CN106695213B - 一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具及装配方法 - Google Patents

Abstract

一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具及装配方法，其技术要点是：包括夹具本体，夹具本体包括焊接夹具，球壳包括上半球壳和下半球壳，上半球壳和下半球壳之间设有赤道焊缝，赤道焊缝上设有凸台，焊接夹具包括与下半球壳相连接的托举夹具；装配方法包括将平台小车装载到真空室导轨上，将托举夹具装配到转台，将下半球壳装载到托举夹具的支撑筒斜面结构上，同步对称锁紧L形转接板与托举夹具之间的螺栓，将上半球壳装配到下半球壳上，装配完成后氩弧焊点焊上半球壳和下半球壳间的凸台上焊接位置，再通过氩弧焊点焊球壳内部焊接位置，完成上半球壳和下半球壳装配；采用该技术方案保证了焊接位置精度以及焊接间隙、焊接阶差等装配要求。

Description

一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具及装配方法

技术领域

本发明涉及工装夹具和装配调整方法技术领域，具体的说是一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具及装配方法。

背景技术

在工程实践的许多情况下，需要针对大型球壳等压力容器零件赤道进行整体化焊接制造，当焊接厚度为30～150毫米、赤道焊缝长度达到1～7米时，通常采用自动氩弧焊、电子束焊接等方法进行拼接。如载人深潜器的载人舱球壳结构，内径2.1米，厚度50～60毫米。针对大尺寸、大厚度球壳类结构，为了获得更好的焊接质量，焊接前球壳零件的工装夹具设计及结构定位装配至关重要。

由于球壳尺寸较大，现有技术中，球壳零件结构一般在半精加工状态或精加工后进行自动氩弧焊、电子束焊接，除了焊接对接面，球壳结构自身无定位、调整及测量位置，因此，焊接工装夹具和装配方法的难度大，不方便进行装配调整。此外，现有技术的焊接夹具的零件高度较高，因此电子束焊接工艺的空间裕度小，不能实现定位、测量、调整以及装配功能，球壳窗口的刚性不理想，也不能实现球壳结构外部的间接连接固定，焊接位置精度以及焊接间隙并不理想，会影响到焊缝成形、焊接质量等问题。

发明内容

本发明的目的，就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具及装配方法。

一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，包括夹具本体，所述夹具本体包括焊接夹具，球壳包括上半球壳和下半球壳，上半球壳和下半球壳之间设置有赤道焊缝，赤道焊缝上设置有凸台，下半球壳的外表面设置有窗口，焊接夹具包括与下半球壳相连接的托举夹具，托举夹具的上部设置有支撑臂，支撑臂之间为支撑筒，支撑筒的内侧下部装配面为斜面结构，支撑筒的外侧下部连接有定位工装夹具，定位工装夹具的下部设置有转台，与转台连接的定位工装夹具上设置有T型槽，转台的一侧连接有平台小车，托举夹具与下半球壳的外表面之间通过L形转接板相连接，所述L形转接板上分别设置有U形槽和通孔，该通孔通过螺栓连接外压板，所述外压板上设置有螺纹孔，L形转接板上的U形槽与支撑臂通过螺栓相连接，所述外压板设置在窗口位于球壳外侧的端部，外压板在窗口处通过螺栓连接内压板，内压板设置在窗口的位于球壳内侧的端部。

进一步地，所述平台小车的两侧分别设置有滚动轮，滚动轮之间设置有导向轮，平台小车的平台凹槽上设置有配合转台的螺栓孔。

进一步地，所述托举夹具为盘形托举夹具，所述平台小车和球壳上还分别设置有百分表。

一种上述大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具的装配方法：

第一步，将平台小车装载到真空室导轨上，再将转台装配到平台小车上，使转台与平台小车连接锁紧；

第二步，将托举夹具装配到转台，将百分表固定到小车上，分别测量支撑筒的上表面平面跳动及筒外表面的径向跳动，调整定位工装夹具，并将定位工装夹具和T形槽锁紧定位；

第三步，将下半球壳装载到托举夹具的支撑筒斜面结构上，将内压板和外压板用螺栓连接，再将L形转接板与托举夹具及外压板通过螺栓连接固定；

第四步，同步对称锁紧L形转接板与托举夹具之间的螺栓，同时利用百分表分别测量焊接位置焊接面的平面跳动和径向跳动，重复前述同步对称锁紧L形转接板与托举夹具之间的螺栓的操作方法，增加螺栓的锁紧量，随着锁紧次数的增加，预留平面高度逐渐减小，保证焊接面平面跳动和径向跳动分别小于0.1mm和0.5mm；

第五步，下半球壳装配完成后，将上半球壳装配到下半球壳上，在凸台上采用百分表分别测量平面跳动和径向跳动，调整上半球壳位置，凸台位置平面跳动和径向跳动分别小于0.2mm和0.5mm；

第六步，装配完成后氩弧焊点焊上半球壳和下半球壳间的凸台上焊接位置，再通过氩弧焊点焊球壳内部焊接位置，完成上半球壳和下半球壳的装配。

进一步地，所述上半球壳和所述下半球壳的焊接对接面位置平面跳动，即焊缝位置偏离电子束中心线的偏差距离小于0.5mm。

本发明的优点：

1.便于上、下半球的装配调整，保证了对焊接熔池的支撑作用，增加了焊接和加工余量，提高零件尺寸加工裕度；

2.焊接夹具采用内凹嵌入形式降低了零件高度，提高电子束焊接工艺空间裕度；

3.在无自定位、自装配位置情况下，托举夹具和L形转接板及外加压板等工装夹具，具备定位、测量、调整以及装配功能，既保证了下半球在托举夹具斜面上的定心和自由滑动，又加强了球壳窗口的刚性，有利于变形控制；

4.实现了球壳结构外部的间接连接固定；

5.保证了焊接位置精度以及焊接间隙、焊接阶差等装配要求，有利于改善焊缝成形、提高焊接质量，降低焊接变形。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意简图；

图2是本发明的托举夹具的结构示意简图；

图3是本发明的转台的结构示意简图；

图4是本发明的L形转接板的结构示意简图；

图5是本发明的L形转接板的俯视结构示意简图。

具体实施例

为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图以及实施例对本发明的技术方案作以详细说明。

实施例1

如图1所示，一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，包括夹具本体，所述夹具本体包括焊接夹具6，球壳1包括上半球壳2和下半球壳3，上半球壳2和下半球壳3之间设置有赤道焊缝13，赤道焊缝13上设置有凸台4，下半球壳3的外表面设置有窗口12，窗口12位于球壳1外侧的端部设置有外压板11，窗口12的位于球壳1内侧的端部设置有内压板，外压板11和内压板与窗口12通过螺栓相连接，焊接夹具6包括与下半球壳3相连接的托举夹具9，托举夹具9的上部设置有支撑臂14，支撑臂14之间为支撑筒15，支撑筒15的内侧下部装配面为斜面结构，支撑筒15的外侧下部连接有定位工装夹具5，定位工装夹具5的下部设置有转台8，与转台8连接的定位工装夹具5上设置有T型槽，转台8的一侧连接有平台小车7，托举夹具9与下半球壳3的外表面之间通过L形转接板10相连接。

一种上述大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具的装配方法： 第一步，将平台小车7装载到真空室导轨上，再将转台8装配到平台小车7上，使转台8与平台小车7连接锁紧；第二步，将托举夹具9装配到转台8，将百分表固定到平台小车7上，分别测量支撑筒15的上表面平面跳动及筒外表面的径向跳动，调整定位工装夹具5，并将定位工装夹具5和T形槽锁紧定位；第三步，将下半球壳3装载到托举夹具9的支撑筒15斜面结构上，将内压板和外压板11用螺栓连接，再将L形转接板10与托举夹具9及外压板11通过螺栓连接固定；第四步，同步对称锁紧L形转接板10与托举夹具9之间的螺栓，同时利用百分表分别测量焊接位置焊接面的平面跳动和径向跳动，重复前述同步对称锁紧L形转接板10与托举夹具9之间的螺栓的操作方法，增加螺栓的锁紧量，随着锁紧次数的增加，预留平面高度逐渐减小，保证焊接面平面跳动和径向跳动分别小于0.1mm和0.5mm；第五步，下半球壳3装配完成后，将上半球壳2装配到下半球壳3上，在凸台4上采用百分表分别测量平面跳动和径向跳动，调整上半球壳2位置，凸台4位置平面跳动和径向跳动分别小于0.2mm和0.5mm；第六步，装配完成后氩弧焊点焊上半球壳2和下半球壳3间的凸台4上焊接位置，再通过点焊球壳内部焊接位置，完成上半球壳2和下半球壳3的装配。

实施例2

如图1所示， 一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，包括夹具本体，所述夹具本体包括焊接夹具6，球壳1包括上半球壳2和下半球壳3，上半球壳2和下半球壳3之间设置有赤道焊缝13，赤道焊缝13上设置有凸台4，凸台4既保证了对焊接熔池的支撑作用，增加了焊接加工余量，提高了尺寸加工裕度，保证了零件的成品率，又为零件组对装配提供了测量的基准位置，下半球壳3的外表面设置有窗口12，窗口12位于球壳1外侧的端部设置有外压板11，窗口12的位于球壳1内侧的端部设置有内压板，外压板11和内压板与窗口12通过螺栓相连接，外压板11上设置有螺纹孔，所述L形转接板10上分别设置有U形槽19和通孔18，通孔18与外压板11上的螺纹孔通过螺栓相连接，L形转接板10上的U形槽19与支撑臂14通过螺栓相连接，焊接夹具6包括与下半球壳3相连接的托举夹具9，托举夹具9为盘形托举夹具，托举夹具9的上部设置有支撑臂14，支撑臂14之间为支撑筒15，支撑筒15的内侧下部装配面为斜面结构，支撑筒15的外侧下部连接有定位工装夹具5，定位工装夹具5的下部设置有转台8，与转台8连接的定位工装夹具5上设置有T型槽，转台8的一侧连接有平台小车7，平台小车7用于装配固定转台8，采用内凹嵌入形式降低了零件高度，提高电子束焊接工艺空间裕度，平台小车7的两侧分别设置有滚动轮16，滚动轮16之间设置有导向轮17，平台小车7的平台凹槽上设置有配合转台8的螺栓孔，托举夹具9与下半球壳3的外表面之间通过L形转接板10相连接，所述所述平台小车7和球壳1上还分别设置有百分表。

一种上述大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具的装配方法： 第一步，将平台小车7装载到真空室导轨上，再将转台8装配到平台小车7上，使转台8与平台小车7连接锁紧；第二步，将托举夹具9装配到转台8，将百分表固定到平台小车7上，分别测量支撑筒15的上表面平面跳动及筒外表面的径向跳动，调整定位工装夹具5，并将定位工装夹具5和T形槽锁紧定位；第三步，将下半球壳3装载到托举夹具9的支撑筒15斜面结构上，将内压板和外压板11用螺栓连接，再将L形转接板10与托举夹具9及外压板11通过螺栓连接固定；第四步，同步对称锁紧L形转接板10与托举夹具9之间的螺栓，同时利用百分表分别测量焊接位置焊接面的平面跳动和径向跳动，上半球壳2和下半球壳3的焊接对接面位置平面跳动，即焊缝位置偏离电子束中心线的偏差距离小于0.5mm，重复前述同步对称锁紧L形转接板10与托举夹具9之间的螺栓的操作方法，增加螺栓的锁紧量，随着锁紧次数的增加，预留平面高度逐渐减小，保证焊接面平面跳动和径向跳动分别小于0.1mm和0.5mm；第五步，下半球壳3装配完成后，将上半球壳2装配到下半球壳3上，在凸台4上采用百分表分别测量平面跳动和径向跳动，调整上半球壳2位置，凸台4位置平面跳动和径向跳动分别小于0.2mm和0.5mm；第六步，装配完成后氩弧焊点焊上半球壳2和下半球壳3间的凸台4上焊接位置，再通过氩弧焊点焊球壳内部焊接位置，完成上半球壳2和下半球壳3的装配。

Claims (5)

1.一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，包括夹具本体，其特征在于：所述夹具本体包括焊接夹具，球壳包括上半球壳和下半球壳，上半球壳和下半球壳之间设置有赤道焊缝，赤道焊缝上设置有凸台，下半球壳的外表面设置有窗口，焊接夹具包括与下半球壳相连接的托举夹具，托举夹具的上部设置有支撑臂，支撑臂之间为支撑筒，支撑筒的内侧下部装配面为斜面结构，支撑筒的外侧下部连接有定位工装夹具，定位工装夹具的下部设置有转台，与转台连接的定位工装夹具上设置有T型槽，转台的一侧连接有平台小车，托举夹具与下半球壳的外表面之间通过L形转接板相连接，所述L形转接板上分别设置有U形槽和通孔，该通孔通过螺栓连接外压板，所述外压板上设置有螺纹孔，L形转接板上的U形槽与支撑臂通过螺栓相连接，所述外压板设置在窗口位于球壳外侧的端部，外压板在窗口处通过螺栓连接内压板，内压板设置在窗口的位于球壳内侧的端部。

2.根据权利要求1所述的一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，其特征在于：所述平台小车的两侧分别设置有滚动轮，滚动轮之间设置有导向轮，平台小车的平台凹槽上设置有配合转台的螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具，其特征在于：所述托举夹具为盘形托举夹具，所述平台小车和球壳上还分别设置有百分表。

4.如权利要求1所述的一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具的装配方法，其特征在于：

第一步，将平台小车装载到真空室导轨上，再将转台装配到平台小车上，使转台与平台小车连接锁紧；

第二步，将托举夹具装配到转台，将百分表固定到小车上，分别测量支撑筒的上表面平面跳动及筒外表面的径向跳动，调整定位工装夹具，并将定位工装夹具和T形槽锁紧定位；

第三步，将下半球壳装载到托举夹具的支撑筒斜面结构上，将内压板和外压板用螺栓连接，再将L形转接板与托举夹具及外压板通过螺栓连接固定；

第四步，同步对称锁紧L形转接板与托举夹具之间的螺栓，同时利用百分表分别测量焊接位置焊接面的平面跳动和径向跳动，重复前述同步对称锁紧L形转接板与托举夹具之间的螺栓的操作方法，增加螺栓的锁紧量，随着锁紧次数的增加，预留平面高度逐渐减小，保证焊接面平面跳动和径向跳动分别小于0.1mm和0.5mm；

第五步，下半球壳装配完成后，将上半球壳装配到下半球壳上，在凸台上采用百分表分别测量平面跳动和径向跳动，调整上半球壳位置，凸台位置平面跳动和径向跳动分别小于0.2mm和0.5mm；

第六步，装配完成后氩弧焊点焊上半球壳和下半球壳间的凸台上焊接位置，再通过氩弧焊点焊球壳内部焊接位置，完成上半球壳和下半球壳的装配。

5.根据权利要求4所述的一种大型球壳结构横向自动焊接的工装夹具的装配方法，其特征在于：所述上半球壳和所述下半球壳的焊接对接面位置平面跳动，即焊缝位置偏离电子束中心线的偏差距离小于0.5mm。