CN108838612B - 一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于薄壁壳体加工技术领域，具体涉及一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，包括支撑环、定位轴和压盖，支撑环的外圆柱面直径与壳体内径相同，用于凸块下端面的定位；支撑环上设有与壳体上安装凸台的孔同中心线的孔，定位轴通过支撑环上的孔用于支撑环的定位，压盖设于定位轴的上端用于凸块上端面的定位；定位轴的另一端设有支撑装置。本发明解决了大直径薄壁壳体焊接不均布凸台时，不易控制焊接变形量的难题，将外壳焊接不均布凸台时的零件变形量控制在公差范围内，满足工艺规范要求。本装置结构新颖，轻巧，定位可靠、操作方便灵活，便于制造。

Description

一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置

技术领域

本发明属于舰用发动机零件焊接技术，涉及一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置。

背景技术

燃烧室外壳是舰用发动机零件之一，它由上法兰、圆筒、下法兰和多个凸台组成，圆筒直径大，壁薄，在同一高度上沿圆周焊接多个不均布凸台，焊后零件易变形，难于保证设计图要求。如图1所示，燃烧室外壳由上法兰01、圆筒02、下法兰04和多个凸台03组成，某机燃烧室外壳需要焊接4个凸台03，凸台为台阶状，中间有孔，圆筒02内径D3为1255mm，壁薄8mm，在靠近下法兰04，同一高度，四分之一圆周上分布4个不均布的孔，孔直径D1为Φ150mm，这4孔内需要安装凸台，凸台03大端直径与孔直径D1相同，两者之间间隙配合，凸台大端03侧面为圆弧面，直径与圆筒内径D3相同。两者通过手工氩弧焊焊接，要求焊后圆筒内壁与凸台侧面圆弧面齐平，圆筒02圆度跳动不大于2mm，下法兰安装B面圆度跳动不大于1.5mm，A面跳动不大于4mm，凸台分布见图2。直接焊接无法保证零件要求，需要设计防变形装置，由于圆筒直径大，壁薄，焊缝位置分布在四分之一圆周上，不能采用对点焊接的方法控制焊接变形量，以前没有遇到类似情况，无可借鉴经验。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，包括支撑环、定位轴和压盖，支撑环的外表面直径与壳体内径相同，支撑环上设有与壳体上用于安装凸台的孔同中心线的定位孔，定位轴穿过定位孔用于凸台下端面的定位，压盖设于定位轴的上端用于凸台上端面的定位；定位轴的另一端由支撑装置支撑固定。

进一步的，定位孔两端各设有一个以焊缝为中心线的台阶状环槽。

进一步的，台阶状环槽中的第一环槽内设有垫环，第二环槽接有通气接嘴。

进一步的，垫环与第二环槽接触的圆周上均布有通气气孔。

进一步的，支撑装置包括定位支架和支撑杆，定位支架由径向定位部分和轴向支撑部分组成，径向定位部分由定位下法兰的定位杆和通过支撑杆支撑定位轴的径向支撑架组成，定位杆和径向支撑架由轴向支撑杆连接。

进一步的，径向支撑架还包括与其位于同一圆心的伸缩杆。

进一步的，伸缩杆通过调节支承和设于调节支承末端的压块实现长度调节。

进一步的，支撑杆与径向支撑架通过内外螺纹的配合调节支撑杆长度。

进一步的，定位杆两端设有双层定位环，双层定位环凸起部分的外径与下法兰内径相等，双层定位环最大外径大于等于下法兰外径。

进一步的，双层定位环的外端设有与钩型压板配合使用的衬套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：提出一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，由支撑环和其上的定位孔、相应的压盖组成凸台的定位部分，定位架由定位下法兰的径向定位部分和轴向支撑部分组成，共同为定位部分提供支撑，本发明的装置为焊接凸台提供了精准的定位，解决了燃烧室外壳焊接不均布凸台时，不易控制焊接变形量的难题；另一方面，支撑架上的台阶状环槽为焊接时提供了焊接气氛和散热通道。本发明的装置结构新颖，轻巧，定位可靠、操作方便灵活，便于制造，将燃烧室外壳焊接不均布凸台时的零件变形量控制在公差范围内，满足工艺规范要求。

附图说明

图1为一种大直径薄壁壳体示意图；

图2为一种大直径薄壁壳体燃烧室外壳中的凸台分布示意图；

图3、图4、图5分别为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置的主视图、A-A方向剖视图和B-B方向剖视图；

图6、图7、图8分别为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中支架的主视图、A1-A1方向剖视图和B1-B1方向剖视图；

图9和图10分别为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中钩形压板的主视图和右视图；

图11为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中支撑杆的结构示意图；

图12为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中调节支承的结构示意图；

图13本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中压块的结构示意图；

图14、图15和图16分别为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中支撑环的剖面图、B11-B11方向剖视图和C11向视图；

图17为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中支承钉结构示意图；

图18和图19分别为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中垫环主视图和左视图；

图20为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中定位轴结构示意图；

图21为本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置中压盖结构示意图。

其中：1-定位支架、101-定位杆、102-径向支撑架、103-轴向支撑架、2-支撑环、201-定位孔、202-第一环槽、203第二环槽、3-定位轴、4-压盖、5-支撑杆、6-调节支承、7-压块、8-钩形压板、9-垫环、901-通气孔、902-螺纹孔、10-支承钉、11-密封垫圈、12-通气接嘴。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步详细描述。

参见图1，图1为一种大直径薄壁壳体示意图，由上法兰01、圆筒02、下法兰04，圆筒02直径大，壁薄，圆筒直径上有若干个孔，需要在同一高度上沿圆周焊接多个不均布凸台03，凸台03的端面与圆筒02的接触处为焊缝05，存在焊后零件易变形的问题。

参加图2，图2为大直径薄壁壳体燃烧室外壳中的凸台分布示意图，图中的凸台03为台阶状，设在在靠近下法兰01的同一高度。四分之一圆周上分布4个不均布的孔，这4孔内需要安装凸台03，凸台03大端直径与孔直径相同，两者之间间隙配合，凸台03大端侧面为圆弧面，直径与圆筒02内径相同。

如图3、图4和图5所示，一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置由定位支架1、101-定位下法兰的定位杆、102-径向支撑架、103-轴向支撑架、支撑环2、定位孔201、第一环槽202和第二环槽203组成的台阶状环槽、定位轴3、压盖4、支撑杆5、调节支承6、压块7、钩形压板8、垫环9、支承钉10和连接螺钉、螺母、密封垫圈11和通气接嘴12组成。本发明的防变形装置给凸台的焊接提供支撑和定位，支撑环2的外径与圆筒02的内径相同，上面开有与安装凸台03孔相对应的定位孔201，定位轴3穿过定位孔201实现对凸台下端面的定位，上端面由与定位轴3上设有的压块7定位，定位孔201两侧各设有一个环槽，环槽的中心线处于凸台与圆筒接触处，即焊缝；定位轴3的由支撑装置支撑实现径向的固定。具体为，支撑装置由定位支架1和支撑杆5组成，定位支架1由径向定位部分和轴向支撑部分组成，径向定位部分由定位下法兰的定位杆101和通过支撑杆5支撑定位轴3的径向支撑架102组成，定位下法兰的定位杆101和径向支撑架102由轴向支撑杆103连接。

上述实施例可基本实现对凸台的定位保证其焊接质量。

另一种实施例中，定位孔201两侧各设有一个台阶状环槽，环槽的中心线处于凸台与圆筒接触处，即焊缝处；台阶状环槽中的第一环槽202内设有垫环9，第二环槽203接有通气接嘴12，垫环9与第二环槽203接触的圆周上均布有通气气孔901。

由于通气接嘴12与通气气孔901的存在，在焊接的过程中释放保护性气体，避免焊区的氧化。保护性气体根据壳体材料和焊头材料选择，对于易氧化的金属如铝、镁、钛、铜、锆等及其合金，应选用惰性气体(Ar、He或Ar+He等)进行保护；对碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等，宜选用活性气体(如CO₂、Ar+CO₂、Ar+O₂、Ar+CO₂+O₂等)保护，以细化晶粒，克服电弧阴极斑点漂移，减少焊道咬边等缺陷。从生产效率考虑，在Ar中加入He、N₂、H₂、CO₂、O₂等气体，可增加母材的输入热量，提高焊接速度。如焊接大厚度的铝及铝合金板时，推荐用Ar+He；焊接铜及铜合金时推荐用Ar+He或Ar+N2；焊接不诱钢时可采用Ar+CO₂、Ar+O₂等。保护气体的选用还必须与焊丝相匹配。如含Mn、Si量较高的CO₂焊焊丝，若在富氩气氛中焊接，熔敷金属的合金含量偏高，强度增高；反之，富氩条件所用的焊丝若用CO₂气体进行焊接，则由于合金元素的烧损，熔敷金属中合金元素偏少，焊缝性能降低。

为了结构轻巧，刚性足，本发明提供一种定位支架1的加工方法的实施例，采用焊接件，如图6、图7和图8所示，支架1由1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1k焊接而成。支架1的主视图如图7所示，1f是长度为1450的矩形方钢，它的上端面焊有双层定位环1g，定位环上的圆柱面C面为燃烧室外壳的下法兰内孔A面定位，它的直径D4与燃烧室外壳的下法兰内孔A面直径D2相同，两者之间小间隙配合，定位环上的D面为燃烧室外壳的下法兰下端B面定位；矩形方刚1f的两端焊有衬套1k，它的内孔直径为D5，用于安装钩形压板8。如图8所示，为了增加刚性，两件筋板1e的两直角边分别焊接在平板1h的左侧平面和的矩形方刚1f的两侧面；平板1h的右侧面中部设有深度为5mm的圆孔，此圆孔中装入钢管1a，两之间大间隙配合，装配后焊接；1b焊接在钢管1a的右侧1b为圆环状，它的内孔与钢管1a的外径大间隙配合，沿圆周方向在外圆上设有4个深度为5mm的孔，用于安装钢管1c，两者直径相同，大间隙配合，装配后焊接。钢管1c的分布见图6，它的头部焊有接头1d，1d为圆柱体，前端设有内螺纹M1，M1的中心距定位块1g的D面距离与燃烧室外壳的凸台中心线距下法兰下端B面距离尺寸相同。采用焊接件的加工方法，使定位支架1结构轻巧，刚性足。另外，定位支架通过双层定位环实现对下法兰内径和端面的定位。

如图9、10所示为钩形压板8，它的左端设有外螺纹，中部圆柱直径D6与衬套1k内孔直径D5相同，并间隙配合，钩形压板8的E面压在燃烧室外壳的下法兰上端面，并通过装在它左端外螺纹上的螺母压紧；矩形方刚1f的中间部位焊有平板1h。钩形压板与定位支架上的内螺纹的配合使用，实现了对下法兰上端的定位。

如图11所示为支撑杆5的示意图，由外螺纹段，外六方段和圆柱端组成，外六方与扳手配用，是为了调节支撑杆5在支架上的长度设置的，圆柱端的端头设有球面，支撑杆5通过螺纹安装在支架1的1d前端的内螺纹M1中，共3处，分布见图6矩形方钢1f上部。

如图12所示，调节支承6与支撑杆5类似，在圆柱端靠近头部的位置开有环槽，环槽右侧的圆柱端为外螺纹；调节支承6通过左侧螺纹安装在支架1的1d前端的内螺纹M1中，右端螺纹用于安装压块7。

如图13所示，压块7为台阶轴，小圆柱的中心设有与调节支承6右端螺纹相匹配的内螺纹孔，螺纹孔底开有环槽，环槽直径大于螺纹大经2mm，高度大于调节支承6环槽右侧面到顶端尺寸1～2mm，大圆柱底面中心开有环槽，为了防止压伤零件，在大圆柱底面堆焊铜或粘贴橡胶圈。

如图14、图15和图16所示，支撑环2通过外圆柱面为燃烧室外壳定位，它的外径与燃烧室外壳的圆筒内径D3相同，公差控制在0.1mm以内，其上开有与被焊接凸台分布位置相对应的4个直径为D7的定位孔201，D7孔的左端设有F面，F面为平面与D7孔轴线垂直，支撑环2的外圆柱面上以D7孔为中心开有台阶状环槽，第一环槽202用于安装垫环9，第二环槽203用于通氩气，环槽中心线直径为D8，D8与燃烧室外壳安装凸台的孔D1相同，也就是与焊缝位置相同。图15中的螺纹孔用于安装通气接嘴12，密封垫圈11套在接嘴螺纹段中，通过螺纹安装在支撑环2的D7孔左端的F面上。图15中第二环槽的侧孔用于安装支承钉10，用于安装支承钉10的侧孔分布图如图16所示，共有3处。

如图17所示，支承钉10是台阶轴，保证安装后支承钉10的底面到D7孔轴线距离等于燃烧室外壳的凸台中心线距下法兰下端B面距离。图16中在D8节圆上分布4处均布的螺钉台阶过孔，为了减轻重量，支撑环2高度尽量短，并在空白部位设减轻孔。

如图18和图19所示，垫环19为圆环状，安装在支撑环2以D7孔为中心的大环槽内，两者之间间隙配合，为了焊接时焊接部位不易氧化，在与环槽中心线D8尺寸相同的节圆上设置多处均布的通气孔901和4处均布的螺纹孔902，这些通气孔901与安装在支撑环2以D7孔为中心的小环槽中心线相同，焊接时，通过接嘴将氩气通入小环槽，再通过垫环9上的通气孔901将气体流入焊缝位置保护零件。螺纹孔902与图16螺钉台阶过孔相对应，通过螺钉将垫环9固定在支撑环2上。为了防止焊接时垫环9与零件发生粘接，装配后保证垫环9的圆弧面与燃烧室外壳的圆筒内径间隙为0.5mm～1mm之间，由于紫铜散热较快，焊接时不容易与零件粘接，垫环9材料选用紫铜。

如图20所示，定位轴3由六方体31，圆柱32、33，螺柱34组成，圆柱33尺寸与支撑环2上的孔D7尺寸相同，两者之间间隙配合。六方体31是为了拧螺母时止动定位轴用。定位轴3安装在支撑环2上，圆柱32的右端面与支撑环2上的D7孔左端F面贴合。

如图21所示，压盖4安装在燃烧室外壳的凸台小圆柱面前端，内孔与凸台内孔大间隙配和，台阶面与凸台小圆柱面前端贴合，螺母装入定位轴3的螺纹段，通过螺母将凸台、定位环和零件固定。

本发明提供一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置的装配方法，包括以下步骤：

一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置由支架组件和支撑环组件两部分组成，钩形压板8、支撑杆5、调节支承6安装在支架1上，压块7安装在调节支承6上，组成支架组件；垫环9、支承钉10、密封圈、接嘴安装在支撑环2上组成支撑环组件。

使用时，零件按图1放置，将支撑环2组件装入零件中，使支撑环2的外圆柱面与燃烧室外壳的圆筒内径贴合，4处垫环9的中心线分别与燃烧室外壳的圆筒上4处直径D1的孔对齐，接着将4件定位轴3分别从支撑环2的内侧装入其上4处分布的D7孔中，它的圆柱32的右端面与支撑环2上的D7孔左端F面贴合；接着将凸台安装在燃烧室外壳的圆筒中，将压盖4安装在凸台小圆柱面前端，装入与定位轴3的螺柱34相匹配的螺母，将扳手插入定位轴3的六方体31中止动，旋转螺母将凸台，压盖、支撑环2和零件固定；

将装有上述组件的零件翻转180°，装入支架组件，支架1的定位块上的圆柱面C面为燃烧室外壳的下法兰内孔A面定位，它的D面与燃烧室外壳的下法兰下端B面贴合，将支架组件转动到图3位置，钩形压板8的E面与燃烧室外壳的下法兰上端面贴合，拧紧螺母，将支架1固定在燃烧室外壳上，用扳手转动调节支承6，使其上的压块7顶在燃烧室外壳的内孔上，分别用扳手转动3处支撑杆5，使其上的球面顶在定位轴3的六方体31的左端面上，再将氩气管接在接嘴上，最后进行焊接，焊接完成，等零件冷却后，再将防变形装置从零件上取下，完成凸台焊接。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，包括支撑环(2)、定位轴(3)和压盖(4)，支撑环(2)的外表面直径与壳体内径相同，支撑环(2)上设有与壳体上用于安装凸台的孔同中心线的定位孔(201)，定位轴(3)穿过定位孔(201)用于凸台下端面的定位，压盖(4)设于定位轴(3)的上端用于凸台上端面的定位；定位轴(3)的另一端由支撑装置支撑固定。

2.根据权利要求1所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，定位孔(201)两端各设有一个以焊缝为中心线的台阶状环槽。

3.根据权利要求2所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，台阶状环槽中的第一环槽(202)内设有垫环(9)，第二环槽(203)接有通气接嘴(12)。

4.根据权利要求3所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，垫环(9)与第二环槽(203)接触的圆周上均布有通气孔(901)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，支撑装置包括定位支架(1)和支撑杆(5)，定位支架(1)由径向定位部分和轴向支撑部分组成，径向定位部分由定位下法兰的定位杆(101)和通过支撑杆(5)支撑定位轴(3)的径向支撑架(102)组成，定位杆(101)和径向支撑架(102)由轴向支撑杆(103)连接。

6.根据权利要求5所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，径向支撑架(102)还包括与其位于同一圆心的伸缩杆。

7.根据权利要求6所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，伸缩杆通过调节支承(6)和设于调节支承(6)末端的压块(7)实现长度调节。

8.根据权利要求5所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，支撑杆(5)与径向支撑架(102)通过内外螺纹的配合调节支撑杆(5)长度。

9.根据权利要求8所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，定位杆(101)两端设有双层定位环，双层定位环凸起部分的外径与下法兰内径相等，双层定位环最大外径大于等于下法兰外径。

10.根据权利要求9所述的大直径薄壁壳体焊接凸台用防变形装置，其特征在于，双层定位环的外端设有与钩型压板(8)配合使用的衬套。

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