CN104148851B - 一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，包括定位圆盘及安装在定位圆盘中心的涨紧机构，所述定位圆盘上位于涨紧机构外侧沿圆周方向均匀布置有主涨块和从涨块，所述主涨块和从涨块交错布置，在主涨块和从涨块上均设置有导向块，所述主涨块和从涨块上均设置有气咀，所述定位圆盘在圆周方向上设置有径向拉紧弹簧连接主涨块和从涨块，在主涨块和从涨块上靠近定位圆盘中心一端设置有周向拉紧弹簧，所述气咀与主涨块和从涨块的连接处均设置有气咀密封垫。本发明采用无缝涨紧机构在涨紧状态下，主涨块和从涨块形成封闭圆环，将工件环焊缝处有效涨紧，同时在焊缝背面形成封闭环形氩气槽，使焊缝得到充分保护，提高焊接质量。
Description
技术领域
本发明属于航空、航天技术领域，涉及一种夹具，具体是涉及一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具。
背景技术
在航空、航天领域，加力筒体、燃烧室外壁、壳体等零部件往往都是通过几段薄壁圆筒焊接或薄壁圆筒和安装边焊接而成。薄壁筒体环形焊缝焊接是这类零件制造的重要工序。然而，目前对于薄壁环形筒体类零件的焊接方法通常是用一外形面与工件内型面相似的型胎撑住两工件环焊处，先点焊固定工件，再沿环向进行氩弧焊。采用这种方法进行焊接时，为了实现零件装卸，通常使型胎尺寸小于工件尺寸，因此在焊接处往往产生较大的拼缝装配间隙，导致焊接过程不稳定以及焊缝下凹，另外，这种方法焊缝背面无法实现通氩气充分保护，焊接质量较差，难以满足产品质量要求
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，包括定位圆盘及安装在定位圆盘中心的涨紧机构，所述定位圆盘上位于涨紧机构外侧沿圆周方向均匀布置有主涨块和从涨块，所述主涨块和从涨块交错布置，在主涨块和从涨块上均设置有导向块，所述主涨块和从涨块上均设置有气咀，所述定位圆盘在圆周方向上设置有径向拉紧弹簧连接主涨块和从涨块，在主涨块和从涨块上靠近定位圆盘中心一端设置有周向拉紧弹簧。
所述涨紧机构由包括心轴及锥体，其中心轴通过螺栓安装在定位圆盘的中心，锥体套装在心轴上，在锥体下端设置有减震胶皮圈，在心轴上端套装有带肩螺母，带肩螺母通过锁紧螺母与锥体上端面连接。
所述定位圆盘为一带凸台的圆盘形结构，在凸台上端面设置有带沉头孔的中心孔，在沉头孔的下端面上设置有位于中心孔外侧的沿圆周均布的心轴螺纹孔。
所述主涨块为左右对称的T型结构，其中T型结构由主涨块头部扇形圆筒段、主涨块长方体构件及主涨块底部圆筒段组成，所述主涨块长方体构件的一端与主涨块头部扇形圆筒段的内侧面相连，另一端与主涨块底部圆筒段的外圆柱面相连，在主涨块头部扇形圆筒段的外圆上设置有主涨块矩形沟槽，在主涨块矩形沟槽中间部位沿法向设置有主涨块通气孔，在主涨块头部扇形圆筒段的端面设置有垂直于头部上端面的主涨块气咀螺纹孔，且主涨块气咀螺纹孔的螺纹底孔与主涨块通气孔相通。
所述从涨块为左右对称的T型结构，其中T型结构由从涨块头部扇形圆筒段、从涨块长方体构件及从涨块底部圆筒段组成，所述从涨块长方体构件的一端与从涨块头部扇形圆筒段的内侧面相连，另一端与从涨块底部圆筒段的外圆柱面相连，在从涨块头部扇形圆筒段的外圆上设置有从涨块矩形沟槽，在从涨块矩形沟槽中间部位沿法向设置有从涨块通气孔，在从涨块头部扇形圆筒段的端面设置有垂直于头部上端面的从涨块气咀螺纹孔，且从涨块气咀螺纹孔的螺纹底孔与从涨块通气孔相通，从涨块头部侧面与主涨块头部侧面贴合。
所述心轴由相互连接为一体的法兰盘、柱体和螺纹圆柱组成，其中法兰盘下端面上设置有定位凸台，在法兰盘上设置有位于柱体外侧沿周均布的心轴螺栓过孔。
所述导向块为长方体结构，在长方体结构下端面设置有贯穿前后面的导向块矩形槽，在导向块上位于导向块矩形槽两侧分别设置有导向块螺栓过孔和导向块圆柱销孔。
所述锥体由圆柱体和圆锥体组成，其中，圆柱体位于上段，在圆柱体上端面设置有锥体外螺纹凸台，在锥体外螺纹凸台上端面设置有贯穿锥体上下端面的锥体中心孔。
所述气咀与主涨块和从涨块的连接处均设置有气咀密封垫。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明采用无缝涨紧机构在涨紧状态下，交错分布的主涨块和从涨块形成封闭圆环，将工件环焊缝处有效涨紧，控制焊缝下凹，同时在焊缝背面形成封闭环形氩气槽，使焊缝得到充分保护，从而有效解决焊缝下凹等焊接缺陷，提高焊接质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的A-A向视图；
图3为图2的E处放大结构示意图；
图4为本发明中定位圆盘的结构示意图；
图5为本发明中主涨块的结构示意图；
图6为图5的B-B向视图；
图7为本发明中从涨块的结构示意图；
图8为图的C-C向视图；
图9为本发明中心轴的结构示意图；
图10为本发明中导向块的结构示意图；
图11为图10的D-D向视图；
图12为本发明中锥体的结构示意图；
图13为本发明中采用液压驱动的结构示意图。
图中：1-工件A，2-工件B，3-定位圆盘，4-主涨块，5-从涨块，6-导向块，7-带阶螺母，8-锁紧螺母，9-锥体，10-周向拉紧弹簧，11-心轴，12-减震胶皮圈，13-气咀密封垫，14-气咀，15-螺栓，16-圆柱销，17-径向拉紧弹簧，18-吊环螺钉，19-连接圆柱销，20-拉杆，31-台阶，32-沉头孔，33-中心孔，34-心轴螺纹孔，41-主涨块头部扇形圆筒段，42-主涨块长方体构件，43-主涨块底部圆筒段，51-从涨块头部扇形圆筒段，52-从涨块长方体构件，53-从涨块底部圆筒段，61-导向块矩形槽，62导向块螺栓过孔，63-导向块圆柱销孔，91-圆柱体，92-圆锥体，93-锥体外螺纹凸台，94-锥体中心孔，111-法兰盘，112-柱体，113-螺纹圆柱，114定位凸台，115心轴螺栓过孔，411-主涨块沟槽，412-主涨块通气孔，413-主涨块气咀螺纹孔，414-主涨块吊环螺钉螺纹孔，415-主涨块头部侧面，416-拉紧弹簧沟槽，511-从涨块沟槽，512-从涨块通气孔，513-从涨块气咀螺纹孔，514-从涨块吊环螺钉螺纹孔，515-从涨块头部侧面。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1、图2、图3所示，本发明所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，包括定位圆盘3及安装在定位圆盘3中心的涨紧机构，所述定位圆盘3上位于涨紧机构外侧沿圆周方向均匀布置有主涨块4和从涨块5，所述主涨块4和从涨块5交错布置，且从涨块头部侧面515与主涨块头部侧面415贴合，在涨紧状态下，交错分布的主涨块4和从涨块5形成封闭圆环，有效涨紧工件A1和工件B2环焊处，同时在焊缝背面形成封闭环形氩气槽。在主涨块4和从涨块5上均设置有导向块6，所述主涨块4和从涨块5上均设置有气咀14，所述定位圆盘3在圆周方向上设置有径向拉紧弹簧17连接主涨块4和从涨块5，在主涨块4和从涨块5上靠近定位圆盘3中心一端设置有周向拉紧弹簧10，起到收缩主涨块4和从涨块5的作用。所述气咀14与主涨块4和从涨块5的连接处均设置有气咀密封垫13。在本技术方案中，待焊接工件A1为薄壁筒体形工件或下方带发兰盘，上方为薄壁筒体的环形安装边；待焊接工件B2为薄壁筒体形工件，工件B2筒体的下端面环形边与工件A1上端面环形边采用氩弧焊焊为一体，并要保证焊缝高度不大于0.5mm，焊缝宽度不大于8mm，焊缝荧光检查无缺陷；采用本发明所述的焊接夹具，能满足上述工件的焊接要求，保证焊接质量。
所述涨紧机构由包括心轴11及锥体9，其中心轴11通过螺栓15安装在定位圆盘3的中心，锥体9套装在心轴11上，在锥体9下端设置有减震胶皮圈12，在心轴11上端套装有带肩螺母7，带肩螺母7通过锁紧螺母8与锥体9上端面连接。这样，在需要涨紧时，只需向下旋转带肩螺母7，在带肩螺母7的作用下带动锥体9向下运动，推动主涨块4和从涨块5沿导向块6上的导向槽向外运动，从而实现涨紧功能。
如图4所示，所述定位圆盘3为一带凸台31的圆盘形结构，其中凸台31的外径与工件A1的内径相同并同心，如图2所示，在使用时，工件A1的下端面与定位圆盘3的凸台31下端面贴合，在凸台31上端面设置有带沉头孔32的中心孔33，在沉头孔32的下端面上设置有位于中心孔33外侧的沿圆周均布的心轴螺纹孔34；所述定位圆盘3的凸台31上端面与导向块6相对应的位置还设置有用于安装导向块6的导向块螺栓过孔和导向块圆柱销孔；所述凸台31上端面位于中心孔33外侧沿定位圆盘3周向均匀布置有吊环螺钉孔，在安装径向拉紧弹簧17时，直接用吊环螺钉18拧入吊环螺钉孔中。
如图5、图6所示，所述主涨块4为左右对称的T型结构，其中T型结构由主涨块头部扇形圆筒段41、主涨块长方体构件42及主涨块底部圆筒段43组成，所述主涨块长方体构件42的一端与主涨块头部扇形圆筒段41的内侧面相连，另一端与主涨块底部圆筒段43的外圆柱面相连。在制造时，所述主涨块头部扇形圆筒段41的扇形面直径与工件A1和工件B2焊接处内径相同并同心，所述主涨块头部扇形圆筒段41的外圆上设置有主涨块矩形沟槽411，在制造时，主涨块矩形沟槽411的宽度中心与工件A1和工件B2焊缝处高度相同；在主涨块矩形沟槽411中间部位沿法向设置有主涨块通气孔412，在主涨块头部扇形圆筒段41的端面设置有垂直于头部上端面的主涨块气咀螺纹孔413，且主涨块气咀螺纹孔413的螺纹底孔与主涨块通气孔412相通，气咀14穿过气咀密封垫13拧入主涨块气咀螺纹孔413内，所述主涨块头部扇形圆筒段41的内侧面上设置有两个关于主涨块4中心线对称的主涨块吊环螺钉螺纹孔414，径向拉紧弹簧17采用吊环螺钉18拧入主涨块吊环螺钉螺纹孔414中；所述主涨块头部扇形圆筒段41的两主涨块头部侧面415从下至上向内倾斜，所述主涨块头部扇形圆筒段41与定位圆盘3上凸台31同心；所述主涨块底部圆筒段43的外圆柱面上设置有截面为圆形的拉紧弹簧沟槽416，周向拉紧弹簧10位于拉紧弹簧沟槽416内；所述主涨块底部圆筒段43内表面的上段为扇形圆锥面，下段为圆柱面，所述主涨块底部圆筒段43的下端面与主涨块头部扇形圆筒段41的下端面齐平并且高度相等，所述主涨块长方体构件42的上端面低于主涨块头部扇形圆筒段41的上端面，下端面与主涨块头部扇形圆筒段41的下端面齐平。在组装时，主涨块4的下端面与定位圆盘3的凸台31上端面贴合，并位于定位圆盘3的中心孔33外侧，且沿周方向按照360°/2α处均布，其中α为主涨块头部内侧面两端点与定位圆盘3上的凸台31圆心连线的夹角。
如图7、图8所示，所述从涨块5为左右对称的T型结构，其中T型结构由从涨块头部扇形圆筒段51、从涨块长方体构件52及从涨块底部圆筒段53组成，所述从涨块长方体构件52的一端与从涨块头部扇形圆筒段51的内侧面相连，另一端与从涨块底部圆筒段53的外圆柱面相连。在制造时，所述从涨块头部扇形圆筒段51的扇形面直径与工件A1和工件B2焊接处内径相同并同心，所述从涨块头部扇形圆筒段51的外圆上设置有从涨块矩形沟槽511，在制造时，从涨块矩形沟槽511的宽度中心与工件A1和工件B2焊缝处高度相同；在从涨块矩形沟槽511中间部位沿法向设置有从涨块通气孔512，在从涨块头部扇形圆筒段51的端面设置有垂直于头部上端面的从涨块气咀螺纹孔513，且从涨块气咀螺纹孔513的螺纹底孔与从涨块通气孔512相通，气咀14穿过气咀密封垫13拧入从涨块气咀螺纹孔513内，所述从涨块头部扇形圆筒段51的内侧面上设置有两个关于从涨块5中心线对称的从涨块吊环螺钉螺纹孔514，径向拉紧弹簧17采用吊环螺钉18拧入从涨块吊环螺钉螺纹孔514内；所述从涨块头部扇形圆筒段51的两从涨块头部侧面515从下至上向外倾斜，从涨块头部侧面515与主涨块头部侧面415贴合；所述从涨块头部扇形圆筒段51与定位圆盘3上凸台31同心；所述从涨块底部圆筒段53的外圆柱面上设置有截面为圆形的拉紧弹簧沟槽416，周向拉紧弹簧10位于拉紧弹簧沟槽416内；所述从涨块底部圆筒段53内表面的上段为扇形圆锥面，下段为圆柱面，所述从涨块底部圆筒段53的下端面与从涨块头部扇形圆筒段51的下端面齐平并且高度相等，所述从涨块长方体构件52的上端面低于从涨块头部扇形圆筒段51的上端面，下端面与从涨块头部扇形圆筒段51的下端面齐平。在组装时，从涨块5的下端面与定位圆盘3的凸台31上端面贴合，并设置在定位圆盘3中心孔33外侧的两主涨块4之间，且沿周方向按照360°/2α处均布，其中α为从涨块头部内侧面两端点与定位圆盘3上的凸台31圆心连线的夹角。
本发明在涨紧时，通过旋转带阶螺母7，带动锥体9向下运动，从而驱动主涨块4和从涨块5沿着导向块6向外张开实现涨紧功能；当夹具处于涨紧状态时，主涨块4和从涨块5的头部扇形外圆形成一个封闭整圆，且主涨块头部侧面415与从涨块头部侧面515紧密贴合；在安装或拆卸工件时时，松开带阶螺母7，在径向拉紧弹簧17和周向拉紧弹簧10的作用下，主涨块4和从涨块5沿着导向块6向内收缩，从而实现焊接夹具与工件的安装或拆卸功能。
如图9所示，所述心轴11由法兰盘111、柱体112和螺纹圆柱113组成，其中法兰盘111下端面上设置有定位凸台114，用于对法兰盘111进行定位，柱体112的下端面与法兰盘111上端面连为一体，螺纹圆柱113的下端面与柱体112上端面连为一体；在安装时，法兰盘111与定位圆盘3的沉头孔32的上端面贴合，法兰盘111的定位凸台114插入定位圆盘3的中心孔33中，所述法兰盘111的定位凸台114外径与定位圆盘3的中心孔33内径相同，法兰盘111上设置有位于柱体112外侧沿周均布的心轴螺栓过孔115，其数量与定位圆盘3上的心轴螺纹孔34相同，且位置对应。在装配时，用螺栓15穿过心轴11上心轴螺栓过孔115，并拧入定位圆盘3上的心轴螺纹孔34中。
如图10、图11所示，所述导向块6为长方体结构，在长方体结构下端面设置有贯穿前后面的导向块矩形槽61，在安装主涨块4和从涨块5时，主涨块长方体构件42和从涨块长方体构件52位于导向块矩形槽61内，导向块6下端面与定位圆盘3的凸台31的上端面贴合，在导向块6上位于导向块矩形槽61分别设置有导向块螺栓过孔62和导向块圆柱销孔63，其数量与定位圆盘3上的导向块螺纹孔和导向块圆柱销孔数量相同，位置对应。在安装时，螺栓15穿过导向块6上导向块螺栓过孔62拧入定位圆盘3上的导向块螺纹孔中，圆柱销16穿过导向块6上的导向块圆柱销孔63后穿入定位圆盘3上的导向块圆柱销孔中，导向块6位于定位圆盘3中心孔33外侧沿周均布，且数量与主涨块4、从涨块5对应，主涨块4、从涨块5可在导向块6的导向块矩形槽61内沿一定方向滑动。
如图12所示，所述锥体9由圆柱体91和圆锥体92组成，其中，圆柱体91位于上段，在圆柱体91上端面设置有锥体外螺纹凸台93，在锥体外螺纹凸台93上端面设置有垂直于锥体外螺纹凸台93，并贯穿锥体9上下端面的锥体中心孔94，在安装时，将锥体中心孔94穿入心轴11的柱体112，锥体中心孔94的内径与柱体112外径相同且同心，锥体9可在柱体112上下滑动，锥体9外锥面与主涨块4的主涨块扇形圆锥面及从涨块5的从涨块扇形圆锥面贴合。减震胶皮圈12内圈穿过柱体112，下端面与法兰盘111上端面贴合。
本发明在安装心轴11时，将带肩螺母7拧入心轴11的螺纹圆柱113锁紧螺母8的上端面，锁紧螺母8上设置有锁紧螺母中心孔，锁紧螺母中心孔与锁紧螺母8的内螺纹孔贯穿，且内径小于带肩螺母7肩部的外径，锁紧螺母内螺纹孔内孔内径应大于带肩螺母7上端外六角外切圆直径，锁紧螺母8拧入锥体9的锥体外螺纹凸台93，下端面与锥体9的圆柱体91上端面贴合，径向拉紧弹簧17连接定位圆盘3上弹簧用吊环螺钉18和主涨块4或从涨块5上吊环螺钉18。
如图13所示，所述涨紧机构还可以采用液压驱动方式，图13与图2的区别在于：图中13中的心轴11为带有法兰盘和中心通孔的柱体，法兰盘通过圆周均布的螺栓15固定于定位圆盘3上，在柱体上有两处贯穿的腰形槽，锥体9内径与心轴11的柱体滑动配合，拉杆20为圆柱体结构，拉杆20的上部有2至3处圆柱孔，连接圆柱销19穿过心轴11上的腰形槽连接锥体9和拉杆20，拉杆20下部有外螺纹与液压缸连接。工作时，通过液压缸驱动拉杆20带动锥体9上下滑动，使主涨块4、从涨块5在导向块矩形槽61内滑动，从而实现对零件的涨紧。除此之外，本技术方案还可以采用气动涨紧。
Claims (8)
1.一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：包括定位圆盘(3)及安装在定位圆盘(3)中心的涨紧机构，所述定位圆盘(3)上位于涨紧机构外侧沿圆周方向均匀布置有主涨块(4)和从涨块(5)，所述主涨块(4)和从涨块(5)交错布置，在主涨块(4)和从涨块(5)上均设置有导向块(6)，所述主涨块(4)和从涨块(5)上均设置有气咀(14)，所述定位圆盘(3)在圆周方向上设置有径向拉紧弹簧(17)连接主涨块(4)和从涨块(5)，在主涨块(4)和从涨块(5)上靠近定位圆盘(3)中心一端设置有周向拉紧弹簧(10)；所述涨紧机构由包括心轴(11)及锥体(9)，其中心轴(11)通过螺栓(15)安装在定位圆盘(3)的中心，锥体(9)套装在心轴(11)上，在锥体(9)下端设置有减震胶皮圈(12)，在心轴(11)上端套装有带肩螺母(7)，带肩螺母(7)通过锁紧螺母(8)与锥体(9)上端面连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述定位圆盘(3)为一带凸台(31)的圆盘形结构，在凸台(31)上端面设置有带沉头孔(32)的中心孔(33)，在沉头孔(32)的下端面上设置有位于中心孔(33)外侧的沿圆周均布的心轴螺纹孔(34)。
3.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述主涨块(4)为左右对称的T型结构，其中T型结构由主涨块头部扇形圆筒段(41)、主涨块长方体构件(42)及主涨块底部圆筒段(43)组成，所述主涨块长方体构件(42)的一端与主涨块头部扇形圆筒段(41)的内侧面相连，另一端与主涨块底部圆筒段(43)的外圆柱面相连，在主涨块头部扇形圆筒段(41)的外圆上设置有主涨块矩形沟槽(411)，在主涨块矩形沟槽(411)中间部位沿法向设置有主涨块通气孔(412)，在主涨块头部扇形圆筒段(41)的端面设置有垂直于头部上端面的主涨块气咀螺纹孔(413)，且主涨块气咀螺纹孔(413)的螺纹底孔与主涨块通气孔(412)相通。
4.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述从涨块(5)为左右对称的T型结构，其中T型结构由从涨块头部扇形圆筒段(51)、从涨块长方体构件(52)及从涨块底部圆筒段(53)组成，所述从涨块长方体构件(52)的一端与从涨块头部扇形圆筒段(51)的内侧面相连，另一端与从涨块底部圆筒段(53)的外圆柱面相连，在从涨块头部扇形圆筒段(51)的外圆上设置有从涨块矩形沟槽(511)，在从涨块矩形沟槽(511)中间部位沿法向设置有从涨块通气孔(512)，在从涨块头部扇形圆筒段(51)的端面设置有垂直于头部上端面的从涨块气咀螺纹孔(513)，且从涨块气咀螺纹孔(513)的螺纹底孔与从涨块通气孔(512)相通，从涨块头部侧面(515)与主涨块头部侧面(415)贴合。
5.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述心轴(11)由相互连接为一体的法兰盘(111)、柱体(112)和螺纹圆柱(113)组成，其中法兰盘(111)下端面上设置有定位凸台(114)，在法兰盘(111)上设置有位于柱体(112)外侧沿周均布的心轴螺栓过孔(115)。
6.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述导向块(6)为长方体结构，在长方体结构下端面设置有贯穿前后面的导向块矩形槽(61)，在导向块(6)上位于导向块矩形槽(61)两侧分别设置有导向块螺栓过孔(62)和导向块圆柱销孔(63)。
7.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述锥体(9)由圆柱体(91)和圆锥体(92)组成，其中，圆柱体(91)位于上段，在圆柱体(91)上端面设置有锥体外螺纹凸台(93)，在锥体外螺纹凸台(93)上端面设置有贯穿锥体(9)上下端面的锥体中心孔(94)。
8.根据权利要求1所述的一种用于焊接薄壁筒体环焊缝的无缝涨紧焊接夹具，其特征在于：所述气咀(14)与主涨块(4)和从涨块(5)的连接处均设置有气咀密封垫(13)。
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