CN101670498B - 限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺和工装，其工艺步骤包括：在球体上扩孔，孔口呈外大内小的倒圆台形，并修配孔口对接面角度与法兰盘对接面角度一致，使两者对接时其对接平面与球体表面切平面夹角为40°～70°；通过工装将法兰盘和球体对接，法兰盘对接面贴合于球体孔口对接面，局部对接间隙及错边不大于0.5mm。其工装结构，包括压于法兰盘端面上的压板、贴合球体内壁的垫板、连接固定压板和垫板的连接轴，以及下部连接于薄壁球体固定机构的支撑轴、与支撑轴上部连接的球头、球头上装配的用于支撑垫板的若干可伸缩支撑轴。本发明能限制零件整体变形及焊缝错边，保证自动焊接过程的稳定实现。

Description

限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺

技术领域

本发明涉及铝合金薄壁球体和法兰的焊接工艺和装置，尤其涉及一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺及其工装结构。

背景技术

铝合金薄壁球体和法兰的焊接由于受材料焊接性及结构方面的不利影响，焊接难度大，质量稳定性差，制约该类焊接结构的生产应用。实现铝合金薄壁球体与法兰的自动焊接，可提高焊接质量及稳定性，提高生产效率，而焊接工装的设计及焊接坡口的改进是焊接工艺改进的关键，是自动焊能否实现的基础。铝合金由于本身特有的材料特性，焊接变形大，同时焊缝中易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷。铝合金薄壁球体与法兰的焊接，受限于零件加工方式及焊接结构，一般采用手工氩弧焊接，焊接质量稳定性差，成品率低。通过普通3轴焊接专机，可以实现焊枪相对焊缝的自动运动，进而进行球体上法兰环缝的自动焊接，但焊缝质量无法保证。原因主要是球体与法兰在焊接热源作用下的变形量差异明显，现有工装难以对其有效限制，焊接过程中受热膨胀导致零件原有的装配关系破坏，焊接过程中的错边难以控制，同时整体焊接变形导致焊缝与自动焊枪距离明显变化，无法实现稳定的自动焊接。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种铝合金薄壁球体和法兰的焊接变形控制坡口工艺及其工装结构，限制零件整体变形及焊缝错边，保证自动焊接过程的稳定实现。

本发明的技术方案是：限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，包括以下步骤：

a、固定球体并在球体上扩孔，孔口呈外大内小的倒圆台形，并修配孔口对接面角度与法兰盘对接面角度一致，使两者对接时其对接平面与球体表面切平面夹角为40°～70°；

b、通过工装将法兰盘和球体对接，法兰盘对接面贴合于球体孔口对接面，局部对接间隙及错边不大于0.5mm。

限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的工装结构，包括球体固定机构，还包括位于球体外部压于法兰盘端面上的压板、位于球体内部贴合球体内壁的垫板、连接固定压板和垫板使两者夹紧对接的法兰盘和球体的连接轴，以及位于球体中心位置且下部连接于球体固定机构的支撑轴、与支撑轴上部连接的球头、球头上装配的用于支撑垫板的若干可伸缩支撑轴。

作为优选，所述各可伸缩支撑轴中心线与对应法兰盘中心线重合，与法兰盘端面垂直并相交于球头球心。

作为优选，所述可伸缩支撑轴通过插接于设于球头上的装配孔内与球头装配固定。

作为优选，所述可伸缩支撑轴由相套接的螺杆和螺杆套组成。

球体孔口外大内小的对接坡口结构，对法兰盘下移运动进行有效的机械限 制，同时球体孔口边由于受热膨胀导致的局部翘起又可受到法兰盘对接边的机械限制。

垫板贴合于球体内壁，压板作用于法兰盘端面，垫板与压板间连接轴的拉紧力将法兰盘压于球体上，对接面贴合紧密，限制其相互分离，最大限度地限制了焊接过程中焊缝对接间隙及错边的变化，保证了焊接过程的稳定。

内部支撑机构作用于焊接垫板，限制薄壁球体由于焊缝收缩所产生的局部内凹变形以及由此导致的法兰盘位置变化，保证了法兰盘与球体整体位置的相对固定，也保证了待焊部位与焊枪的相对位置，提高了自动稳定的焊接性。

本发明的有益效果是：明显抑制薄壁球体与法兰盘焊接过程中的焊接变形，限制焊缝对接间隙及错边恶化，提高球体和法兰盘之间、焊缝和焊枪之间的相对位置控制精度，提高焊接过程稳定性，显著提高钨极氩弧焊焊缝质量及部件整体成型质量。本发明不仅可应用于手工钨极氩弧焊，提高焊缝成型质量，尤其适用于采用机器人弧焊系统的自动钨极氩弧焊接，实现该类产品的自动焊接生产，提高产品质量及生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例的工装结构示意图；

图2为本发明实施例对接坡口的结构示意图；

图3为本发明实施例对接坡口的受力分析示意图。

具体实施方式

作为本发明的一种实施方式，如图1至图3所示，限制铝合金薄壁球体1 和法兰2焊接变形的坡口工艺，包括以下步骤：

a、铝合金薄壁球体1为中空结构，固定球体1并在球体1上扩孔，孔口101呈外大内小的倒圆台形，并修配孔口101对接面角度与法兰盘2对接面角度一致，使两者对接时其对接平面与球体1表面切平面夹角α为40°～70°；

b、通过工装将法兰盘2和球体1对接，法兰盘2对接面贴合于球体1孔口101对接面，局部对接间隙及错边不大于0.5mm。

普通对接坡口焊接中，焊缝间隙及错边会随焊接时间增长而逐步积累增大，形成恶化，无法稳定连续焊接；对其坡口进行改进，如图3所示，球体1孔口101外大内小的对接坡口结构，对法兰盘2下移运动进行有效的机械限制，同时球体1孔口101边由于受热膨胀导致的局部翘起又可受到法兰盘2对接边的机械限制，其原因在于：普通对接坡口，在环焊缝平面上产生指向圆心的拉力F，拉力F在铅直方向上的分力F1会导致法兰盘2向球体1球心方向运动。虽然支撑轴及垫板可对该移动进行限制，但由于球面与垫板无法完全贴合，因此难以完全限位，同时球体孔口边受热局部膨胀，向外侧翘起，导致焊接过程中间隙及错边增大。普通对接坡口对以上变化趋势无法有效抑制，在焊接过程中，间隙及错边会随焊接时间增长而逐步积累增大，直至无法进行焊接。而本发明中改进的坡口工艺，如图3所示，可对分力F1导致的法兰盘下移运动进行有效的机械限制，同时球体孔口边由于受热膨胀导致的局部翘起又可以受到法兰盘对接边的机械限制，变形控制效果好。

如图1所示，限制铝合金薄壁球体1和法兰2焊接变形的工装结构，包括球体固定机构，还包括位于球体1外部压于法兰盘2端面上的压板3、位于球体1内部贴合球体1内壁的垫板4、连接固定压板3和垫板4使两者夹紧对接的法 兰盘2和球体1的连接轴5，以及位于球体1中心位置且下部连接于球体固定机构的支撑轴6、与支撑轴6上部连接的球头7、球头7上装配的用于支撑垫板4的若干可伸缩支撑轴。可伸缩支撑轴由相套接的螺杆8和螺杆套9组成，可旋动调节伸缩长度。

工作时，支撑轴6下部与固定球体的固定机构连接，上部与球头7连接，球头7上开有装配孔701，用以插接装配固定支撑垫板4的若干可伸缩支撑轴。装配孔701对称分布，保证施加于支撑轴6上的作用力平衡，装配孔701的数量根据法兰盘2数量及焊接顺序确定。装配孔701中心线与可伸缩支撑轴中心线重合，与对应法兰盘中心线重合，各中心线相交于球头7球心，且各可伸缩支撑轴中心线与对应法兰盘2端面垂直。可伸缩支撑轴支撑焊接垫板4，限制薄壁球体1由于焊缝收缩所产生的局部内凹变形以及由此导致的法兰盘2位置变化，限制垫板4、法兰盘2及其他连接件向球体1中心方向移动，保证了法兰盘2与球体1整体位置的相对固定，也保证了待焊部位与焊枪10的相对位置。垫板4贴合于球体1内壁，压板3作用于法兰盘2端面，垫板4与压板3间的拉紧力将法兰盘2压于球体1上，对接面贴合紧密，限制其相互分离，最大限度地限制了焊接过程中焊缝对接间隙及错边的变化，保证了焊接过程的稳定。焊接完成后旋动可伸缩支撑轴，使其与垫板4脱离，拆除可伸缩支撑轴后，再拆除焊接垫板4，完成焊接。

以上对本发明所提供的限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺和工装进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用 范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，其特征在于包括以下步骤：

a、固定球体并在球体上扩孔，孔口呈外大内小的倒圆台形，并修配孔口对接面角度与法兰盘对接面角度一致，使两者对接时其对接平面与球体表面切平面夹角为40°～70°；

b、通过工装将法兰盘和球体对接，法兰盘对接面贴合于球体孔口对接面，局部对接间隙及错边不大于0.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，其特征在于：所述工装结构，包括球体固定机构，还包括位于球体外部压于法兰盘端面上的压板、位于球体内部贴合球体内壁的垫板、连接固定压板和垫板使两者夹紧对接的法兰盘和球体的连接轴，以及位于球体中心位置且下部连接于球体固定机构的支撑轴、与支撑轴上部连接的球头、球头上装配的用于支撑垫板的若干可伸缩支撑轴。

3.根据权利要求2所述的一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，其特征在于：所述各可伸缩支撑轴中心线与对应法兰盘中心线重合，与法兰盘端面垂直并相交于球头球心。

4.根据权利要求2所述的一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，其特征在于：所述可伸缩支撑轴通过插接于设于球头上的装配孔内与球头装配固定。

5.根据权利要求2所述的一种限制铝合金薄壁球体和法兰焊接变形的坡口工艺，其特征在于：所述可伸缩支撑轴由相套接的螺杆和螺杆套组成。

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