用于大型设备空中组对焊接的卡具及其使用方法

摘要

本发明公开了一种用于大型设备空中组对焊接的卡具，包括卡具主体，其包括：受力背板；一对卡槽，沿所述受力背板的长度方向垂直设于所述受力背板的一个面上，且分别靠近所述受力背板两端；所述卡槽为三个侧面封闭、一个侧面敞开的立方柱状结构；每个所述卡槽上敞开的侧面相对的侧面上开设一容纳定位块的开口；本发明的卡具制作简单，使用方便，可广泛用于所有形式的大型设备空中组对，可实现快速组对并可方便的调整，提高组对精度，且因其本身强度及刚度足以支承上部设备重量，从而极大的改善空中组对接口在焊接、热处理时受力状态，减小焊接应力和变形，提高焊接质量。

权利要求

1.一种用于大型设备空中组对焊接的卡具，其特征在于，包括卡具主体，其包括：受力背板；

一对卡槽，沿所述受力背板的长度方向垂直设于所述受力背板的一个面上，且分别靠近所述受力背板两端；所述卡槽为三个侧面封闭、一个侧面敞开的立方柱状结构；每个所述卡槽上敞开的侧面相对的侧面上开设一容纳定位块的开口；

一对定位块，其与两个卡槽一一对应；一对所述定位块分别穿过与其对应的卡槽固定于待组对焊接的两个设备的侧壁上；

所述定位块表面开设一容纳圆形楔的通孔；

所述卡槽的三个封闭侧面形成的空间内除去定位块的其余位置用方形楔卡固；

待组对焊接的两个设备在组对焊接之前，在两个设备彼此靠近的两端，沿其圆周方向分别焊接多个环状凸起，其彼此平行间隔；

所述受力背板远离所述卡槽的一个面上沿其长度方向间隔平行设置多个卡设组，每个卡设组包括两个彼此平行的条状凸条，其二者中间形成一容纳待组对焊接设备的环状凸起的凹槽；

所述凹槽的数量是一个待组对焊接设备的环状凸起数量的2倍。

2.一种权利要求1所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、分别将多对卡槽分别焊接在多个受力背板表面，形成多个卡具主体；

步骤二、在待组对焊接的两个设备彼此靠近的两端上分别间隔焊接多对定位块，对于其中任意一个设备，其上的多个定位块环绕所述设备的外壁一圈；多个所述卡具主体与多个定位块一一对应；

步骤三、一一对应的将卡具主体卡放于一对定位块上，其中，卡具主体的卡槽上的两个开口分别卡设在一对定位块外部；

步骤四、根据组对偏差情况，通过调整相应位置圆形楔子和方形楔子插入量调整组对偏差值，直至精确组对完成，再将所述卡槽的三个封闭侧面形成的空间内除去定位块的其余位置填充固定，直至精确组对完成，焊接两个设备彼此靠近的一端；

步骤五、焊接完成，拆除定位块和卡具主体。

3.如权利要求2所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，其特征在于，将所述卡槽的三个封闭侧面形成的空间内除去定位块的其余位置填充固定，具体为采用方形楔填充固定。

4.如权利要求2所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，其特征在于，所述受力背板的侧边位于两个设备之间的部位向远离设备的方向凹陷，以远离所述设备。

说明书

用于大型设备空中组对焊接的卡具及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及大型设备空中组对领域。更具体地说，本发明涉及一种用于煤气化炉空中组对焊接的卡具。

背景技术

[0002] 化工行业生产装置中许多立式塔器、气化炉、加热炉等设备，由于运输吊装等条件限制，很多分段到货，需要在现场空中对接。这类焊口一般具有作业空间窄、焊缝所承受的
上部设备重量大、接口焊缝材质特殊、直径壁厚大、焊接质量要求高、多数需进行焊前预热
及焊后热处理等等特点。例如，在惠州炼化二期工程中，气化炉及热通道系统设备为煤气化
单元核心设备，共3套，单套热通道系统中需现场空中对接焊接为整体的设备依次为气化
炉、气化炉过渡段、停留罐、停留过渡段余热锅炉，均为异形大型设备，全部安装在 57m高的
钢结构框架中，需分段制造，现场空中对接六道焊缝焊接成型，其中4道位于 47米高空。现
场最大对接焊口直径2400mm,厚度68mm,其设备用钢板为钢厂专门定制，均需进行焊前预
热、焊后消氢及热处理。最大对接弯头(气化炉过渡段)中心跨度11600mm，最大单钩起吊重
量达520吨。单套热通道设备总重达1200T。

[0003] 由于设备空中接口处焊缝所承受的上部设备重量大、接口焊缝材质特殊、直径壁厚大、焊接质量要求高、焊前预热及焊后消氢、热处理温度高，其空中组对精度控制及焊接
质量保证难度较大。如果根据以往施工经验和普通压力容器组对方法，需要多种组对卡具，
大吊车配合直到定位焊接完成。

发明内容

[0004] 本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

[0005] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于大型设备空中组对焊接的卡具，包括卡具主体，其包括：

[0006] 受力背板；

[0007] 一对卡槽，沿所述受力背板的长度方向垂直设于所述受力背板的一个面上，且分别靠近所述受力背板两端；所述卡槽为三个侧面封闭、一个侧面敞开的立方柱状结构；每个
所述卡槽上敞开的侧面相对的侧面上开设一容纳定位块的开口。

[0008] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，一对定位块，其与两个卡槽一一对应；一对所述定位块分别穿过与其对应的卡槽固定于待组对焊接的两个设备的侧壁
上。

[0009] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，所述定位块表面开设一容纳圆形楔的通孔。

[0010] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，所述卡槽的开口除去定位块的其余位置用方形楔卡固。

[0011] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，待组对焊接的两个设备在组对焊接之前，在两个设备彼此靠近的两端，沿其圆周方向分别焊接多个环状凸起，其彼此
平行间隔；

[0012] 所述受力背板远离所述卡槽的一个面上沿其长度方向间隔平行设置多个卡设组，每个卡设组包括两个彼此平行的条状凸条，其二者中间形成一容纳待组对焊接设备的环状
凸起的凹槽；

[0013] 所述凹槽的数量是一个待组对焊接设备的环状凸起数量的2倍。

[0014] 一种用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，包括以下步骤：

[0015] 步骤一、分别将多对卡槽分别焊接在多个受力背板表面，形成多个卡具主体；

[0016] 步骤二、在待组对焊接的两个设备彼此靠近的两端上分别间隔焊接多对定位块，对于其中任意一个设备，其上的多个定位块环绕所述设备的外壁一圈；多个所述卡具主体
与多个定位块一一对应；

[0017] 步骤三、一一对应的将卡具主体卡放于一对定位块上，其中，卡具主体的卡槽上的两个开口分别卡设在一对定位块外部；

[0018] 步骤四、根据组对偏差情况，通过调整相应位置圆形楔子和方形楔子插入量调整组对偏差值，直至精确组对完成，再将所述卡槽的三个封闭侧面形成的空间内除去定位块
的其余位置填充固定，直至精确组对完成，焊接两个设备彼此靠近的一端；

[0019] 步骤五、焊接完成，拆除定位块和卡具主体。

[0020] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，将卡槽上的开口内除去定位块的其余位置填充固定，具体为采用方形楔填充固定。

[0021] 优选的是，所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，所述受力背板的侧边位于两个设备之间的部位向远离设备的方向凹陷，以远离所述设备。

[0022] 本发明至少包括以下有益效果：制作简单，使用方便，可广泛用于所有形式的大型设备空中组对，可实现快速组对并可方便的调整，提高组对精度，且因其本身强度及刚度足
以支承上部设备重量，从而极大的改善空中组对接口在焊接、热处理时受力状态，，减小焊
接应力和变形，提高焊接质量。

[0023] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

[0024] 图1为本发明的卡具安装使用的截面结构示意图；

[0025] 图2为本发明的卡具的整体结构示意图；

[0026] 图3为本发明的受力背板上的条状凸条与设备上的环状凸起之间的拼接示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0028] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵
向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，
并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因
此不能理解为对本发明的限制。

[0029] 如图1-3所示，本发明提供一种用于大型设备空中组对焊接的卡具，包括卡具主体，其包括：

[0030] 受力背板1；

[0031] 一对卡槽2，沿所述受力背板1的长度方向垂直设于所述受力背板1的一个面上，且分别靠近所述受力背板1两端；所述卡槽2为三个侧面封闭、一个侧面敞开的立方柱状结构；
每个所述卡槽2上敞开的侧面相对的侧面上开设一容纳定位块的开口。

[0032] 还包括，一对定位块3，其与两个卡槽2一一对应；一对所述定位块3分别穿过与其对应的卡槽2固定于待组对焊接的两个设备5的侧壁上。

[0033] 所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，所述定位块3表面开设一容纳圆形楔4的通孔，该通孔处安装圆形楔4。

[0034] 所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，所述卡槽2的开口除去定位块3的其余位置用方形楔6卡固。

[0035] 本发明的卡具在使用过程中步骤包括：步骤一、分别将多对卡槽2分别焊接在多个受力背板表面，形成多个卡具主体；步骤二、在待组对焊接的两个设备5彼此靠近的两端上
分别间隔焊接多对定位块，对于其中任意一个设备5，其上的多个定位块3环绕所述设备 5
的外壁一圈；多个所述卡具主体与多个定位块一一对应；步骤三、一一对应的将卡具主体卡
放于一对定位块上，其中，卡具主体的卡槽上的两个开口分别卡设在一对定位块外部；步骤
四、根据组对偏差情况，通过调整相应位置圆形楔子和方形楔子插入量调整组对偏差值，直
至精确组对完成，再将卡槽2上的开口内除去定位块的其余位置填充固定，具体为采用方形
楔6填充固定，直至精确组对完成，焊接两个设备彼此靠近的一端；步骤五、焊接完成，拆除
定位块和卡具主体。实际使用时，先根据设备直径重量等参数，确定组对卡具数量，在设备
上划线在上下待组对设备上焊接定位块，吊装到位后安装卡具，用方形和圆形楔子固定并
调整组对精度。焊接完成后拆除。

[0036] 所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具，待组对焊接的两个设备5在组对焊接之前，在两个设备5彼此靠近的两端，沿其圆周方向分别焊接多个环状凸起510，其彼此平行
间隔；

[0037] 所述受力背板1远离所述卡槽2的一个面上沿其长度方向间隔平行设置多个卡设组，每个卡设组包括两个彼此平行的条状凸条110，其二者中间形成一容纳待组对焊接设备
的环状凸起510的凹槽；所述凹槽的数量是一个待组对焊接设备的环状凸起510数量的2倍。

[0038] 这样利用凹槽和环状凸起配合，可以实现卡具和设备的更稳定卡设。

[0039] 所述的用于大型设备空中组对焊接的卡具的使用方法，所述受力背板的侧边位于两个设备之间的部位向远离设备的方向凹陷，以远离所述设备，方便后续操作。

[0040] 制作或加工焊接成整体的背板及卡槽，定位块，调整圆楔子，调整用方楔子。背板用 20mm厚钢板切割而成，卡槽用10mm厚扁钢或钢板条煨制，定位块用20mm厚钢板切割加
工，圆形楔用圆钢加工，方形楔用厚钢板切割加工。

[0041] 设备吊装前在地面划设方位线，按背板及卡槽尺寸在上下两段设备本体内壁相应位置上焊接好所需数量的定位块(定位块材质应与设备本体材质相同或相近，如现场难以
得到相同材质原材料可用相适应的焊材先在设备本体堆焊隔离层)。焊接前定位块待焊侧
需加工坡口，并按焊接工艺要求进行预热、热处理。定位块以对接接口上下对称分布，数量
可根据上部设备重量、接口直径综合考虑，一般沿圆周间距600-800mm为宜。如上部设备重
量较大，可根据情况适当加宽加厚定位块，背板厚度及卡槽开口作相应调整。

[0042] 上下两节设备吊装就位后安装已焊接成整体的背板及卡槽，用调整圆楔子和方楔子精准组对固定并支承上部设备重量。用1号方形楔调整组对间隙，2号方形楔与圆形楔调
整接口同心度及错边量。

[0043] 组对合格后吊车试松钩，观察组对精度变化，及卡具受力情况，如合格则摘钩转入下一工序作业。

[0044] 设备吊装前在地面划设方位线，按背板及卡槽尺寸在上下两段设备本体内壁相应位置上焊接好所需数量的定位块(定位块材质应与设备本体材质相同或相近，如现场难以
得到相同材质原材料可用相适应的焊材先在设备本体堆焊隔离层)。焊接前定位块待焊侧
需加工坡口，并按焊接工艺要求进行预热、热处理。定位块以对接接口上下对称分布，数量
可根据上部设备重量、接口直径综合考虑，一般沿圆周间距600-800mm为宜。如上部设备重
量较大，可根据情况适当加宽加厚定位块，背板厚度及卡槽开口作相应调整。

[0045] 设备吊装前在地面完成上下两段设备本体内壁相应位置上焊接好所需数量的定位块，定位块焊接时可方便地在地面按焊接工艺要求进行预热、热处理，设备吊装就位后不
需再进行定位焊接，预热、焊接、热处理可连续进行，有利于提高焊接质量。

[0046] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。