CN103769730B - 一种密闭容器环缝焊接工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭容器环缝焊接工装，设置了筒身夹具和端盖夹具以及一个平面滑块机构，平面滑块机构由若干以平面滑块作为连接件的部件构成，可依一定的运动轨迹在一个平面内向外扩张，并能同时与筒身夹具和端盖夹具配合作用将工件的筒身和端盖内外壁夹紧，平面滑块机构上设置有作用于工件内壁的内冷却块组件，各内冷却块的中间开有保护槽，多个连通保护气体的出气孔分布在保护槽内，筒身夹具和端盖夹具分别设有作用于工件外壁的外冷却块。本发明能避免常规环缝搭接焊中的缝隙腐蚀和焊缝过度氧化，质量性能优良、高效可靠，适用于各种形状的薄板密闭容器环缝对接结构的钨极氩弧焊接。

Description

一种密闭容器环缝焊接工装

所属技术领域

本发明涉及一种焊接工装，适用于密闭容器的环缝焊接，尤其适合于不锈钢薄板密闭容器的环缝焊接，属于焊接设备技术领域。

背景技术

不锈钢密闭容器的环缝焊接，特别是3mm以下薄板密闭容器的焊接，因为薄板自身拘束度小容易变形，且焊接对接接触端面小，所以很难实现环缝对接焊。另外，由于不锈钢导热系数小（约为普通低碳钢的1/3），而线性膨胀系数大，所以焊接温度变化较快时产生的热应力也比正常温度下存在的应力大得多，很容易出现焊接变形，当焊接更薄的板时（1mm以下）烧穿等严重缺陷更难以避免。

基于上述原因，在不锈钢薄板密闭容器的环缝焊接生产中会遇到两个普遍性的技术缺陷：（1）因为板材太薄和容易变形、烧穿，所以生产上都采用搭接接头形式实现环缝焊。但搭接接头会产生结构缝隙，造成钢材的缝隙腐蚀，降低焊接制品的使用寿命。（2）密闭容器的环缝焊接，特别是密闭容器的端盖和筒身段的焊接，很难实现焊缝背面的冷却和保护，从而导致环缝焊接接头成为整个容器的寿命短板。对于一些高端产品，如航空零部件，除了对产品寿命和安全性有专门的严苛标准外，还对焊缝的外观也有一定的要求。上述技术缺陷制约着航空零部件的稳定生产。

中国专利申请公布号CN102500884A于2012年6月20日公布了一种密闭圆柱容器钨极氩弧焊接设备，该设备由基座、设置在基座上的纵向导轨及导轨上的连杆机构（也称为伞状结构）、定位夹具以及定位座组成。连杆机构插入工件内，焊接时，纵向导轨上的连杆机构发挥作用，通过背面保护冷却块的同步滑动和定位夹具的配合可以实现密闭圆柱形容器端盖部分和筒身部分环缝的完全对接和正反面保护。此设备可以保证焊缝处的焊接质量，避免常规环缝搭接焊中的缝隙腐蚀和焊缝过度氧化，但同时也存在以下局限性：（1）此设备采用连杆机构驱动保护冷却块，仅适用于圆柱容器；（2）连杆机构及保护冷却块在插入工件时处于收缩状态，焊接前由收缩状态向外扩张，此时保护冷却块之间存在一定的间隙，无法形成一个闭合的背面保护。当焊接的板材较薄时，如小于1mm，保护块间隙处会产生较快的温度变化，导致板材穿；（3）连杆机构及保护冷却块插入工件，纵向导轨穿过端盖后与保护套连接，端盖上的开孔大小取决于纵向导轨的直径，当要求端盖的开孔小于纵向导轨直径时，此设备无法使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能避免常规环缝搭接焊中的缝隙腐蚀和焊缝过度氧化，质量性能优良、高效可靠，适用于各种形状的薄板密闭容器环缝对接结构的钨极氩弧焊接，以克服现有技术中的不足。本发明面向高端产品、兼容中低端产品加工。

本发明采用的技术方案是：一种密闭容器环缝焊接工装，与外部的焊枪系统、电源系统、保护气体系统连接，其特征在于：设置了筒身夹具和端盖夹具以及一个平面滑块机构；所述平面滑块机构由若干以平面滑块作为连接件的部件构成，可依一定的运动轨迹在一个平面内向外扩张，并能同时与筒身夹具和端盖夹具配合作用将工件的筒身和端盖内外壁夹紧；所述平面滑块机构上设置有作用于工件内壁的内冷却块组件，所述各内冷却块的中间开有保护槽，多个连通保护气体的出气孔分布在保护槽内；所述筒身夹具和端盖夹具分别设有作用于工件外壁的外冷却块。

所述平面滑块机构包括滑块基座、位于中央的凸轮、与凸轮横向直接接触的主动滑块、与凸轮纵向直接接触的主动滑块、位于四个角的被动滑块以及内冷却块组件，每个被动滑块伸出两端分别与相邻的主动滑块以斜面滑块方式连接，凸轮连接并安装在滑块基座上，各主动滑块与被动滑块安装在滑块基座的滑槽内，在各主动滑块与被动滑块的外表上安装内冷却块，从而在外围形成内冷却块组件。当焊接工件套在平面滑块机构上，旋转凸轮时，凸轮曲面驱动主动滑块向外扩张，主动滑块运动过程中其斜面与被动滑块斜面摩擦，带动被动滑块向外扩张，当运动过程完成后，主动滑块与被动滑块上的内冷却块组件形成一个与焊接工件内尺寸完全相同的保护面。

所述滑块基座四个角落的底部设有保护气的进气孔，滑块基座的顶部设有四个气槽与进气孔相通，主动滑块与被动滑块底部设有多个通气孔与气槽相连通，内冷却块组件由12片条状结构组成，各内冷却块的出气孔均匀分布在所述的保护槽上，并与主动滑块和被动滑块的通气孔相连通。

所述筒身夹具包括固定板、外框、直线气缸、支座、锁紧块、锁紧气缸及下冷却块，外框由两个L型固定架构成，外框通过支座连接在固定板上，由连接在固定板上的直线气缸控制其打开及闭合运动，下冷却块安装在L型固定架内侧。当L型固定架处于闭合状态时，锁紧气缸驱动锁紧块嵌入L型固定架的对角线位置，使其完全闭合，此时下冷却块形成与焊接工件外轮廓相同的闭合面，紧贴在工件的外壁起到冷却保护作用。

所述端盖夹具由上框、气缸支架、压紧气缸、上冷却块、手轮及调节螺栓构成，上冷却块与筒身夹具的下冷却块为对称结构，上冷却块与上框连接，上框两端设有气缸支架用来安装压紧气缸。使上框向下运动套在端盖上，上冷却块与端盖外壁紧密贴合，手轮与所述平面滑块机构锁紧固定所述端盖夹具，调节螺栓安装在上框上，通过旋转调节螺栓可以调整。

所述平面滑块机构、筒身夹具和端盖夹具，通过一个主体框架连接在一起，该主体框架由底座、外连杆、内连杆、支撑梁以及垂直调节器组成，外连杆的一端连接在底座上，另一端连接筒身夹具，形成一个开放式的腔体用以容纳平面滑块机构和焊接工件，内连杆的一端连接在底座上，另一端连接平面滑块机构，内连杆上设置有用来调整焊接筒身位置的四个纵向调节器，支撑梁的一端与底座连接，另一端安装在端盖夹具上，支撑梁上设置有轴承。支撑梁可以进行旋转运动，使端盖夹具与操作台面分离。

本发明的有益效果：焊接过程中，平面滑块机构上的各滑块由凸轮驱动带动内冷却块向外扩张，筒身夹具的L型固定架由直线气缸驱动带动上冷却块向内闭合，配合端盖夹具可实现密闭容器端盖部分和筒身部分环缝的完全对接和正反面保护。本发明的上冷却块与下冷却块共同构成环缝的外冷却保护，内冷却块组件构成环缝的内冷却保护，内冷却块组件保护槽内通出的保护气作用到待焊接工件的内壁上，实现焊缝正反两面都受到保护气体的保护，防止焊缝过度氧化，从而提高了焊缝的质量，避免常规环缝搭接焊中的缝隙腐蚀和焊缝过度氧化。另外，本发明的装夹方式在焊接过程中对于两个工件施加持续的作用力使得对接焊缝接触面能够保证紧密贴合。同时，本发明采用了平面滑块机构，不受工件形状限制，可以适用于矩形、正方形、菱形、圆形及椭圆形等各种常规形状的密闭容器。

说明书附图

图1：本发明一实施例的结构示意图；

图2：平面滑块机构1的结构示意图（爆炸图）；

图3：筒身夹具2的结构示意图；

图4：端盖夹具3的结构示意图；

图5：主体框架4的结构示意图；

图6：滑块基座11的结构示意图，其中（a）为主视图，（b）为B-B向截面图，（c）为C-C向截面图；

图7：被动滑块14的结构示意图，其中（a）为主视图，（b）为右视图，（c）为A-A向截面图；

图8：内冷却块组件在组合状态下的结构示意图，其中（a）为主视图，（b）为B-B向剖视图，（c）为A-A向剖视图；

图9：单个内冷却块16的三视图，其中（a）为主视图，（b）为左视图，（c）为俯视图。

以上图中：1为平面滑块机构，2为筒身夹具，3为端盖夹具，4为主体框架，5为进气装置，6为控制开关组，7为焊接工件的筒身，8为焊接工件的端盖，11为滑块基座，12为横向主动滑块，13为纵向主动滑块，14为被动滑块，15为凸轮，16为内冷却块，21为固定板，22为外框，23为直线气缸，24为支座，25为锁紧块，26为锁紧气缸，27为下冷却块，31为上框，32为气缸支架，33为压紧气缸，34为上冷却块，35为手轮，36为调节螺栓，41为底座，42为内连杆，43为外连杆，44为支撑梁，45为垂直调节器，51为气槽，52为进气孔，53为纵向滑槽，54为横向滑槽，61为通气孔，71为出气孔，72为保护槽。

具体实施方式

结合附图，以矩形筒身、不锈钢密闭容器氩弧环缝焊接工装实施为例对本发明作进一步描述，此实施例选用压缩空气作为动力进行控制。实施例与外部的焊枪系统、电源系统、保护气体系统连接。

如图1-图9所示，此环缝焊接工装由平面滑块机构1、筒身夹具2、端盖夹具3、主体框架4四大组件构成，平面滑块机构1连接在主体框架4的内连杆42上，筒身夹具2连接在主体框架4的外连杆43上，端盖夹具3连接在主体框架4的支撑梁44上，进气装置5和控制开关组6可选用标准产品设置在筒身夹具2上。主体框架4的功能是起到固定、支撑和连接作用，平面滑块机构1在工件的内壁起保护作用，筒身夹具2和端盖夹具3在工件的外壁起保护作用。

平面滑块机构1包括凸轮15、滑块基座11、横向主动滑块12、纵向主动滑块13、被动滑块14及内冷却块16组件。凸轮15设置在滑块基座11的对角线中心位置上，纵向主动滑块13和横向主动滑块12环绕在凸轮15四周并安装在滑块基座11的纵向滑槽53和横向滑槽54内，被动滑块14设置在滑块基座11的四个角落。内冷却块16安装在横向主动滑块12、纵向主动滑块13与被动滑块14的外表上。滑块基座11四个角落的底部设有保护气进气孔52，进气孔52穿过滑块基座11设在顶部的四个气槽51，横向主动滑块12、纵向主动滑块13与被动滑块14底部设有多个通气孔61与气槽51相连通，内冷却块16由12片条状结构组成，内冷却块中间开有保护槽72，多个保护气的出气孔71均匀分布在槽内，并与主动滑块和被动滑块的进气孔相连通。

在待焊接工件筒身7的外壁使用筒身夹具2，筒身夹具2包括固定板21、外框22、直线气缸23、支座24、锁紧块25、锁紧气缸26、下冷却块27。外框22分为两个L型固定架，通过支座24连接在固定板21上，并由连接在固定板21上的直线气缸23控制其打开及闭合运动。锁紧气缸26同样安装在固定板21上，可以驱动锁紧块25嵌入L型固定架的对角线位置。下冷却块27安装在L型固定架内侧。

在待焊接工件端盖8的外壁使用端盖夹具3，端盖夹具3包括上框31、气缸支架32、压紧气缸33、上冷却块34、手轮35和调节螺栓36。上冷却块34安装在上框31的内侧，上框31两端设有气缸支架32用来安装压紧气缸33，手轮35设置在上框31的中心位置，调节螺栓36均匀分布在上框31四周。

主体框架4包括底座41、内连杆42、外连杆43、支撑梁44及垂直调节器45，外连杆43的一端连接在底座41上，另一端连接筒身夹具2，内连杆42的一端连接在底座41上，另一端连接平面滑块机构1，支撑梁44的一端与底座41连接，另一端安装在端盖夹具3上。内连杆42上设置有四个纵向调节器。

焊接前，将控制开关组6全部设置为关闭状态，此时平面滑块机构1处于收拢状态，筒身夹具2处于张开状态，将待焊接工件筒身7竖直套进平面滑块机构1中，调节4个垂直调节器45，使待焊接工件筒身7的上缘处在内冷却块保护槽72的中心位置。打开直线气缸23的控制开关，压缩空气驱动直线气缸向内运动，带动L型固定架闭合，打开锁紧气缸26的控制开关，驱动锁紧块25嵌入L型固定架的对角线位置，使外框22完全闭合；将待焊接工件端盖8竖直套在平面滑块机构1的顶部，转动支撑梁44使端盖夹具3处于焊接工件端盖8的正上方，打开压紧气缸33的控制开关，将上框31套在焊接工件端盖8的外壁，此时上冷却块34紧贴在焊接工件端盖8的外壁，旋转调节螺栓36，使端盖的下缘与焊接工件筒身7的上缘贴合，旋紧手轮35；打开平面滑块机构的控制开关，凸轮15受驱动旋转使横向主动滑块12和纵向主动滑块13向外运动，带动被动滑块14向四个角运动，全部滑块运动到位置后，内冷却块16与待焊接工件的内壁完全贴合；打开垂直调节器45的控制开关，给焊接工件筒身7施加向上的推力，使焊缝对接得更加紧密。

装夹完成后打开保护气体开关，焊接过程中保护气体从进气孔52流入到滑块基座11的四个气槽51中，再通过横向主动滑块12、纵向主动滑块13与被动滑块14底部的多个通气孔61，最后从内冷却块保护槽72中间的出气孔71均流出，作用到待焊接工件的内壁上，实现焊缝正反两面都受到保护气体的保护，从而提高了焊缝的质量，避免常规环缝搭接焊中的缝隙腐蚀和焊缝过度氧化。另外，本发明的装夹方式在焊接过程中对于两个工件施加持续的作用力使得对接焊缝接触面能够保证紧密贴合。

焊接完成后，旋松手轮接着打开所有控制开关，移转端盖夹具可将工件取出。焊接前调整垂直调节器45和调节螺栓36的动作仅用于首件装夹，随后其他工件的装夹不需重复这两个动作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

自动氩弧焊枪、电源系统、保护气体系统既可以独立于本发明，也可以是作为本发明焊接工装的组成部件，不论是否包括，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种密闭容器环缝焊接工装，其与焊枪系统、电源系统、保护气体系统连接，其特征在于：设置了筒身夹具和端盖夹具以及一个平面滑块机构；所述平面滑块机构由若干以平面滑块作为连接件的部件构成，可依一定的运动轨迹在一个平面内向外扩张，并能同时与筒身夹具和端盖夹具配合作用将工件的筒身和端盖内外壁夹紧；所述平面滑块机构上设置有作用于工件内壁的内冷却块组件，所述各内冷却块的中间开有保护槽，多个连通保护气体的出气孔分布在保护槽内；所述筒身夹具和端盖夹具分别设有作用于工件外壁的外冷却块；所述平面滑块机构包括滑块基座，位于中央的凸轮，与凸轮横向直接接触的主动滑块，与凸轮纵向直接接触的主动滑块，位于四个角的被动滑块以及内冷却块组件，每个被动滑块伸出两端分别与相邻的主动滑块以斜面滑块方式连接，凸轮连接并安装在滑块基座上，各主动滑块与被动滑块安装在滑块基座的滑槽内，在各主动滑块与被动滑块的外表上安装内冷却块，从而在外围形成内冷却块组件；所述滑块基座四个角落的底部设有保护气的进气孔，滑块基座的顶部设有四个气槽与进气孔相通，主动滑块与被动滑块底部设有多个通气孔与气槽相连通，内冷却块组件由12片条状结构组成，各内冷却块的出气孔均匀分布在所述的保护槽上，并与主动滑块和被动滑块的通气孔相连通；所述筒身夹具包括固定板、外框、直线气缸、支座、锁紧块、锁紧气缸及下冷却块，外框由两个L型固定架构成，外框通过支座连接在固定板上，由连接在固定板上的直线气缸控制其打开及闭合运动，下冷却块安装在L型固定架内侧；

所述端盖夹具由上框、气缸支架、压紧气缸、上冷却块、手轮及调节螺栓构成，上冷却块与筒身夹具的下冷却块为对称结构，上冷却块与上框连接，上框两端设有气缸支架用来安装压紧气缸。

2.如权利要求1所述的密闭容器环缝焊接工装，其特征在于：所述平面滑块机构、筒身夹具和端盖夹具，通过一个主体框架连接在一起，该主体框架由底座、外连杆、内连杆、支撑梁以及垂直调节器组成，外连杆的一端连接在底座上，另一端连接筒身夹具，形成一个开放式的腔体用以容纳平面滑块机构和焊接工件，内连杆的一端连接在底座上，另一端连接平面滑块机构，内连杆上设置有用来调整焊接筒身位置的四个纵向调节器，支撑梁的一端与底座连接，另一端安装在端盖夹具上，支撑梁上设置有轴承。