CN105479079A - 一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装及方法，属于焊接加工设备领域。该焊接工装包括工装底座和工装盖板，工装底座上设有第一环形凹槽和二环形凹槽，两环形凹槽之间设置有多个下定位座。第一环形凹槽定位轮毂的大端，第二环形凹槽定位法兰，使导叶罩壳和轮毂同轴，沿圆周等角度间隔设置下定位座和上定位座，使导叶叶片绕轮毂轴线等角度分布，下定位座具有角度定位面使每个导叶叶片的安装角与理论设计一致，第一底面与第二底面之间的间距和大端端面与法兰面之间的间距一致，轴向定位面与第一底面之间的间距和导叶叶片进水边与大端端面之间的间距一致，以控制轮毂、导叶罩壳和导叶叶片的相对轴向位置。
Description
技术领域
本发明涉及焊接加工设备领域，特别涉及一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装及方法。
背景技术
大功率喷水推进装置的导叶喷嘴为结构件，主要由三部分焊接而成：导叶罩壳，导叶叶片和轮毂，导叶叶片焊接在轮毂上，导叶罩壳罩设在导叶叶片和轮毂上，通过焊接连接。
由于导叶叶片为曲面形状，装夹定位困难，所以在焊接过程中采用常规的夹具或支撑工装难以准确保证导叶叶片的安装角、均布性、轴向高度等位置关系，装夹效果不理想。目前，暂无针对大功率喷推导叶喷嘴的有效的焊接工装。
发明内容
为了解决导叶喷嘴焊接过程中装夹效果不理想的问题，本发明实施例提供了一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装及方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装，所述焊接工装包括工装盖板和工装底座，所述工装底座上设有用于定位所述大端的第一环形凹槽和用于定位所述法兰的第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽同轴，所述第一环形凹槽具有第一底面和第一内侧壁，所述第一内侧壁的直径与所述大端的外圆直径一致，所述第二环形凹槽具有第二底面和第二内侧壁，所述第二内侧壁的直径与所述法兰的内径一致，所述第一底面和所述第二底面之间的间距与所述轮毂的大端端面和所述法兰的法兰面之间的轴向间距一致，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽之间设置有用于定位所述导叶叶片的多个下定位座，所述下定位座的数量与所述导叶叶片的数量一致，多个所述下定位座沿绕与所述第一环形凹槽同轴的圆周等角度间隔布置，所述下定位座上具有轴向定位面，所述轴向定位面与所述第一底面之间的间距和所述导叶叶片进水边与所述大端的端面之间的间距一致，所述下定位座上具有角度定位面，所述角度定位面与所述导叶叶片的进水边一端的侧面的表面形状相适配，所述角度定位面与所述轴向定位面之间的夹角和所述导叶叶片的安装角一致，所述工装盖板与所述工装底座相对的面上具有用于定位所述轮毂的小端端面的环形凸台，所述环形凸台与所述第一环形凹槽同轴，所述工装盖板与所述工装底座相对的面上具有用于定位所述导叶叶片的多个上定位座，所述上定位座的数量与所述下定位座的数量一致，多个所述上定位座沿绕与所述第一环形凹槽同轴的圆周等角度间隔布置，每个所述上定位座上设置有至少两个用于支撑所述导叶叶片的定位螺杆，所述工装底座上设置有螺孔，所述螺孔中设置有螺柱，所述工装盖板上对应所述螺柱的位置设有通孔。
优选地，所述工装盖板上具有用于定位所述轮毂的小端端面的环形凸台，所述环形凸台与多个所述上定位座围成的圆周同轴。
进一步地，所述环形凸台上具有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽与所述环形凸台同轴，所述第三环形凹槽包括第三底面和第三内侧壁，所述第三内侧壁的直径与所述小端的内径一致。
优选地，多个所述下定位座上设有下周向定位面，所述下周向定位面垂直于所述轴向定位面，多个所述上定位座上对应所述下周向定位面设有用于定位所述工装盖板的周向位置的上周向定位面。。
进一步地，所述螺孔沿绕所述第一环形凹槽的轴线的圆周等角度间隔设置。
更进一步地，相邻两所述螺孔间隔的角度与相邻两所述下定位座间隔的角度一致。
优选地，所述上定位座朝向所述工装底座的面与所述导叶叶片的出水边平行。
优选地，所述工装底座中央具有圆形通孔，所述圆形通孔与所述第一环形凹槽同轴。
另一方面，本发明实施例提供了一种焊接方法，所述焊接方法适用于利用前述的任一种焊接工装焊接导叶喷嘴，所述焊接方法包括：
S1：放置轮毂；
S2：安装工装盖板；
S3：放置导叶叶片；
S4：焊接所述导叶叶片和所述轮毂；
S5；拆卸工装盖板；
S6：放置导叶罩壳；
S7：焊接所述导叶罩壳和所述导叶叶片；
其中，所述放置轮毂包括：
将所述轮毂的大端朝向工装底座放置，并通过第一底面定位所述大端的端面，使所述轮毂与第一环形凹槽同轴布置；
所述安装工装盖板包括：
将所述工装盖板安装有所述环形凸台的一面朝向所述工装底座定位放置在所述轮毂的小端的端面上；
将上周向定位面与下周向定位面对齐；
通过所述螺柱锁紧所述工装盖板和所述工装底座；
所述放置导叶叶片包括：
将所述导叶叶片的进水边放置在轴向定位面上；
将所述导叶叶片的所述进水边一端的侧面贴靠在角度定位面上，将所述导叶叶片的出水边一端的同一面贴靠在定位螺杆上，将所述导叶叶片朝向所述轮毂的一边贴靠在所述轮毂上；
所述放置导叶罩壳包括：
将所述导叶罩壳的法兰朝向所述工装底座罩设在所述轮毂和所述导叶叶片上，并通过第二底面定位所述法兰，使所述法兰与第二环形凹槽同轴布置。
具体实现时，所述焊接所述导叶叶片和所述轮毂包括：
将所有所述导叶叶片通过点焊焊接到所述轮毂上。
进一步地，所述焊接所述导叶罩壳和所述导叶叶片包括：
将所有所述导叶叶片通过点焊焊接到所述导叶罩壳内壁上；
将导叶喷嘴整体从工装上取下，检测所述导叶喷嘴的尺寸；
检测合格后，满焊。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过第一环形凹槽定位轮毂的大端，第二环形凹槽定位法兰，保证第一环形凹槽和第二环形凹槽的同轴，使得导叶罩壳和轮毂同轴，沿绕与第一环形凹槽同轴的圆周等角度间隔设置下定位座和上定位座，使导叶叶片绕轮毂轴线等角度分布，多个下定位座具有角度定位面使每个导叶叶片的安装角与理论设计一致，第一底面与第二底面之间的间距和大端端面与法兰面之间的间距一致，轴向定位面与第一底面之间的间距和导叶叶片进水边与大端端面之间的间距一致，通过控制第一底面、第二底面和轴向定位面之间的相对轴向位置以控制轮毂、导叶罩壳和导叶叶片的相对轴向位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装的结构示意图；
图2是导叶罩壳的定位示意图；
图3是本发明实施例提供的工装底座的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的工装盖板的结构示意图；
图5是图3中沿A向的局部示意图；
图6是图4中沿B向的局部示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了更好的理解本发明，此处简短介绍大功率喷水推进装置的导叶喷嘴的结构：
导叶喷嘴包括轮毂1、导叶叶片2和导叶罩壳3，导叶叶片2焊接在轮毂1上，导叶罩壳3罩设在轮毂1和导叶叶片2上，轮毂1包括连接轴、大端11和小端12，导叶罩壳3的一端设有法兰4，导叶罩壳3与导叶叶片2之间通过焊接连接。
本发明实施例提供了一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装，该焊接工装适用于焊接加工一种导叶喷嘴，图1是本发明实施例提供的一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装的结构示意图，图2是导叶罩壳的定位示意图，结合图1和图2，该焊接工装包括工装底座5和工装盖板30，工装底座5上设有用于定位轮毂1的大端11的第一环形凹槽20和用于定位法兰4的第二环形凹槽10，第一环形凹槽20和第二环形凹槽10同轴，第一环形凹槽20具有第一底面20a和第一内侧壁20b，第一内侧壁20b的直径与大端11的外圆直径一致，第二环形凹槽10具有第二底面10a和第二内侧壁10b，第二内侧壁10b的直径与法兰4的内径一致，第一底面20a和第二底面10a之间的间距与轮毂1的大端11的端面和法兰4的法兰面之间的轴向间距一致，图3是本发明实施例提供的工装底座的结构示意图，如图3所示，第一环形凹槽20和第二环形凹槽10之间设置有用于定位导叶叶片2的进水边2a的多个下定位座50，下定位座50的数量与导叶叶片2的数量一致，多个下定位座50沿绕与第一环形凹槽20同轴的圆周等角度间隔布置，下定位座50上具有轴向定位面51，轴向定位面51与第一底面20a之间的间距和导叶叶片2的进水边2a与大端11的端面之间的间距一致，下定位座50上具有角度定位面52，角度定位面52与导叶叶片2的进水边2a一端的侧面的表面形状相适配，角度定位面52与轴向定位面51之间的夹角和导叶叶片2的安装角一致，工装盖板30与工装底座5相对的面上具有用于定位轮毂1的小端12端面的环形凸台35，环形凸台35与第一环形凹槽20同轴，图4是本发明实施例提供的工装盖板的结构示意图，如图4所示，工装盖板30与工装底座5相对的面上具有用于定位导叶叶片2的出水边2b的多个上定位座60，多个上定位座60围成的圆周与环形凸台35同轴，上定位座60的数量与下定位座50的数量一致，多个上定位座60沿绕与第一环形凹槽20同轴的圆周等角度间隔布置，每个上定位座60上设置有至少两个用于支撑导叶叶片2的定位螺杆61，工装底座5上设置有螺孔23，螺孔23中设置有螺柱70，工装盖板30上对应螺柱70的位置设有通孔31。
本发明实施例通过第一环形凹槽定位轮毂的大端，第二环形凹槽定位法兰，保证第一环形凹槽和第二环形凹槽的同轴，使得导叶罩壳和轮毂同轴，沿绕与第一环形凹槽同轴的圆周等角度间隔设置下定位座和上定位座，使导叶叶片绕轮毂轴线等角度分布，多个下定位座具有角度定位面使每个导叶叶片的安装角与理论设计一致，第一底面与第二底面之间的间距和大端端面与法兰面之间的间距一致，轴向定位面与第一底面之间的间距和导叶叶片进水边与大端端面之间的间距一致，通过控制第一底面、第二底面和轴向定位面之间的相对轴向位置以控制轮毂、导叶罩壳和导叶叶片的相对轴向位置。
实现时，如图1所示，通过环形凸台35顶紧轮毂1的小端12，增强了工装盖板30的稳定性。
进一步地，环形凸台35上具有第三环形凹槽40，第三环形凹槽与环形凸台35同轴，第三环形凹槽40包括第三底面41和第三内侧壁42，第三内侧壁42的直径与小端12的内径一致，通过第三环形凹槽40对小端12进行定位，确保上定位座60围绕的圆周与多个下定位座50围绕的圆周同轴。
参见图3，螺孔23沿绕第一环形凹槽20的轴线的圆周等角度间隔设置，通过将多个螺孔23等角度间隔设置，使各螺母的压紧力均匀作用在工装盖板30上，避免由于受力不均导致的工装盖板的歪斜。
进一步地，相邻两螺孔23间隔的角度与相邻两下定位座50间隔的角度一致，通过设置相同的间隔角度，可以使在安装工装盖板30时，只要将安装在工装底座5的螺孔23中的螺柱70对应穿过工装盖板30上的通孔31就可以保证上定位座60与下定位座50之间的周向相对位置。
图5是图3中沿A向的局部示意图，如图5所示，多个下定位座50上设有下周向定位面53，下周向定位面53垂直于轴向定位面51，图6是图4中沿B向的局部示意图，如图6所示，多个上定位座60上对应下周向定位面53设有用于定位工装盖板30的周向位置的上周向定位面62，通过将上周向定位面62与下周向定位面53对齐，以实现工装盖板30的周向定位，进而确保工装盖板30上的通孔31和上定位座60的周向位置。
此外，上定位座60朝向工装底座5的面与导叶叶片2的出水边2b平行，可以方便导叶叶片2贴靠在定位螺杆61上。
进一步地，通过调节定位螺杆61伸出上定位座60朝向工装底座5一侧的长度，以避免由于导叶叶片2的铸造误差而导致的部分导叶叶片2无法有效贴靠在定位螺杆61的情况。
此外，参见图3，工装底座5中央可以设有圆形通孔，圆形通孔与第一环形凹槽同轴，在轮毂1的轴较长时，可以将工装底座5用等高铁垫起，并使轮毂1的轴从工装底座5中央的圆形通孔中穿过，从而不影响轮毂1在焊接工装上的安装。
本发明实施例还提供了一种焊接方法，该焊接方法适于采用前述的任一种焊接工装焊接导叶喷嘴，参照图1和图2，该焊接方法包括：
S1：放置轮毂1；
S2：安装工装盖板30；
S3：放置导叶叶片2；
S4：焊接导叶叶片2和轮毂1；
S5；拆卸工装盖板30；
S6：放置导叶罩壳3；
S7：焊接导叶罩壳3和导叶叶片2；
其中，放置轮毂1包括：
将轮毂1的大端11朝向工装底座5放置，并通过第一底面20a定位大端11的端面，使轮毂1与第一环形凹槽20同轴布置；
安装工装盖板30包括：
将工装盖板30有环形凸台35的一面朝向工装底座5定位放置在轮毂1的小端12的端面上；
将上周向定位面62与下周向定位面53对齐；
通过螺柱70锁紧工装盖板30和工装底座5；
放置导叶叶片2包括：
将导叶叶片2的进水边2a放置在轴向定位面51上；
将导叶叶片2的进水边2a一端的侧面贴靠在角度定位面52上，将导叶叶片2的出水边2b一端的同一面贴靠在定位螺杆61上，将导叶叶片2朝向轮毂1的一边贴靠在轮毂1上；
放置导叶罩壳3包括：
将导叶罩壳3的法兰4朝向工装底座5罩设在轮毂1和导叶叶片2上，并通过第二底面10a定位法兰4，使法兰4与第二环形凹槽10同轴布置。
本发明实施例通过第一环形凹槽定位轮毂的大端，第二环形凹槽定位法兰，保证第一环形凹槽和第二环形凹槽的同轴，使得导叶罩壳和轮毂同轴，沿绕与第一环形凹槽同轴的圆周等角度间隔设置下定位座和上定位座，使导叶叶片绕轮毂轴线等角度分布，多个下定位座具有角度定位面使每个导叶叶片的安装角与理论设计一致，第一底面与第二底面之间的间距和大端端面与法兰面之间的间距一致，轴向定位面与第一底面之间的间距和导叶叶片进水边与大端端面之间的间距一致，通过控制第一底面、第二底面和轴向定位面之间的相对轴向位置以控制轮毂、导叶罩壳和导叶叶片的相对轴向位置。
具体地，将上周向定位面62与下周向定位面53对齐包括：
将钢尺的一面的一端与一下定位座50的下周向定位面53紧贴，将与该下定位座50相对的一上定位座60的上周向定位面62与钢尺的同一面的另一端紧贴。
利用常用工具简单快速地实现工装盖板30的周向定位，进而确保工装盖板30上的通孔31和上定位座60的周向位置。
需要说明的是，也可以通过其他工具确保上周向定位面62与下周向定位面53对齐，本发明并不以此为限。
进一步地，焊接导叶叶片2和轮毂1包括：
将所有导叶叶片2通过点焊焊接到轮毂1上。
具体地，在点焊过程中，应先焊接两端位置后焊接中间位置以防止导叶叶片2出现变形偏离正确的焊接位置。
进一步地，焊接导叶罩壳3和导叶叶片2包括：
将所有导叶叶片2通过点焊焊接到导叶罩壳3内壁上；
将导叶喷嘴整体从工装上取下，检测导叶喷嘴的尺寸；
检测合格后，满焊。
具体地，在点焊过程中，应先焊接叶片2的两端位置后焊接中间位置以防止导叶叶片2出现变形偏离正确的焊接位置。
此外，检测导叶喷嘴的尺寸包括：
检测多个导叶叶片2的安装角；
检测多个导叶叶片在圆周方向上的角度间隔；
检测导叶罩壳3的法兰面、导叶叶片2的进水边2a和轮毂1之间的相对轴向位置；
检测导叶罩壳3和轮毂1的轴线的同轴度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于大功率喷水推进装置导叶喷嘴的焊接工装，其特征在于，所述焊接工装包括工装底座(5)和工装盖板(30)，
所述工装底座(5)上设有用于定位轮毂(1)的大端(11)的第一环形凹槽(20)和用于定位法兰(4)的第二环形凹槽(10)，所述第一环形凹槽(20)和所述第二环形凹槽(10)同轴，所述第一环形凹槽(20)具有第一底面(20a)和第一内侧壁(20b)，所述第一内侧壁(20b)的直径与所述大端(11)的外圆直径一致，所述第二环形凹槽(10)具有第二底面(10a)和第二内侧壁(10b)，所述第二内侧壁(10b)的直径与所述法兰(4)的内径一致，所述第一底面(20a)和所述第二底面(10a)之间的间距与所述轮毂(1)的所述大端(11)的端面和所述法兰(4)的法兰面之间的轴向间距一致，所述第一环形凹槽(20)和所述第二环形凹槽(10)之间设置有用于定位导叶叶片(2)的进水边(2a)的多个下定位座(50)，所述下定位座(50)的数量与所述导叶叶片(2)的数量一致，多个所述下定位座(50)沿绕与所述第一环形凹槽(20)同轴的圆周等角度间隔布置，所述下定位座(50)上具有轴向定位面(51)，所述轴向定位面(51)与所述第一底面(20a)之间的间距和所述导叶叶片(2)的进水边(2a)与所述大端(11)的端面之间的间距一致，所述下定位座(50)上具有角度定位面(52)，所述角度定位面(52)与所述导叶叶片(2)的进水边(2a)一端的侧面的表面形状相适配，所述角度定位面(52)与所述轴向定位面(51)之间的夹角和所述导叶叶片(2)的安装角一致，
所述工装盖板(30)与所述工装底座(5)相对的面上具有用于定位所述轮毂(1)的小端(12)端面的环形凸台(35)，所述环形凸台(35)与所述第一环形凹槽(20)同轴，所述工装盖板(30)与所述工装底座(5)相对的面上具有用于定位所述导叶叶片(2)的出水边(2b)的多个上定位座(60)，多个所述上定位座(60)围成的圆周与所述环形凸台(35)同轴，所述上定位座(60)的数量与所述下定位座(50)的数量一致，多个所述上定位座(60)沿绕与所述第一环形凹槽(20)同轴的圆周等角度间隔布置，每个所述上定位座(60)上设置有至少两个用于支撑所述导叶叶片(2)的定位螺杆(61)，
所述工装底座(5)上设置有螺孔(23)，所述螺孔(23)中设置有螺柱(70)，所述工装盖板(30)上对应所述螺柱(70)的位置设有通孔(31)。
2.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，所述环形凸台(35)上具有第三环形凹槽(40)，所述第三环形凹槽(40)与所述环形凸台(35)同轴，所述第三环形凹槽(40)包括第三底面(41)和第三内侧壁(42)，所述第三内侧壁(42)的直径与所述小端(12)的内径一致。
3.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，多个所述下定位座(50)上设有下周向定位面(53)，所述下周向定位面(53)垂直于所述轴向定位面(51)，多个所述上定位座(60)上对应所述下周向定位面(53)设有用于定位所述工装盖板(30)的周向位置的上周向定位面(62)。
4.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，所述螺孔(23)沿绕所述第一环形凹槽(20)的轴线的圆周等角度间隔设置。
5.根据权利要求4所述的焊接工装，其特征在于，相邻两所述螺孔(23)间隔的角度与相邻两所述下定位座(50)间隔的角度一致。
6.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，所述上定位座朝(60)向所述工装底座(5)的面与所述导叶叶片(2)的出水边(2b)平行。
7.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，所述工装底座(5)中央设有圆形通孔，所述圆形通孔与所述第一环形凹槽同轴。
8.一种焊接方法，所述焊接方法适于采用权利要求1-7任一项所述的焊接工装焊接导叶喷嘴，其特征在于，所述焊接方法包括：
S1：放置轮毂(1)；
S2：安装工装盖板(30)；
S3：放置导叶叶片(2)；
S4：焊接所述导叶叶片(2)和所述轮毂(1)；
S5；拆卸工装盖板(30)；
S6：放置导叶罩壳(3)；
S7：焊接所述导叶罩壳(3)和所述导叶叶片(2)；
其中，所述放置轮毂(1)包括：
将所述轮毂(1)的大端(11)朝向工装底座(5)放置，并通过第一底面(20a)定位所述大端(11)的端面，使所述轮毂(1)与第一环形凹槽(20)同轴布置；
所述安装工装盖板(30)包括：
将所述工装盖板(30)有所述环形凸台(35)的一面朝向所述工装底座(5)定位放置在所述轮毂(1)的小端(12)的端面上；
将上周向定位面(62)与下周向定位面(53)对齐；
通过所述螺柱(70)锁紧所述工装盖板(30)和所述工装底座(5)；
所述放置导叶叶片(2)包括：
将所述导叶叶片(2)的进水边(2a)放置在轴向定位面(51)上；
将所述导叶叶片(2)的所述进水边(2a)一端的侧面贴靠在角度定位面(52)上，将所述导叶叶片(2)的出水边(2b)一端的同一面贴靠在定位螺杆(61)上，将所述导叶叶片(2)朝向所述轮毂(1)的一边贴靠在所述轮毂(1)上；
所述放置导叶罩壳(3)包括：
将所述导叶罩壳(3)的法兰(4)朝向所述工装底座(5)罩设在所述轮毂(1)和所述导叶叶片(2)上，并通过第二底面(10a)定位所述法兰(4)，使所述法兰(4)与第二环形凹槽(10)同轴布置。
9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接所述导叶叶片(2)和所述轮毂(1)包括：
将所有所述导叶叶片(2)通过点焊焊接到所述轮毂(1)上。
10.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接所述导叶罩壳(3)和所述导叶叶片(2)包括：
将所有所述导叶叶片(2)通过点焊焊接到所述导叶罩壳(3)内壁上；
将导叶喷嘴整体从工装上取下，检测所述导叶喷嘴的尺寸；
检测合格后，满焊。
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