CN106271008A - 一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装 - Google Patents

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Abstract

一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，在底板的两侧表面分别排布有三组固定螺栓孔。将第一连接板和两个第二连接板依次安装在底板的上表面，并使各连接板分别与两个侧板上的滑槽对应。本发明用于薄壁异型固体发动机壳体主型面和上盖板的装配焊接，对焊缝对口错边量进行调整，并对整个固体发动机壳体进行约束，防止固体发动机壳体在焊接过程中发生形变，同时，工装能使固体发动机壳体产生旋转，使所有焊缝能在一炉真空下完成焊接，提高焊接效率和质量。焊缝成型良好，经100％X射线探伤，焊缝未出现单边未熔合和焊漏缺陷，满足GJB1718A‑2005《电子束焊接》I级焊缝的要求。

Description

一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装
技术领域
本发明涉及固体发动机壳体的装配领域，具体是一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装。
背景技术
固体发动机壳体由主型面和上盖采用真空电子束组焊而成，焊接部位壁厚较薄，厚度约3mm，为保证焊接质量，避免焊后形成单边未熔合缺陷或焊漏，按照GJB1718A-2005《电子束焊接》的要求，固体发动机壳体装配质量必需满足对口错边量不大于0.2mm且均匀，间隙不大于0.12mm且均匀。
壳体为异型结构，焊缝为两条“L”型焊缝和一条“一”字型焊缝的组合焊缝，采用传统的外顶工装，一方面无法实现所有焊缝错边和间隙的调整，另一方面，传统外顶工装会遮挡部分焊缝，真空电子束焊接电子束流无法到达焊接部位，也无法实现三条焊缝在只抽一炉真空的情况下完成焊接。
在公开号为CN105458506A的发明创造中提出了一种薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及成型方法，该方法提出采用限位块、限位杆来固定舱体位置，然后通过拧紧包带组件上的螺母使舱体骨架和蒙皮紧密接触，保证装配间隙小于0.2mm，但该工装只能调节装配间隙，对装配错边量的调节作用很小。另外，该工装只适用于定位焊，焊接时需拆除工装，生产效率低。
专利CN201220008393《一种封头与筒体组对装置》中提到的封头与筒体装配时使用的工装，通过定位圈，定位螺钉和调整螺钉实现封头与筒体装配的同心，利用调整螺钉控制封头与筒体对接焊缝处的错边量，但由于定位圈将部分焊缝遮挡，该工装只适用于定位焊。
发明内容
为克服现有技术中存在的仅适用于定位焊的不足，本发明提出了一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装。
本发明包括底板、压板、三个连接板、多个压紧头和多个压紧螺栓。其中，底板由两个夹持板和底部板组成；所述的连接板包括第一连接板和两个第二连接板。所述两个夹持板分别安装在所述底部板的两端端面，形成了底板；在该底板一端的上表面固定有压板；在该底板的两侧表面分别有排布有三组固定螺栓孔，其中的第一组固定螺栓孔位于有压板一端。将所述第一连接板和两个第二连接板依次安装在该底部板的上表面，所述第一连接板位于有压板一端；将该第一连接板两个侧板上的滑槽与所述第一组固定螺栓孔的位置对应。依次将两个第二连接板分别置于该底板的上表面，并使两个第二连接板两个侧板上的滑槽与第二组螺栓孔和第三组螺栓孔的位置对应。
所述第一连接板外端端面距该底板端面的距离L1须使该第一连接板侧板上的焊接工艺槽与固体发动机壳体侧面的焊缝对应。所述第二连接板的内端面距所述第一连接板内端面的距离须满足该第一连接板水平方向的移动需要。
所述第一连接板和两个第二连接板均为“凹”形框件。在第一连接板两个侧板的下部分别有与底板两侧表面的第一组固定螺栓孔对应的滑槽；在该第一连接板两个侧板的上部，分别有与固体发动机壳体侧面的焊缝对应的焊接工艺槽；在该第一连接板的顶板一端亦开有焊接工艺槽，该焊接工艺槽的位置与固体发动机壳体顶面的焊缝对应；在该第一连接板的顶板上和各焊接工艺槽的两侧均排布有压紧螺栓的安装孔。
所述的压紧螺栓由螺杆和压紧头组成。所述螺栓螺杆的端面为半圆形的弧面，在该螺栓的螺杆靠近半圆弧端面一端的螺栓杆体上，沿该螺栓的圆周表面上加工一环形凹槽；该凹槽的外径小于所述压紧头的最小内径。所述压紧头一端端面有盲孔；该盲孔为阶梯孔，并且孔口处的内径最小，使孔口处的内径与螺栓的外径相同。将所述压紧头的盲孔套装在所述螺杆的端头，并使孔口的最小内径处位于螺杆端头的环形凹槽内。
所述夹持板由矩形板和圆柱体组成，将所述圆柱体固定在该矩形板一个表面的几何中心处，并使圆柱体垂直于该矩形板的表面。所述矩形板的外形尺寸与圆柱体的尺寸须能够将该底板的两端加持在机床上。
所述压板下表面的开有凹槽，该凹槽贯通压板的宽度方向；在凹槽的几何中心开有条形滑槽，该滑槽的长度方向与压板的长度方向一致。
本发明能够对焊缝对口错边量进行调整，并对整个固体发动机壳体进行约束，防止固体发动机壳体在焊接过程中发生形变，同时，工装能使固体发动机壳体产生旋转，使所有焊缝能在一炉真空下完成焊接，提高焊接效率和质量。
使用时，首先将底板置于装配平台上，然后将固体发动机壳体放置于底板上，再利用压板、螺栓和垫片将固体发动机壳体初步固定于底板上。随后将第一连接板、第二连接板通过固定螺栓、固定垫片连接到底板上，并在各压紧螺栓安装孔处安装压紧螺栓。通过调节第一连接板和第二连接板上减重孔两侧安装的压紧螺栓伸出长度，使压紧头与固体发动机壳体进行接触，调整固体发动机壳体摆放位置，使固体发动机壳体轴线与底板轴线平行，同时保证各处焊缝的位置分别位于相应的焊接工艺槽的中间，通过螺栓固紧，将固体发动机壳体位置完全固定。逐个调节第一连接板上各焊接工艺槽两侧的压紧螺栓，使螺栓产生顶锻力，并通过压紧头作用在主型面和上盖板近焊缝区域上，从而使主型面和上盖板近焊缝区域产生变形，调节装配错边和间隙满足GJB1718A-2005《电子束焊接》对装配错边和装配间隙的要求。错边和间隙满足要求后将工装和固体发动机壳体移至真空电子束焊机进行装夹，通过三爪卡盘夹紧底板一端的夹持板，尾顶顶紧另一端的夹持板，实现固体发动机壳体在真空电子束焊机的装夹。
本发明利用工装可对焊缝对口错边量进行调整，并对整个固体发动机壳体进行约束，防止固体发动机壳体在焊接过程中发生形变，同时，工装能使固体发动机壳体产生旋转，使所有焊缝能在一炉真空下完成焊接，提高焊接效率和质量。
本发明能够实现薄壁异型固体发动机壳体主型面和上盖板的装配焊接。本发明调节装配质量和控制焊接变形的原理是：首先，以固体发动机壳体的主型面和上盖板对接型面为基准，通过调整焊缝两侧压紧螺栓的伸出长度，对主型面和上盖板对接处外型面凸出一侧施加垂直于外型面的压力，造成凸出一侧的型面产生变形，进而向内弯曲，使主型面与上盖板外型面近于重合，从而达到调节错边和装配间隙的目的。其次，通过调整除焊缝两侧以外的压紧螺栓伸出长度，以及采用压板对固体发动机壳体进行压紧，进而对整个固体发动机壳体进行固定和约束，防止焊接变形的产生。
经试验验证，采用本发明提出的装配焊接工装装配后的固体发动机壳体经过真空电子束焊接后，焊缝成型良好，经100％X射线探伤，焊缝未出现单边未熔合和焊漏缺陷，满足GJB1718A-2005《电子束焊接》I级焊缝的要求。压紧螺栓采用改制的普通螺栓和压紧头组合而成，改制后的普通螺栓螺杆端头为弧面，这样在使用过程中螺栓和压紧头的相对位置可以变动，从而保证无论压紧螺栓作用力是否和零件表面垂直，压紧头都能与零件表面完美贴合，使压紧力作用范围为面，避免压紧头与零件产生点接触后造成对零件表面的损伤。
附图说明
图1为待焊接固体发动机壳体结构示意图，其中1a是正视图，1b是1a的B向视图，1c是1a的A-A方向剖面图。
图2为固体发动机壳体装配焊接工装结构示意图，其中2a是正视图，2b是俯视图，2c是侧视图。
图3为工装底板结构示意图，其中3a是正视图，3b是俯视图，3c是侧视图。
图4为压紧螺栓结构示意图，其中4a是正视图，4b是4a的剖面图。
图5为固体发动机壳体装配示意图，其中5a是俯视图，5b是正视图。
图6为焊缝X射线探伤结果图片，其中6a是“一”字型焊缝探伤结果，6b是水平“L”型焊缝探伤结果。图中：
1.主型面；2.上盖板；3.底板；4.压板；5.第一连接板；6压紧螺栓；7.压紧头；8.第二连接板；9.固定螺栓；10.底部板；11.夹持板。
具体实施方式
本实施例是用于某型固体发动机壳体的上盖板与主型面的焊接装配工装。所述的上盖板长度为l＝350mm、宽度w＝100mm、高度h＝20mm、厚度t＝3mm，所述的主型面长度为l＝1000mm、宽度w＝100mm、高度h＝90mm、厚度t＝3mm。装配后，错边量保证在0.2mm以内且均匀，间隙保证在0.12mm以内且均匀，零件材料为TA15高强度钛合金。
本实施例包括底板3、压板4、两个连接板、多个压紧头7和多个压紧螺栓6。其中，底板3由两个夹持板11和底部板10组成；所述的连接板包括第一连接板5和两个第二连接板8。
本实施例中两个夹持板11分别安装在所述底部板10的两端端面，形成了底板3；在该底板3一端的上表面固定有压板4；在该底板的两侧表面分别排布有三组固定螺栓孔，其中的第一组固定螺栓孔位于有压板4一端。将所述第一连接板5和两个第二连接板8依次安装在该底部板10的上表面，所述第一连接板5位于有压板4一端；将该第一连接板两个侧板上的滑槽与所述第一组固定螺栓孔的位置对应。依次将两个第二连接板8分别置于该底板的上表面，并使两个第二连接板两个侧板上的滑槽与第二组螺栓孔和第三组螺栓孔的位置对应。
所述第一连接板5外端端面距该底板端面的距离L1须使该第一连接板侧板上的焊接工艺槽与固体发动机壳体侧面的焊缝对应。所述两个第二连接板8用于固定固体发动机壳体，以便于装配焊接；第二连接板8的内端面距所述第一连接板内端面的距离须满足该第一连接板水平方向的移动需要。
所述第一连接板和两个第二连接板均为倒“凹”形框件。在第一连接板两个侧板的下部分别有与底板两侧表面的第一组固定螺栓孔对应的滑槽；在该第一连接板两个侧板的上部，分别有与固体发动机壳体侧面的焊缝对应的焊接工艺槽；在所述焊接工艺槽的两侧排布有压紧螺栓6的安装孔；本实施例中，所述固体发动机壳体侧面的焊缝为水平的“L”形，故所述焊接工艺槽亦为水平的“L”形。在该第一连接板的顶板一端亦开有焊接工艺槽，该焊接工艺槽的位置与固体发动机壳体顶面的焊缝对应；所述固体发动机壳体顶面的焊缝为一字形，故所述焊接工艺槽亦为一字形；在所述焊接工艺槽的两侧排布有压紧螺栓6的安装孔。在该第一连接板的顶板上远离焊接工艺槽部位亦排布有多个压紧螺栓6的安装孔，在所述压紧螺栓的安装孔之间有减重孔。
所述的压紧螺栓6由螺杆和压紧头7组成。其中，所述的螺杆采用普通的螺栓改制而成。改制时，将螺栓螺杆的端面加工成为半圆形的弧面，在该螺栓的螺杆靠近半圆弧端面一端的螺栓杆体上，沿该螺栓的圆周表面上加工一环形凹槽；该凹槽的外径小于所述压紧头的最小内径。所述压紧头7为回转体，在该压紧头一端端面有盲孔；该盲孔为阶梯孔，并且孔口处的内径最小且为螺纹孔，使其与螺栓能进行配合。将所述压紧头的盲孔套装在所述螺杆的端头，并使孔口的最小内径处位于螺杆端头的环形凹槽内。
所述两个第二连接板两个侧板的下部分别有与底板两侧表面的第二组固定螺栓孔和第三组固定螺栓孔对应的滑槽。在各第二连接板两个侧板和顶板上均排布有多个压紧螺栓6的安装孔，在所述压紧螺栓孔的安装孔之间有减重孔。
所述夹持板11由矩形板和圆柱体组成，将所述圆柱体固定在该矩形板一个表面的几何中心处，并使圆柱体垂直于该矩形板的表面。所述矩形板的外形尺寸与圆柱体的尺寸须能够满足将该底板3的两端加持在机床上。
所述压板4采用现有技术。该压板为矩形板，在压板下表面的开有凹槽，该凹槽贯通压板的宽度方向；在凹槽的几何中心开有条形滑槽，该滑槽的长度方向与压板的长度方向一致。
本实施例中，底部板选用规格为1030×160×35mm的16Cr23Ni13钢板，在该底部板的两个侧面分别开有三组固定螺栓孔。其中第一组固定螺栓孔中最外端的孔心距底板端面的距离L1为246mm；第一组固定螺栓孔中各孔的中心距均为84mm。第二组固定螺栓孔中与第一组固定螺栓孔中最内端的螺栓孔相邻的孔的中心距为108mm。
本实施例中，所述夹持板的圆柱体的尺寸为φ125×125mm；矩形板的尺寸为125×400×50mm。
使用时，首先将底板3置于装配平台上，然后将固体发动机壳体放置于底板上，再利用压板4将固体发动机壳体初步固定于底板上。随后将第一连接板5、两个第二连接板8通过固定螺栓9连接到底板上，并安装压紧螺栓。通过调节第一连接板、第二连接板上减重孔两侧安装的压紧螺栓伸出长度，使压紧头与固体发动机壳体进行接触。通过位于第一连接板5和压板4上的滑槽，调整该第一连接板5和压板4与所述固体发动机壳体之间的相对位置，以保证分别位于固体发动机壳体两侧的“L”型焊缝和位于固体发动机壳体顶面的“一”字型焊缝分别与第一连接板上的焊接工艺槽一一对应并固紧，将固体发动机壳体完全固定。随后逐个调节第一连接板上各焊接工艺槽两侧的压紧螺栓，使螺栓产生顶锻力，并通过压紧头作用在主型面1和上盖板2近焊缝区域上，从而使主型面和上盖板近焊缝区域产生变形，调节装配错边和间隙满足GJB1718A-2005《电子束焊接》对装配错边和装配间隙的要求。错边和间隙满足要求后将工装和固体发动机壳体移至真空电子束焊机进行装夹，通过三爪卡盘夹紧底板一端的夹持板，尾顶顶紧另一端的夹持板，实现固体发动机壳体在真空电子束焊机的装夹。

Claims (6)

1.一种分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，包括底板、压板、三个连接板、多个压紧头和多个压紧螺栓；其中，底板由两个夹持板和底部板组成；所述的连接板包括第一连接板和两个第二连接板；所述两个夹持板分别安装在所述底部板的两端端面，形成了底板；在该底板一端的上表面固定有压板；在该底板的两侧表面分别有排布有三组固定螺栓孔，其中的第一组固定螺栓孔位于有压板一端；将所述第一连接板和两个第二连接板依次安装在该底部板的上表面，所述第一连接板位于有压板一端；将该第一连接板两个侧板上的滑槽与所述第一组固定螺栓孔的位置对应；依次将两个第二连接板分别置于该底板的上表面，并使两个第二连接板两个侧板上的滑槽与第二组螺栓孔和第三组螺栓孔的位置对应。
2.如权利要求1所述分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，所述第一连接板外端端面距该底板端面的距离须使该第一连接板侧板上的焊接工艺槽与固体发动机壳体侧面的焊缝对应；所述第二连接板的内端面距所述第一连接板内端面的距离须满足该第一连接板水平方向的移动需要。
3.如权利要求1所述分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，所述第一连接板和两个第二连接板均为“凹”形框件；在第一连接板两个侧板的下部分别有与底板两侧表面的第一组固定螺栓孔对应的滑槽；在该第一连接板两个侧板的上部，分别有与固体发动机壳体侧面的焊缝对应的焊接工艺槽；在该第一连接板的顶板一端亦开有焊接工艺槽，该焊接工艺槽的位置与固体发动机壳体顶面的焊缝对应；在该第一连接板的顶板上和各焊接工艺槽的两侧均排布有压紧螺栓的安装孔。
4.如权利要求1所述分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，所述的压紧螺栓由螺杆和压紧头组成；所述压紧螺栓中螺杆的端面为半圆形的弧面，在该压紧螺栓的螺杆靠近半圆弧端面一端的螺栓杆体上，沿该螺栓的圆周表面上加工一环形凹槽；该凹槽的外径小于所述压紧头的最小内径；所述压紧头一端端面有盲孔；该盲孔为阶梯孔，并且孔口处的内径最小，使孔口处的内径与螺栓的外径相同；将所述压紧头的盲孔套装在所述螺杆的端头，并使孔口的最小内径处位于螺杆端头的环形凹槽内。
5.如权利要求1所述分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，所述夹持板由矩形板和圆柱体组成，将所述圆柱体固定在该矩形板一个表面的几何中心处，并使圆柱体垂直于该矩形板的表面；所述矩形板的外形尺寸与圆柱体的尺寸须能够将该底板的两端加持在机床上。
6.如权利要求1所述分瓣式异型固体发动机壳体的装配焊接工装，其特征在于，所述压板下表面的开有凹槽，该凹槽贯通压板的宽度方向；在凹槽的几何中心开有条形滑槽，该滑槽的长度方向与压板的长度方向一致。
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