CN103418963A - 一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，包括：调整机构、上下相对设置的上支架和下支架、第一压板、第二压板、定心块和螺杆；上支架和下支架均包括夹头、支板和立柱；调整机构包括顶杆和顶板；夹头连接至支板中部，立柱连接至支板两端；第一压板连接至上支架的立柱；第二压板连接至下支架的立柱；定心块穿过上支架的支板部分设置在上支架的夹头内且分别与支板和夹头连接；螺杆与第一压板连接；顶杆的一端与第二压板连接；顶板连接至顶杆的另一端。本发明的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具具有定位精度高且有效控制焊接变形，减少贮箱壳体变形的优点。

Description

一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具
技术领域
本发明涉及金属连接领域，具体地，涉及一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具。
背景技术
球形贮箱壳体自动氩弧焊接是焊接技术领域中的重要难题，主要原因是焊接定位、变形难以控制。在焊接过程中必须使用焊接夹具增加贮箱的整体刚性，并准确定位焊缝，保证贮箱的焊接精度。焊接夹具本身必须有足够的刚度和精度，也必须有一定的调整装置，实现位置的精确调整。一般情况下，焊接夹具采用不同于贮箱本体的金属材料，自身重量较大，对于贮箱这类薄壁壳体件，自身形状精度不容易保证，如果再承受夹具的重量，变形将更难以控制，常规焊接夹具无法满足定位精度和变形最小化的要求，从而导致变形误差从装配到焊接逐步的放大化。
目前球形贮箱外径不小于φ300mm，连接环壁厚为2.0～7.0mm，贮箱上下壳体主体壁厚为1.5～4.5mm，对这种壳体尺寸的贮箱如果采用常规焊接夹具，由于贮箱本身刚度小，壳体存在变形，在焊接工装的装夹作用下，会把变形量进一步放大，不但无法进行定位装配，焊接后会导致局部变形而使产品报废。所以，设计一种专用的焊接夹具，能避开自身重量和加工精度的影响，就可以实现装配定位的精确化，焊接变形的可控化。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其能够满足球形贮箱装夹定位及自动氩弧焊接要求。
根据本发明的一个方面，提供一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，包括：调整机构、上下相对设置的上支架和下支架、第一压板、第二压板、定心块和螺杆；上支架和下支架均包括夹头、支板和立柱；调整机构包括顶杆和顶板；夹头连接至支板中部，立柱连接至支板两端；第一压板连接至上支架的立柱；第二压板连接至下支架的立柱；定心块穿过上支架的支板部分设置在上支架的夹头内且分别与支板和夹头连接；螺杆与第一压板连接；顶杆的一端与第二压板连接；顶板连接至顶杆的另一端。
优选地，还包括多个螺栓，夹头与支板、夹头与支板及定心块、支板与立柱、立柱与第一压板、以及立柱与第二压板之间均通过螺栓连接。
优选地，第一压板和第二压板均为具有内楔形面的压板。
优选地，第一压板的内楔形面的角度为3°～20°。
优选地，第二压板的内楔形面的角度为5°～25°。
优选地，第一压板和第二压板上均设置有螺纹孔，螺杆和顶杆上均设置有螺纹，顶螺杆与第一压板螺纹连接，顶杆和第二压板螺纹连接。
优选地，定心块的直径为φ45～φ120mm。
优选地，螺杆的长度为50～130mm，调节范围为0～30mm，调节精度为0.1～1mm。
优选地，顶板具有内楔形面，顶板的内楔形面的角度为3°～15°。
优选地，顶杆长度为100～250mm，调节范围为0～120mm，调节精度为0.1～10mm。
优选地，螺杆与球形贮箱上壳体的过渡段位置对应，顶板与球形贮箱下壳体的过渡段对应。
本发明的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具有效利用了贮箱壳体焊接接口与连接环之间存在一定区域的过渡段，设计了一种特殊的夹具，这种夹具一方面通过定心块确定贮箱壳体的径向和轴向位置，另一方面通过顶杆挤压顶板，实现了贮箱壳体径向位置的调节，调节顶杆和螺杆伸出的长度达到精确定位的目的。同时受压的顶板作用在壳体较薄的区域，也增加了贮箱壳体的整体刚性，可以有效控制焊接变形。
本发明的夹具利用顶板内楔形面保证夹具和贮箱壳体的紧密连接。通过调节顶杆使顶板压紧贮箱壳体又不压伤贮箱，与此同时也可以对焊接口圆度有一定程度的校正，这样有效的提高了贮箱壳体焊接处的刚性，在整个焊接过程也可以保证焊接处的变形在一定限度内。装配完成后，采用自动氩弧焊接形式，进一步减少贮箱壳体的变形。
综上所述，本发明的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具具有定位精度高且有效控制焊接变形，减少贮箱壳体变形的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具的结构示意图；
图2为螺杆与上壳体的连接关系示意图。
图中：1为夹头；2为支板；3为立柱；41为第一压板；42为第二压板；5为螺杆；6为顶板；7为顶杆；8为定心块；9为螺栓；10为法兰；11为上壳体；12为连接环；13为下壳体；14为过渡段。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请参阅图1，一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，包括：调整机构、上下相对设置的上支架和下支架、第一压板、第二压板、定心块和螺杆；上支架和下支架均包括夹头、支板和4个立柱；调整机构包括顶杆和顶板；夹头连接至支板中部，立柱连接至支板两端；第一压板连接至上支架的立柱；第二压板连接至下支架的立柱；定心块穿过上支架的支板部分设置在上支架的夹头内且分别与支板和夹头连接；螺杆与第一压板连接；顶杆的一端与第二压板连接；顶板连接至顶杆的另一端。
进一步地，本发明还包括多个螺栓，夹头与支板、夹头与支板及定心块、支板与立柱、立柱与第一压板、以及立柱与第二压板之间均通过螺栓连接。
进一步地，第一压板和第二压板均为具有内楔形面的压板，第一压板的内楔形面的角度为3°～20°，第二压板的内楔形面的角度为5°～25°。
进一步地，第一压板和第二压板上均设置有螺纹孔，螺杆和顶杆上均设置有螺纹，顶螺杆与第一压板螺纹连接，顶杆和第二压板螺纹连接。螺杆与球形贮箱上壳体的过渡段位置对应，顶板与球形贮箱下壳体的过渡段对应。
进一步地，定心块的直径为φ45～φ120mm；螺杆的长度为50～130mm，调节范围为0～30mm，调节精度为0.1～1mm。
进一步地，顶板具有内楔形面，顶板的内楔形面的角度为3°～15°；顶杆长度为100～250mm，调节范围为0～120mm，调节精度为0.1～10mm。
具体地，如图1所示，球形贮箱为铝合金贮箱，外径φ780mm，连接环12与上壳体11焊接处壁厚4.0mm，连接环12与下壳体13焊接处壁厚4.4mm，上、下壳体本体厚度3.2mm。采用自动氩弧焊接方式将贮箱上壳体11和下壳体13分别与连接环12两端焊接。上壳体11的前端均有一段过渡段14，该过渡区壁厚由3.2mm圆滑过渡到4.0mm，下壳体13的前端均有一段过渡段14，该过渡区壁厚由3.2mm圆滑过渡到4.4mm。
采用本发明的定位及变形控制夹具进行定位时，定心块8穿过支板2中部的孔，与上壳体11上端法兰10孔小间隙配合定位；顶板6与下壳体13的过渡段14对应，通过顶杆7作用紧紧贴合在下壳体13外表面；螺杆5与上壳体11的过渡段14对应，与连接环12外沿突出端接触，通过拉力或者压力调整连接环12与上壳体11的相对位置。
具体地，本实施例的定心块的直径为75mm。
第一压板41的内楔形面环状楔形面的倾斜角度可以示3°，12°或18°与上壳体11外形相吻合起到支撑固定上壳体11的作用，第二压板42的内楔形面环状楔形面的倾斜角度可以示5°，10°或20°与下壳体13外形相吻合起到支撑固定下壳体13的作用。
螺杆5采用挤压方式顶在连接环的外延突出面，与上壳体11的过渡段14对应，其长度在40～80mm，调节范围5～10mm，调节精度为0.1mm。
顶板6的内楔形面环状楔形面的倾斜角度可以示3°，5°，12°或15°与下壳体13的过渡段14外表面完全吻合，通过调节若干个顶杆7，例如4个，6个，8个，使顶板6与下壳体13的过渡段14紧密贴合；,顶杆7的长度在120～200mm，调节范围为20～60mm，调节精度为1mm。
本发明设计了一种特殊的夹具，它能满足球形贮箱壳体装配定位、精确调整要求，还能通过压紧力在一定程度上对壳体自身的圆度进行校正，同时又能在焊接过程中增加壳体局部刚度使焊缝处变形得到控制。从图2可以看出，在贮箱壳体与连接环12之间有一定长度的过渡段14，连接环12外表面中部有一圈外沿突出面，夹具通过此过渡区域作为接触面，通过调节螺栓5和顶杆7，实现了上、下壳体定位的精确调整。顶杆7对顶板6的挤压在校正圆度的同时也控制了焊接过程中焊缝处的变形，从而可以进行装配和自动氩弧焊，不仅定位准确也控制了整体焊接变形量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，包括：调整机构、上下相对设置的上支架和下支架、第一压板、第二压板、定心块和螺杆；所述上支架和下支架均包括夹头、支板和立柱；所述调整机构包括顶杆和顶板；所述夹头连接至所述支板中部，所述立柱连接至所述支板两端；所述第一压板连接至所述上支架的立柱；所述第二压板连接至所述下支架的立柱；所述定心块穿过所述上支架的支板部分设置在所述上支架的夹头内且分别与所述支板和夹头连接；所述螺杆与所述第一压板连接；所述顶杆的一端与所述第二压板连接；所述顶板连接至所述顶杆的另一端。
2.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，还包括多个螺栓，所述夹头与支板之间、夹头与支板及定心块之间、支板与立柱之间、立柱与第一压板之间、以及立柱与第二压板之间均通过所述螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述第一压板和第二压板均为具有内楔形面的压板。
4.根据权利要求3所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述第一压板的内楔形面的角度为3°～20°。
5.根据权利要求3所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述第二压板的内楔形面的角度为5°～25°。
6.根据权利要求3所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述第一压板和第二压板上均设置有螺纹孔，所述螺杆和顶杆上均设置有螺纹，所述顶螺杆与所述第一压板螺纹连接，所述顶杆和第二压板螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述定心块的直径为φ45～φ120mm。
8.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述螺杆的长度为50～130mm，调节范围为0～30mm，调节精度为0.1～1mm。
9.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述顶板具有内楔形面，所述顶板的内楔形面的角度为3°～15°。
10.根据权利要求1所述的球形贮箱壳体焊接定位及变形控制夹具，其特征在于，所述顶杆长度为100～250mm，调节范围为0～120mm，调节精度为0.1～10mm。
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