[0001] 本发明属于管子管板堵管蒸汽发生器维修领域，特别涉及一种用于外伸式管子管板的堵头结构及焊接方法。

[0002] 核电蒸汽发生器、热交换器等设备中都存在管子管板焊接结构，产品制造或服役中存在管子管板堵管情况。一般情况下，在挖出管子管板的部分或全部原焊缝后，采用棒状或管状堵头，插入需要填堵的管子内部进行填丝手工氩弧焊。在产品制造过程中进行堵管上述方案执行难度较低，但是在服役中堵管焊接存在焊接空间受限、焊接位置为仰焊时焊接难度增加等问题，而且当堵管数量较多时，焊工劳动强度大，会由于人为因素产生焊接缺陷，难以保证焊接质量。同时，服役中的核电蒸汽发生器一侧具有放射性，长时间暴露在该放射性环境中会影响焊接技术工人的身体健康。

[0022] 以下将结合本发明实施例中的附图1～附图3，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

[0023] 需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

[0024] 需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0025] 如图1所示，图1为现有技术中外伸式管子管板焊接接头的示意图，以核电蒸汽发生器为例，核电蒸汽发生器中的管板1为不锈钢制成的钢板，起到固定管子2(本实施例中的管子2为换热管)以及密封介质的作用；所述管板1上开设有若干个通孔11，用于固定所述管子2；所述通孔11的直径略大于所述管子2的外径，使管子2能够从管板1的通孔11中穿入，之后通过焊接将管子2的外侧壁与管板1固定连接形成焊缝3。当管子管板焊接接头出现缺陷，即管子2内部存在泄露点或焊缝3被腐蚀存在介质泄露风险时，需要用到本发明提供的堵头结构对管子管板进行堵管焊接操作。

[0026] 如图2所示，本发明提供的用于外伸式管子管板的堵头结构，用于对管子管板进行堵管焊接，该堵头结构包括：堵头本体100，其为具有中空腔体的柱状管，且第一端101设有开口，第二端102为封闭端；熔化环200，其沿所述堵头本体100外侧壁的周向设置。在进行堵管焊接时，如图3(c)所示，所述堵头本体100插入所述管子2内，使所述封闭设置的第二端102位于所述管子2的内部，所述设有开口的第一端101外伸出所述管子2的管口一部分。进一步，当所述堵头本体100从管口插进所述管子2内时，所述熔化环200与所述管板1上的焊缝3接触，采用自动氩弧焊将熔化环200与管板1焊接连接，即实现了无需填丝进行堵管自动氩弧焊焊接的过程。

[0027] 其中，如图1和图3(c)所示，为了使堵头本体100能够插入所述管子2内的同时减少对管子2的内壁的摩擦，所述堵头本体100的外径φ1小于管子2的内径φ0；优选的，所述堵头本体100的外径φ1比管子2的内径φ0小0.25mm。进一步，δ0为管子2的壁厚，若管子2的管壁发生泄露，所述堵头本体100的侧壁厚度δ1和底壁厚度δ2以及熔化环的厚度δ3均大于等于管子2的壁厚δ0，才能够堵住管子2的泄露处，避免堵头本体100的壁厚过薄而再次产生损坏，进而达到更好的密封效果。

[0028] 在实际应用中，管子管板的焊缝高度存在最小值，在填充量一定的情况下，等腰三角形的焊缝形状最为稳定(如图1和图3(a)所示)，同时等腰三角形的焊缝形状可以避免相邻焊缝之间的搭接，进而防止在氦气检漏时无法分辨是哪个焊缝存在泄露的问题。在本发明实施例中，由于进行堵头焊接前需要去除焊缝3的顶部，去除焊缝3的顶部后的焊缝截面形状为梯形(如图3(b)所示)，为了使熔化环200与焊缝1通过焊接连接在一起时所形成的焊缝形状为等腰三角形，所述熔化环200的周向边缘设有切角β，所述切角β由熔化环200边缘沿所述熔化环200的径向向内倾斜形成，所述切角β范围为0～45°，该切角β的范围可以根据材料及焊接参数调整。

[0029] 进一步，所述熔化环200的外径φ2小于管子2的管口处焊缝3的外径，防止熔化环200大于所述焊缝3的部分融化后掉落在管板1上，进而与相邻焊缝搭接的问题；优选的，所述熔化环200的外径φ2比管子2的管口处焊缝3的外径小0～0.5mm(不包括0)，即所述熔化环200的外径φ2与管子2的管口处焊缝3的外径的差值范围不大于0.5mm。

[0030] 由于本发明采用自动氩弧焊进行自熔焊接，在该焊接过程需要用到机械胀枪进行定位胀紧，同时在焊接过程中焊枪的定位芯轴会伸入到堵头本体100的中空腔体内，作为可选实施例，所述堵头本体100的高度h的取值范围为55～100mm，且堵头本体100的中空腔体的高度为40～85mm，可以避免机械胀枪和焊枪无法伸入堵头本体100的问题。

[0031] 优选的，为了方便堵头本体100方便伸入至管子2内，所述堵头本体100的第二端102上的两个角设置为倒角γ，所述倒角γ在水平方向上的投影宽度C的取值范围为1～
2mm，倒角γ的取值范围为30～45°，上述参数可根据实际情况确定，本发明对此不作限定。

[0032] 本发明还提供一种采用如上实施例中所述的用于外伸式管子管板的堵头结构对管子管板进行堵管焊接的焊接方法，如图3所示，包括以下步骤：

[0033] S1、采用切削工具对需要堵管的目标管子2的管口21进行切削，使切削后的管口21的切削面满足要求；(即图3(a)～图3(b)的过程)

[0034] S2、装配所述堵头结构，将所述堵头本体100伸入管子2内，使堵头结构中的熔化环200的下表面与所述切削面贴合；(如图3(c)所示)

[0035] S3、采用机械胀枪4胀接堵头本体100，使所述堵头本体100的外侧壁与管子2的内壁贴合；(如图3(d)所示)

[0036] S4、采用自动氩弧焊进行自熔焊接，使熔化环200与所述切削面通过焊接连接，完成堵头本体100与目标管口21的堵头焊接。(如图3(e)所示)

[0037] 其中，如图3(b)所示，所述切削后的管口21的切削面由焊缝3围绕所述管子2的侧壁形成，且该切削面的截面形状为梯形。

[0038] 优选地，步骤S2中使用测量工具测量所述堵头结构中的熔化环200的下表面与切削面之间间隙，所述间隙高度小于0.1mm。

[0039] 其中，步骤S4采用自动氩弧焊进行自熔焊接对堵头本体100与切削后的管口21进行不加丝自动氩弧焊接前，需要对目标管口21及熔化环200的下表面进行清理，清理且切削面及边缘，应无水渍、无氧化物、无油污、无积渣和其他任何可能影响焊接质量的外来物质；之后将焊枪5的定位芯轴51插入堵头本体100的中空腔体内，利用定位芯轴51将焊枪5固定；
调节焊枪5的焊接棒52位置(本实施例采用钨棒作为焊接棒52)，使焊接棒52垂直于融化环
200的上表面，如图3(e)所示；最后按照设定好的焊接程序，将焊接棒52沿熔化环200周向进行不加焊丝单层单道自动氩弧焊接，其焊接位置为全位置焊或仰焊。

[0040] 综上所述，与技术相比，本发明所提供的用于外伸式管子管板的堵头结构及焊接方法，通过在所述堵头本体100的外侧壁环绕设置熔化环200，可以在无需填丝情况下，进行堵管自动氩弧焊焊接；同时将该熔化环200的周向边缘设置切角β，使熔化环200与切削后的焊缝3焊接后形成等腰三角形焊缝，提高焊接的稳定性；进一步，本发明的堵头结构的焊接方法可以在产品服役中满足不同焊接位置下的焊接，提高堵管效率及焊接质量稳定性，显著降低核级焊接技术工人的受照剂量水平。

[0041] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。