CN105014293A - 一种薄壁管子焊接搭接结构及方法 - Google Patents

一种薄壁管子焊接搭接结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁管子焊接搭接结构及方法，目的在于解决电子束焊对焊接零件结构限制，所采用的技术方案为：包括与被焊管件材料相同的支撑衬环(1)，所述支撑衬环(1)采用两级台阶状结构，支撑衬环(1)的小端装配焊接短管(2)的搭接部位，支撑衬环(1)的大端装配焊接长管(3)的搭接部位，所述焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位为孔口状或槽状结构，所述支撑衬环(1)能够装配进孔口状或槽状结构内，支撑衬环(1)搭接时焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位齐平且端面对接。

Description

一种薄壁管子焊接搭接结构及方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及用于薄壁管件对接环焊缝电子束焊时使用的一种薄壁管子焊接搭接结构及方法。
背景技术
薄壁管件对接环焊缝电子束焊前，需设计焊接接头对各零件进行装配搭接，以满足各零件之间的焊前装配间隙和可靠定位，为电子束焊接质量提供基础保障。按照常规设计，电子束焊焊接头应设计在其中一个被焊零件基体上。但因某些零件结构特殊性，若把焊接接头设计在零件基体上，将会导致零件部分型面因焊接接头的干涉而无法加工。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种可解决电子束焊对焊接零件有结构限制问题的一种薄壁管子焊接搭接结构及方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：一种薄壁管子焊接搭接结构，包括与被焊管件材料相同的支撑衬环，所述支撑衬环采用两级台阶状结构，支撑衬环的小端装配焊接短管的搭接部位，支撑衬环的大端装配焊接长管的搭接部位，所述焊接短管和焊接长管的搭接部位为孔口状或槽状结构，所述支撑衬环能够装配进孔口状或槽状结构内，支撑衬环搭接时焊接短管和焊接长管的搭接部位齐平且端面对接。
所述支撑衬环的小端和大端与焊接短管和焊接长管的搭接部位均为过盈配合。
所述支撑衬环的小端与焊接短管的搭接部位直径过盈0.02-0.04mm；所述支撑衬环的大端与焊接长管的搭接部位直径过盈0.06-0.09mm。
所述支撑衬环的小端和大端的壁厚分别为焊接短管和焊接长管的搭接部位壁厚的4.8-5.2倍。
所述支撑衬环的小端和大端之间形成的台阶以R≤0.1mm过度。
所述支撑衬环的小端的轴向长度为3-5mm，大端的轴向长度为8-12mm。
所述支撑衬环的小端和大端的边缘均设置有倒角。
所述焊接短管和焊接长管搭接部位的对接端面间隙小于等于0.02mm。
所述焊接短管和焊接长管的壁厚差小于等于0.5mm。
一种薄壁管子焊接搭接方法，使用所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，包括：1)测量焊接短管和焊接长管中需要与支撑衬环搭接部位的内径和壁厚；2)根据步骤1)的测量结果，制作与被焊管件同材料的支撑衬环，支撑衬环的小端外径与焊接短管内径配做，支撑衬环的大端外径与焊接长管内径配做；3)采用温差法分别将焊接短管与支撑衬环的小端小过盈装配，将焊接长管与支撑衬环的大端进行大过盈装配；4)焊接短管、焊接长管与支撑衬环装配后，通过电子束焊焊接后，通过机械加工去除支撑衬环，即完成薄壁管子焊接搭接方法。
与现有技术相比，本发明为对接环焊缝电子束焊时无法将搭接接头制作在零件基体上的情况提供了一种新的焊接搭接形式，突破了电子束焊对焊接薄壁管件的结构限制，避免了因在零件基体上设置焊接接头产生干涉而无法加工该零件部分型面的问题。本发明结构解决了无止口弱刚性薄管单元体的电子束焊环焊缝焊前搭接问题；支撑衬环采用差异化过盈配合设计，即支撑衬环与被焊管件的焊接短管进行小过盈装配搭接，而与焊接长管进行大过盈装配搭接，可在保证两个焊接薄管与支撑衬环可靠定位的同时，确保被焊薄管搭接孔口被衬环充分撑圆，满足电子束焊前圆度和同轴度要求。
进一步，支撑衬环壁厚约5倍于被焊薄管的设计，可使被焊管件搭接部位刚性足够，有效保证截面焊缝质量，避免焊缝背面产生飞溅物。
进一步，支撑衬环的小端和大端的边缘均设置有倒角，可在装配时引导支撑衬环进入焊接短管和焊接长管的搭接孔口内，且便于后续焊接完机械加工去除支撑衬环。进一步，支撑衬环的小端和大端之间的台阶以R≤0.1mm过度，可确保支撑衬环搭接后焊接长管和焊接短管的端面对接间隙小于等于0.02mm，满足电子束焊前工艺要求。
本发明的方法与传统在零件基体设计焊接接头进行“两件搭接”形式相比，本发明方法是在保证各零件与支撑衬环装配间隙和可靠定位的前提下实现“三件搭接”，从而满足电子束焊对薄壁管件焊接部位的变形控制和其它焊接工艺要求。
进一步，采用温差法使零件材料热胀冷缩的原理，分别将焊接短管和焊接长管与支撑衬环进行过盈装配，可减小其装配阻力。
附图说明
图1是支撑衬环结构示意图；
图2是支撑衬环与被焊接薄壁管件搭接示意图；
图中：1-支撑衬环、2-焊接短管、3-焊接长管。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明作进一步的解释说明。
参见图1和图2，一种薄壁管子焊接搭接结构，包括与被焊管件材料相同的支撑衬环1，所述支撑衬环1采用两级台阶状结构，支撑衬环1的小端和大端之间形成的台阶以R≤0.1mm过度，支撑衬环1的小端的轴向长度为3-5mm，大端的轴向长度为8-12mm，支撑衬环1的小端和大端的边缘均设置有倒角。支撑衬环1的小端装配焊接短管2的搭接部位，支撑衬环1的大端装配焊接长管3的搭接部位，支撑衬环1的小端和大端与焊接短管2和焊接长管3的搭接部位均为过盈配合，支撑衬环1的小端与焊接短管2的搭接部位直径过盈0.02-0.04mm；支撑衬环1的大端与焊接长管3的搭接部位直径过盈0.06-0.09mm。支撑衬环1的小端和大端的壁厚分别为焊接短管2和焊接长管3的搭接部位壁厚的4.8-5.2倍。焊接短管2和焊接长管3的搭接部位为孔口状或槽状结构，支撑衬环1能够装配进孔口状或槽状结构内，支撑衬环1搭接时焊接短管2和焊接长管3的搭接部位齐平且端面对接，焊接短管2和焊接长管3搭接部位的对接端面间隙小于等于0.02mm，焊接短管2和焊接长管3的壁厚差小于等于0.5mm。
一种薄壁管子焊接搭接方法，使用薄壁管子焊接搭接结构，包括：1)测量焊接短管2和焊接长管3中需要与支撑衬环1搭接部位的内径和壁厚；2)根据步骤1)的测量结果，制作与被焊管件同材料的支撑衬环1，支撑衬环1的小端外径与焊接短管2内径配做，支撑衬环1的大端外径与焊接长管3内径配做；3)采用温差法分别将焊接短管2与支撑衬环1的小端小过盈装配，将焊接长管3与支撑衬环1的大端进行大过盈装配；4)焊接短管2、焊接长管3与支撑衬环1装配后，通过电子束焊焊接后，通过机械加工去除支撑衬环1，即完成薄壁管子焊接搭接方法。
本发明实施适用条件：焊接薄管壁厚d＝0.8-2mm；焊接薄管内径D＝Φ40-Φ150mm，焊接短管2长度焊接长管3长度两焊接管件壁厚差≤0.5mm；
参见图1和图2，本发明的具体实施步骤如下：
步骤一：测量焊接短管2和焊接长管3中需要与支撑衬环1搭接部位的孔口内径ΦA1、ΦA2和壁厚d；
步骤二：根据测量结果，制作与被焊管件同材料的支撑衬环1：支撑衬环1轴向3-5mm的外径与焊接短管2内径ΦA1配做，保证直径过盈0.02-0.04mm，支撑衬环1轴向8-12mm的外径与焊接长管3内径ΦA2配做，保证直径过盈0.06-0.09mm；支撑衬环壁厚＝5d±d×0.2；支撑衬环1两个配合直径之间形成的台阶以R≤0.1mm过度，确保短管2与长管3无干涉对接；
步骤三：采用温差法将焊接短管2与支撑衬环1小过盈装配后，将焊接长管3与支撑衬环1进行大过盈装配，并保证被焊焊接短管2和焊接长管3的对接端面间隙不大于0.02mm；
步骤四：焊接短管2和焊接长管3与支撑衬环1装配后，通过电子束焊焊接后，通过机械加工去除支撑衬环1，至此完成实施。
本发明依据两个被焊接薄壁管件搭接孔口的内径和壁厚实际值，制作一个与被焊管件同材料的支撑衬环。该衬环可分别与两个被焊管件搭接孔口进行差异化过盈装配，即在焊前装配时，该衬环能与被焊管件的短管进行小过盈装配搭接，而与焊接长管进行大过盈装配搭接，衬环壁厚为被焊管件搭接孔口壁厚约5倍。
本发明创造的目的是提供一种支撑衬环做为两个被焊零件的搭接接头。与传统在零件基体设计焊接接头进行“两件搭接”形式相比，该发明是在保证各零件与支撑衬环装配间隙和可靠定位的前提下实现“三件搭接”，从而满足电子束焊对薄壁管件焊接部位的变形控制和其它焊接工艺要求。该发明的目的是针对某些薄壁管件因其结构限制，使电子束焊接头无法制作在被焊零件基体的情况，使用本发明接头形式解决了电子束焊环焊缝无止口弱刚性薄管单元体焊前搭接的问题。
本发明创造的优点：为对接环焊缝电子束焊无法将搭接接头制作在零件基体上的情况提供了一种新的焊接搭接形式，突破了电子束焊对焊接零件的结构限制；发明衬环采用差异化过盈设计，可在保证两个焊接薄管与衬环可靠定位的同时，确保被焊薄管搭接孔口被衬环充分撑圆，满足电子束焊前圆度和同轴度要求；衬环壁厚约5倍于被焊薄管的设计，可使被焊管件搭接部位刚性足够，有效保证截面焊缝质量，避免焊缝背面产生飞溅物。

Claims (10)

1.一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，包括与被焊管件材料相同的支撑衬环(1)，所述支撑衬环(1)采用两级台阶状结构，支撑衬环(1)的小端装配焊接短管(2)的搭接部位，支撑衬环(1)的大端装配焊接长管(3)的搭接部位，所述焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位为孔口状或槽状结构，所述支撑衬环(1)能够装配进孔口状或槽状结构内，支撑衬环(1)搭接时焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位齐平且端面对接。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端和大端与焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位均为过盈配合。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端与焊接短管(2)的搭接部位直径过盈0.02-0.04mm；所述支撑衬环(1)的大端与焊接长管(3)的搭接部位直径过盈0.06-0.09mm。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端和大端的壁厚分别为焊接短管(2)和焊接长管(3)的搭接部位壁厚的4.8-5.2倍。
5.根据权利要求4所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端和大端之间形成的台阶以R≤0.1mm过度。
6.根据权利要求5所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端的轴向长度为3-5mm，大端的轴向长度为8-12mm。
7.根据权利要求4所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述支撑衬环(1)的小端和大端的边缘均设置有倒角。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述焊接短管(2)和焊接长管(3)搭接部位的对接端面间隙小于等于0.02mm。
9.根据权利要求8所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，所述焊接短管(2)和焊接长管(3)的壁厚差小于等于0.5mm。
10.一种薄壁管子焊接搭接方法，使用权利要求1-9任一项所述的一种薄壁管子焊接搭接结构，其特征在于，包括：1)测量焊接短管(2)和焊接长管(3)中需要与支撑衬环(1)搭接部位的内径和壁厚；2)根据步骤1)的测量结果，制作与被焊管件同材料的支撑衬环(1)，支撑衬环(1)的小端外径与焊接短管(2)内径配做，支撑衬环(1)的大端外径与焊接长管(3)内径配做；3)采用温差法分别将焊接短管(2)与支撑衬环(1)的小端小过盈装配，将焊接长管(3)与支撑衬环(1)的大端进行大过盈装配；4)焊接短管(2)、焊接长管(3)与支撑衬环(1)装配后，通过电子束焊焊接后，通过机械加工去除支撑衬环(1)即完成薄壁管子焊接搭接方法。
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