本發明涉及鍋爐壓力容器制造領域，尤其涉及在大直徑厚壁容器的殼體的開孔結構設計和開孔方法。

背景技術：

隨著技術進步及新材料、新工藝的應用，鍋爐壓力容器產品的使用工況越來越趨向選用高參數，設計壓力、設計溫度越來越高，設備直徑也越來越大，導致容器（汽包）的殼體也相應加厚。大直徑厚壁容器例如汽包等的殼體上總焊接有將容器內部與外部管線連通的接管，所有接管都通過在容器的殼體上開孔、焊接在殼體上來實現連通的功能。

目前，在大直徑厚壁容器的殼體上開孔都是采用兩段式的開孔結構。在這種結構型式中，先加工出一段直孔，然后以順延直孔的形式按一定的傾斜角加工錐形孔直至連通殼體內部。

采用這種結構型式在焊接接管時，因為錐形孔較長，導致殼體內部因開孔切削加工區域過大。焊接接管時需要將已去除的部分重新用堆焊補全，從而導致焊接的工作量非常大。而在焊接接管時，堆焊補全區域容易產生焊接缺陷，堆焊后無損檢測的區域大，且接管焊接時容易變形。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供在大直徑厚壁容器的殼體上的一種開孔結構，以減少焊接工作量，并減少焊接缺陷產生的幾率和無損檢測區域。

本發明是通過以下技術方案實現的：

在大直徑厚壁容器的殼體上的開孔結構，所述開孔結構分三段，包括依次相連的第一段直孔、第二段錐形孔和第三段直孔；所述第一段直孔連通所述殼體的外部；所述第二段錐形孔兩端分別為大端和小端，所述小端連接所述第一段直孔，所述大端連接所述第三段直孔；所述第三段直孔連通所述殼體的內部。

本發明結構與現有技術相比具有以下的有益效果：

本發明優化了開孔的結構型式，采用三段式的開孔結構，在第二錐形孔的末端設置第三直孔，使得開孔切削加工區域大大減少，從而減少了堆焊工作量和無損檢測區域，并減少了焊接缺陷產生的幾率。總體上大大提高焊接質量和降低制造成本。

本發明的一個優選方案，其中，所述第二段錐形孔的母線與垂線的夾角為45°。采用傾斜角度45°，可以保證焊接時焊條可以伸入到焊接坡口底部，從而在焊接坡口底部形成良好的焊接熔融區域，保證坡口底部可以充分焊透，避免了焊接缺陷的產生。如果傾斜角度過大，則焊接坡口焊條熔融區域加大，焊接工作量相應加大，導致制造成本增加。如果傾斜角度過小，則容易導致焊接坡口底部不易焊透，導致焊接缺陷產生。

本發明的一個優選方案，其中，所述第一段直孔的孔深度最少處為2mm。這樣可以保證整個焊接坡口在焊接時熔融區域內的焊液不漏出，同時2mm的直邊又最終可以熔入到焊液內，保證了焊接全焊透。如果直邊過大，則坡口直邊不易熔到焊液內，從而導致出現焊接缺陷。

本發明的一個優選方案，其中，所述第二段錐形孔的母線的長度=（r*cosα-(r+2)）/cos45°，其中α為開孔夾角的角度，所述r為殼體外半徑；所述r為殼體內半徑。計算出的錐形孔的母線長度是以保證焊接坡口最適合焊接、經濟性最合理為基礎。

本發明的一個優選方案，其中，所述第一段直孔、第二段錐形孔和第三段直孔均采用鏜削加工。三段孔均采用鏜削加工，可以在不改變加工工位的情況下一次性完成所有加工工作，節約了加工工時，降低了加工成本。

在大直徑厚壁容器的殼體上開焊接孔的開孔方法，包括以下步驟：

1）根據焊接孔開孔直徑d、殼體內半徑r、殼體外半徑r，計算出開孔夾角角度α=arcsin(d/(2*r)；

2）根據計算出的夾角角度α，得出優化的錐形孔的母線的長度=（r*cosα-(r+2)）/cosβ，所述β為錐形孔的母線與垂線的夾角；

3）第一段直孔的加工：先鏜削加工出焊接孔開孔的第一段直孔，所述第一段直孔的孔深度最少處為2mm；

4）第二段錐形孔的加工：以錐形孔的母線與垂線的夾角鏜削加工焊接孔開孔，直到鏜刀加工出的第二段錐形孔的母線長度為所述優化后的第二段錐形孔母線長度；

5）第三段直孔的加工：繼續鏜削加工與第二段錐形孔的末端相連的第三段直孔；所述第三段直孔的加工直到鏜刀完全走出、不再鏜削加工為止；

所述鏜削加工采用單刃鏜刀，刀頭裝在刀桿中，根據被加工孔的大小，通過橫向走刀將第一段直孔和第三段直孔加工到所需尺寸；通過橫向+縱向走刀，加工出所需尺寸的所述第二段錐形孔。

本發明方法與現有技術相比具有以下的有益效果：

本發明將開孔結構分為三段：第一段直孔、第二段錐形孔和第三段直孔。先對錐形孔母線長度做優化，得出不影響焊接效果的最短母線長度。在確保焊接質量的前提下使得開孔切削加工區域盡可能的減少，從而最大程度的減少了堆焊工作量和無損檢測區域，并減少了焊接缺陷產生的幾率。第一段直孔的孔深度最少處為2mm可以保證整個焊接坡口在焊接時熔融區域內的焊液不漏出，同時2mm的直邊又最終可以熔入到焊液內，保證了焊接全焊透。如果直邊過大，則坡口直邊不易熔到焊液內，從而導致出現焊接缺陷。單刃鏜刀結構簡單，可以校正原有孔軸線偏斜和小的位置偏差，適應性較廣。三段開孔采用順延的加工方式，加工一步到位，不需要停機減少了不必要的步驟。

本發明的一個優選方案，其中，所述2）步驟中第二段錐形孔的母線與垂線的夾角β為45°到50°。如果β角度過小，則容易導致焊接坡口底部不易焊透。45°到50°為適宜角度。

本發明所述的大直徑厚壁容器包括汽包。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為本發明接焊接接管后的結構示意圖；

圖2為本發明圖1中a-a剖視結構示意圖；

圖3為本發明圖2中未焊接接管的開孔結構示意圖；

圖4為本發明圖3中開孔結構局部放大圖。

附圖標記：第一段直孔1、第二段錐形孔2、第三段直孔3、殼體4、接管5、殼體外半徑r、殼體內半徑r、開孔夾角α、開孔直徑d。

具體實施方式

實施例1

如圖1、2、3和4所示的在大直徑厚壁容器的殼體上的開孔結構，開孔結構為環形開孔結構；開孔結構包括依次相連的第一段直孔1、第二段錐形孔2和第三段直孔3。第一段直孔1的長度最少處為2mm。第一段直孔1連通所述殼體4的外部。第二段錐形孔2兩端分別為大端和小端，小端連接第一段直孔1，大端連接第三段直孔3。第三段直孔3連通殼體4的內部。第二段錐形孔2的母線與垂線的夾角β為45°。第一段直孔1的孔深度最少處為2mm。

通過以下方式計算母線長度：

根據焊接孔開孔直徑d、殼體內半徑r、殼體外半徑r，計算出開孔夾角α的角度=arcsin(d/(2*r)。如圖3所示，對開孔結構的中心做殼體環形截面。環形截面中心點和開孔截面上開孔起點連線，和開孔結構的中心線的夾角即為開孔夾角α。

之后根據計算出的開孔夾角α角度，得出錐形孔的母線的長度=（r*cosα-(r+2)）/cos45°。如圖2、3和4所示，錐形孔的母線為過錐形孔的中心做錐形孔的剖面，形成一個梯形結構。梯形的腰的長度即為錐形孔的母線的長度。

第一段直孔1、第二段錐形孔2和第三段直孔3均采用鏜削加工。

圖2為采用本發明的開孔結構采用堆焊補全的方式焊接接管5后的示意圖。由此可知，相對于采用兩段式的開孔結構，三段式的開孔結構大大優化了開孔結構，減少了不必要的開孔加工切削區域。從而減少了堆焊工作量和無損檢測區域，并減少了焊接缺陷產生的幾率。總體上大大提高焊接質量和降低制造成本。

實施例2

將實施例1中第二段錐形孔2的母線與垂線的夾角β為45°替換為50°。從而計算出的錐形孔母線長度為（r*cosα-(r+2)）/cos50°。之后以鏜削加工的方式加工三段開孔。

以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發明的保護范圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。