)力來抵消一部分負應(yīng)力，在噴嘴工作時產(chǎn)生的負應(yīng)力絕對植減少，使采用該焊接工藝的噴頭比普通工藝焊接的噴頭工作時的拉應(yīng)力的絕對值減少了540mpa左右,噴頭的使用壽命由3個月增加到一年以上。另外，本發(fā)明中預(yù)熱的溫度和溫差還綜合考慮了工作溫度、噴頭的特殊結(jié)構(gòu)與材質(zhì)和溫差變化等因素得到的，如噴頭管的管壁較薄，焊接溫度需保持在一定溫度下才能較好地焊接；如噴嘴不工作時，溫度大約為1000℃，而工作時噴嘴管用于安裝噴嘴的內(nèi)壁的溫度迅速降到600-700℃，則需要一定的預(yù)熱溫度才能達到延長壽命的效果；另外，預(yù)熱溫度不能太高，保證正負應(yīng)力變化在一定范圍內(nèi)，使應(yīng)力變化相對溫和。

附圖說明

圖1是鍋爐吹灰器噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是噴頭管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的焊接工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的焊接工裝的剖視圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的焊接工裝的部分結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖中：1噴頭管、2噴嘴、3進氣管、4出氣管、5噴嘴定位結(jié)構(gòu)、6加熱套、7流量計、8調(diào)節(jié)閥、9耐熱墊片、10通孔、11焊點。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

實施例1

本實施例提供了一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接方法，該方法包括：

焊接前，將噴嘴定位在噴頭管上，將噴頭管預(yù)熱并同時通過向噴嘴通入空氣使噴嘴與噴頭管形成溫差。焊接過程中，保持加熱和通氣狀態(tài)，將噴頭管與噴嘴分別保持在300-400℃和100-200℃，采用常規(guī)焊接方法將噴嘴焊接在噴頭管上；焊接完成后，停止對噴頭管進行加熱，繼續(xù)向噴嘴通入空氣至噴頭管溫度降至100℃以下時停止通氣，自然冷卻。

其中，在本發(fā)明實施例中，焊接過程中，保持噴頭管與噴嘴之間的溫差為150-200℃。

優(yōu)選地，焊接前，將噴頭管預(yù)熱至300-350℃并保持至焊接完成；焊接過程中，保持噴嘴的溫度為150-170℃并保持至焊接完成。

其中，在本發(fā)明實施例中，采用加熱器或火焰等方式對噴頭管進行加熱，采用壓縮空氣使噴嘴與噴頭管形成溫差，采用絲焊的方式或焊槽的方式等對噴嘴和噴頭管進行焊接。

其中，參見圖1和2，本發(fā)明實施例中的鍋爐吹灰器噴頭包括噴頭管1和對稱設(shè)于噴頭管1頭部兩側(cè)的噴嘴2，噴嘴2的直徑為20-35mm，如22.5mm或32mm，噴嘴2的材質(zhì)為1cr25ni20，噴頭管1的材質(zhì)為1cr25ni20或1cr18ni9ti等不銹鋼。進一步地，焊絲的直徑為1-3mm，材質(zhì)與噴頭管1和噴嘴2的材質(zhì)相同或相近。進一步地，本實施例提供的焊接方法用于焊接鍋爐折焰區(qū)（溫度變化大且頻繁）的吹灰器噴頭。

其中，在本發(fā)明實施例中，向噴嘴2（進氣管3）通入空氣的流速為10m/s-25m/s。

具體地，本實施例提供的焊接方法包括：

(1)焊接前，通過焊接工裝將噴嘴定位在噴頭管上，通過火焰或焊接工裝上的加熱套將噴頭管預(yù)熱至300-400℃，同時通過焊接工裝向噴嘴通入空氣使噴嘴與噴頭管形成溫差，向噴嘴通入空氣的流速為10m/s-25m/s。

(2)焊接過程中，繼續(xù)對噴頭管進行加熱和向噴嘴通入空氣，將噴頭管與噴嘴分別保持在300-400℃和100-200℃，使噴頭管與噴嘴之間的溫差為150-200℃，將噴嘴焊接在噴頭管上。

(3)焊接完成后，停止對噴頭管進行加熱，繼續(xù)向噴嘴通入空氣至噴頭管溫度降至100℃以下時停止通氣，自然冷卻，將噴頭從焊接工裝上取出。

該焊接方法是為了克服噴嘴高速噴出的蒸汽冷卻時產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力（設(shè)為負應(yīng)力），通過在噴頭焊接過程中預(yù)設(shè)置一種壓應(yīng)力（設(shè)為正應(yīng)力）來提高使用壽命，即通過在焊接過程中通過使噴頭管與噴嘴之間形成溫差的方式來產(chǎn)生正應(yīng)力。設(shè)噴頭管預(yù)熱并保持在300-400℃，在焊接過程中，通過通入冷空氣保持噴頭管用于安裝噴嘴的內(nèi)壁的溫度為100-200℃，使在焊接過程中噴頭管與噴嘴之間的溫差為150-200℃；焊接工序結(jié)束后噴嘴繼續(xù)保持空氣冷卻，噴頭管自然冷卻，當噴頭管冷卻到與噴嘴內(nèi)壁溫度接近或相同時，噴頭管由300-400℃高溫區(qū)向環(huán)境溫度低溫區(qū)收縮，此時噴嘴由100-200℃溫度向環(huán)境溫度低溫區(qū)收縮。根據(jù)虎克定律和熱應(yīng)力原理，由于噴頭管與噴嘴在焊接時存在溫差，焊接完成后，當噴頭管與噴嘴處于相同溫度時，噴頭管與噴嘴的收縮量或膨脹量的不同而產(chǎn)生應(yīng)力。在噴頭不工作時（溫度在1000℃左右），噴嘴與噴頭管之間的應(yīng)力為壓應(yīng)力（設(shè)為正應(yīng)力），理論應(yīng)力540mpa左右。當噴頭工作時，當噴嘴噴冷卻的蒸汽（蒸汽溫度400℃左右）吹灰時，由于蒸汽的高速流動使噴嘴管內(nèi)圈急速冷卻，當溫度減少150℃時，此時應(yīng)力非常小接近0；當再減少150℃時，應(yīng)力由壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力，此時理論拉應(yīng)力為540mpa(設(shè)為負應(yīng)力)左右。

本發(fā)明提供的方法的思路是通過預(yù)設(shè)的正應(yīng)力來抵消一部分負應(yīng)力，在噴嘴工作時產(chǎn)生的負應(yīng)力絕對植減少，因此采用噴頭預(yù)應(yīng)力焊接工藝的噴頭比普通工藝焊接的噴頭工作時的拉應(yīng)力的絕對值減少了540mpa左右,噴頭的使用壽命由3個月增加到一年以上。另外，本發(fā)明中預(yù)熱的溫度和溫差還綜合考慮了工作溫度、噴頭的特殊結(jié)構(gòu)與材質(zhì)和溫差變化等因素得到的，如噴頭管的管壁較薄，焊接溫度需保持在一定溫度下才能較好地焊接；如噴嘴不工作時，溫度大約為1000℃，而工作時噴嘴管內(nèi)壁的溫度迅速降到600-700℃，則需要一定的預(yù)熱溫度才能達到延長壽命的效果；另外，預(yù)熱溫度不能太高，保證正負應(yīng)力變化在一定范圍內(nèi)，是應(yīng)力變化相對溫和。

實施例2

參見圖1-5，本發(fā)明實施例提供了一種鍋爐吹灰器噴頭的焊接工裝，該焊接工裝包括加熱套6、進氣管3、出氣管4、噴嘴定位結(jié)構(gòu)5和空氣提供結(jié)構(gòu)等。加熱套6套設(shè)在噴頭管1頭部且其兩側(cè)對應(yīng)噴嘴2的位置設(shè)有通孔10，具體可以為u形管套結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有電加熱絲。該加熱套6將噴頭管1頭部及其上的噴嘴區(qū)域包覆并通過其上的通孔10將噴嘴2和焊點暴露出來。噴嘴定位結(jié)構(gòu)5插設(shè)于噴頭管1中，兩個噴嘴2的內(nèi)端分別頂靠在噴嘴定位結(jié)構(gòu)5的兩側(cè)將噴嘴2與噴頭管1按規(guī)定位置組合好以實現(xiàn)焊接定位，兩個噴嘴2通過噴嘴定位結(jié)構(gòu)5連通。進氣管3和出氣管4分別頂靠在兩個噴嘴2的外端且與噴嘴2、噴嘴定位結(jié)構(gòu)5共同組成空氣流通的通道，進氣管3通過管路與空氣提供結(jié)構(gòu)連接用于提供冷卻空氣；具體地，如圖3所述，進氣管3、噴嘴2、噴嘴定位結(jié)構(gòu)5、另一噴嘴2和出氣管4依次拼接組成空氣流通的通道。

其中，參見圖3-5，本發(fā)明實施例中的加熱套6為形狀與噴頭管1頭部配合的管套結(jié)構(gòu)，進氣管3和出氣管4分別設(shè)于加熱套6兩端的通孔10內(nèi)；進氣管3和出氣管4的內(nèi)徑與外徑均與噴嘴2的內(nèi)徑和外徑差不多，進氣管3和出氣管4最好為硬質(zhì)l形結(jié)構(gòu)以便于固定夾具將其壓設(shè)在噴嘴2上。通孔10直徑較進氣管3和出氣管4的直徑大且之間有一定間隙以便于焊接；具體地，通孔10圍繞進氣管3和出氣管4并將噴嘴2和焊點11暴露出來。噴嘴定位結(jié)構(gòu)5包括拆卸桿和固定在拆卸桿端部上的連通板，連通板的形狀與噴嘴2配合，其厚度要保證將噴嘴2定位在噴頭管1指定位置。其中，連通板設(shè)于噴頭管1頭部內(nèi)且其上設(shè)有與噴嘴2配合的通氣孔，通氣孔與進氣管3和出氣管4的內(nèi)徑差不多，通氣孔與進氣管3和出氣管4的內(nèi)孔對接構(gòu)成空氣流通的通道。兩噴嘴2的內(nèi)端分別頂靠在連通板的兩側(cè)并通過通氣孔連通，拆卸桿沿噴頭管1設(shè)置并向外穿出?？諝馓峁┙Y(jié)構(gòu)包括通過管路依次連接的空壓機、流量計7和調(diào)節(jié)閥8，調(diào)節(jié)閥8通過管路與進氣管3連接。

其中，參見圖3和4，本發(fā)明實施例中的連通板與噴嘴2的內(nèi)端之間設(shè)有耐熱墊片9，耐熱墊片9夾設(shè)在連通板與噴嘴2的內(nèi)端之間，以保證密封效果和便于拔出噴嘴定位結(jié)構(gòu)5。其中，進氣管3和出氣管4與噴嘴2接觸的一端均設(shè)有密封墊圈，密封墊圈固定在進氣管3和出氣管4上，用以保證密封效果。

進一步地，本發(fā)明實施例中的工裝還包括固定夾具，該固定夾具能將進氣管3和出氣管4分別固定并壓緊在兩個噴嘴2上，且能固定噴嘴定位結(jié)構(gòu)5。具體地，固定夾具可以為t形結(jié)構(gòu)，其三條臂上分別設(shè)有固定進氣管3、出氣管4和噴嘴定位結(jié)構(gòu)5的固定結(jié)構(gòu)，對應(yīng)進氣管3、出氣管4的兩條臂的端部還設(shè)有壓緊結(jié)構(gòu)，用于將進氣管3和出氣管4壓在噴嘴2上。

進一步地，本發(fā)明實施例中的焊接工裝還包括溫度檢測結(jié)構(gòu)用于檢測噴頭管1和噴嘴2的溫度，具體可以為紅外線溫度檢測儀。

下面結(jié)合圖1-5對本實施例提供的焊接工裝的工作過程進行說明：

焊接前：在噴頭管1內(nèi)放入噴嘴定位結(jié)構(gòu)5，在噴頭管1上放入兩噴嘴2，使噴嘴2的內(nèi)端頂靠（之間墊有耐熱墊片9）在噴嘴定位結(jié)構(gòu)5上且與噴嘴定位結(jié)構(gòu)5上的通氣孔對接，將噴嘴2定位到噴頭管1的指定位置上。將進氣管3、出氣管4分別頂靠在噴嘴2的外端，即在ab兩端壓緊，保持進氣管3、出氣管4、噴嘴2與噴嘴定位結(jié)構(gòu)5共同組成空氣流通的通道的暢通和密封；開啟加熱套6和空壓機，調(diào)整調(diào)節(jié)閥8使進氣管3中空氣的流速為10m/s-25m/s，使噴頭管1預(yù)熱至300-400℃，而噴嘴2內(nèi)由于通入了空氣溫度較噴頭管1低很多，噴頭管1與噴嘴2形成溫差，穩(wěn)定后進行焊接。焊接過程中：在通孔10中，采用常規(guī)焊接方法對噴嘴2和噴頭管1進行焊接，調(diào)整或不調(diào)整加熱套6的溫度和保持通氣量使噴頭管1和噴嘴2的溫度分別保持在300-400℃和100-200℃使噴頭管與噴嘴之間的溫差為100-200℃以形成正應(yīng)力。焊接完成后：關(guān)閉加熱套6，停止對噴頭管1進行加熱，保持進氣管3的通氣量使噴頭管1的溫度降至100℃以下時停止通氣，自然冷卻至室溫，最后松開ab兩端并沿c向拔出噴嘴定位結(jié)構(gòu)5，取出噴頭。

本焊接工裝利用實施例1提供的焊接工藝焊接噴頭時，可使噴頭的使用壽命由3個月增加到一年以上，且焊接過程簡單、焊接效果符合使用要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。