CN109304542A - 一种大尺寸薄板t型材激光焊接工装及变形控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸薄板T型材激光焊接工装和装配方法，属于机械技术领域，该T型材包括水平放置的翼板以及垂直于翼板的腹板，工装包括带滑槽和定位孔的工作台，翼板和腹板的定位机构，侧向、端部及竖直装夹机构；本产品制作简单，装卸快捷，可有效减少人工及材料的浪费，实现薄板T型材尺寸可调节、自动焊接和变形控制，且不会对激光焊接头造成影响，可以广泛用于船舶及钢结构行业的T型材装配焊接现场。

Description

一种大尺寸薄板T型材激光焊接工装及变形控制装置

技术领域

本发明属于工装设备领域，具体涉及一种大尺寸薄板T型材激光焊接用工装及装配方法。

背景技术

近年来，节能降耗和减轻环境污染是世界各国交通运输行业面临的紧迫问题。为解决这一问题，结构和材料的轻量化变得越来越重要，因此，舰船建造薄板材料应用日益增多，其结构制造工艺也日益受到重视。T型材作为舰船最重要的一种结构形式，采用高强薄钢板代替中厚板焊接制造T型材对舰船减重具有重要意义。另外，T型材焊接不仅常用于现代造船工程，而且在近海平台和桥梁建造中也得到广泛应用。

目前，T型材多采用传统的手工电弧焊或气保焊进行焊接制造，具有焊接效率低、变形大及焊接质量合格率低等缺点。激光焊接是以高能量密度的激光束为热源，瞬时熔化局部材料形成焊接接头的高精度、高效率、新型的熔化焊接方法。与一般弧焊技术相比，激光焊接技术能量密度高，可以一次穿透较厚的工件实现单面焊双面成形，不仅大幅提高了焊接生产速度，还可以得到高强度、小变形的高质量焊接接头，从而大幅降低造船成本。激光焊接结构已经在夹层板、角型材、T型材、十字型材和对接焊接船板等不同的船舶结构获得了应用。但是激光焊接最大的缺点就是对工装装配要求较高，一方面焊前装配要非常精确，另外，焊接过程不能造成大焊接变形而造成焊点偏移，因此，激光焊接工装对焊接质量保证至关重要，甚至直接影响焊接成败。

T型材的手工装配焊接的普遍方法是，先在面板上画出腹板的安装位置线，然后将腹板一侧对准安装位置线，并使腹板与面板垂直，对腹板与面板角接缝处施定位焊，最后进行腹板与面板间的间断焊或连续焊，为防止焊接变形还需在腹板与面板间装焊斜撑。该法需划线、对线、测垂直、施定位焊、装焊斜撑,T型材装焊完工还需拆斜撑，打磨焊疤，效率底、物耗大。很难保证T型材的垂直度，夹持过紧造成腹板或面板的变形，夹持过松动造成腹板和面板移位，因此，无法满足激光自动焊接的装配要求。

虽然也有一些专利公开了T型材的组装工装，但都存在制作困难、操作不方便、使用可靠性差等缺点。公告号为CN102267030B的中国发明专利公开一种T型材焊接生产线，上述工装能够实现面板和腹板的初步定位，然后人工进行点焊精确定位，有些工装虽然自动化效率较高，定位准确，但是没有考虑激光焊接对翼板和腹板装配间隙的要求，以及焊接变形造成的焊缝偏移对焊接质量的影响。另外，上述腹板支撑多采用支撑梁保证垂直度，一方面影响双面自动化焊接，另一方面对构件造成损伤。而激光焊接头尺寸较大且焊接过程倾斜角度极大，上述工装设计都对激光焊接头焊接过程的正常运行造成影响，无法满足激光焊接的要求。本发明充分考虑激光焊接的特点及焊接过程对装配的要求，工装设计一体化考虑定位和压紧机构，两者相互配合，保证精确定位的同时实现焊接过程变形的控制，保证焊接质量，且具有装配、拆卸简单及可适应不同T型材尺寸规格的要求，灵活调节工装位置及形式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于激光自动化焊接的T型材焊接用工装。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种大尺寸薄板T型材激光焊接工装，包括焊接平台以及翼板和腹板焊接成的大尺寸薄板T型材，所述焊接平台上表面开设有两条平行的滑轨槽，沿所述两条滑轨槽的焊接平台上开设有多个定位架位置固定螺孔，所述焊接平台的左端上表面固定有固定定位架，所述固定定位架的右侧面的下方开设有与翼板尺寸一致的翼板定位槽a，位于所述翼板定位槽a上方固定定位架的右侧面上开设有与腹板尺寸一致的腹板定位槽a，所述滑轨槽的右端滑动设置有带滑轨固定座，所述带滑轨固定座上螺接有上下两个腹板和面板纵向压紧螺栓，所述腹板和面板纵向压紧螺栓的左端连接有可移动定位架，所述可移动定位架的左侧面上开设有与翼板定位槽a和腹板定位槽a相对应的翼板定位槽b和腹板定位槽b，所述固定定位架和移动定位架之间固定有大尺寸薄板T型材，所述大尺寸薄板T型材的侧面、顶端部以及翼板上均设置有压紧机构。

进一步地，所述侧面压紧机构由腹板侧面压紧肋和腹板侧向变形控制板通过腹板端部定位螺栓固定在固定定位架和可移动定位架的螺孔上，且腹板侧向变形控制板外内层，腹板侧面压紧肋外层。

进一步地，所述顶端部压紧机构由两端部固定在固定定位架和可移动定位架上表面的顶部压紧肋板、螺接在顶部压紧肋板上的多个底部旋压螺栓以及与底部旋压螺栓底端连接的腹板压块构成，且腹板压块的下表面开设有与腹部相同宽度的翼板顶部压块凹型槽。

进一步地，所述翼板压紧机构由至少四块翼板压块构成，且翼板压块下表面内侧开设有翼板压块L型槽。

进一步地，所述大尺寸薄板T型材由翼板和腹板通过激光焊接而成。

进一步地，位于所述两条滑轨槽中间的焊接平台上开设有与滑轨槽平行的工作台凹槽。

进一步地，所述翼板定位槽a和翼板定位槽b的内侧均开设可移动端缺口b。

进一步地，所述大尺寸薄板T型材激光焊接工装的装配和制造方法包括以下步骤：

1)采用激光切割或水切割对T型材的腹板和面板分别下料，并运至T型材部件的焊接工位；

2)翼板装入固定定位架上的翼板定位槽a，并用四块翼板压块进行装压；

3)腹板装入固定定位架上的腹板定位槽a；

4)移动带滑轨固定座和可移动定位架，翼板和腹板端面装入对应定位槽中，调整旋压螺栓令带滑轨固定座于合适位置固定，然后调节腹板和面板纵向压紧螺栓进行腹板和翼板端部固定；

5)装配固定两侧的腹板侧面压紧肋和腹板侧向变形控制板，并采用肋板上的腹板端部定位螺栓进行腹板固定和变形调节；

6)装配固定顶部压紧肋板并采用肋板上的底部旋压螺栓进行腹板垂直方形固定调节，完成装配；

7)焊接完成后拆除侧面、顶端部以及翼板上的压紧机构，通过滑动带滑轨固定座，取出T型材，完成焊接制造。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术相比，不仅能够快速实现面板和腹板的定位，对焊接过程变形控制及适应多种尺寸规格T型材焊接制造，而且还能够在焊接的同时对T型材进行翼板和腹板间隙控制，操作方便，定位准确，使得T型材快速成型，同时在定位过程中还能有效的减少面板和腹板在定位后焊接变形，确保T型材的焊接质量，此外本发明结构简单，实施方便，且成本低，实用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中固定定位架的立体结构示意图；

图3为本发明中带滑轨固定座与可移动定位架结合部的立体结构示意图；

图4为本发明中焊接平台的立体结构示意图；

图5为本发明中翼板压板的立体结构示意图；

图6为本发明中腹板压块的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-焊接平台，2-固定定位架，3-翼板定位槽a，4-翼板压块，5-翼板，6-滑轨槽，7-腹板端部定位螺栓，8-腹板定位槽a，9-腹板，10-腹板压块，11-底部旋压螺栓，12-腹板侧面压紧肋，13-带滑轨固定座，14-腹板和面板纵向压紧螺栓，15-可移动定位架，16-定位架位置固定螺孔，17-可移动端缺口a，18-腹板定位槽b，19-翼板定位槽b，20-可移动端缺口b，21-翼板压块L型槽，22-翼板顶部压块凹型槽，23-工作台凹槽，24-顶部压紧肋板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种大尺寸薄板T型材激光焊接用工装，包括焊接平台1以及翼板5和腹板9焊接成的大尺寸薄板T型材，其中优先选用激光焊接翼板5和腹板9制备大尺寸薄板T型材，焊接平台1上表面开设有两条平行的滑轨槽6，沿两条滑轨槽6的焊接平台1上开设有多个定位架位置固定螺孔16，其中位于两条滑轨槽6中间的焊接平台1上开设有与滑轨槽6平行的工作台凹槽23。

焊接平台1的左端上表面固定有固定定位架2，固定定位架2的右侧面的下方开设有与翼板5尺寸一致的翼板定位槽a3，位于翼板定位槽a3上方固定定位架2的右侧面上开设有与腹板9尺寸一致的腹板定位槽a8，滑轨槽6的右端滑动设置有带滑轨固定座13，带滑轨固定座13上螺接有上下两个腹板和面板纵向压紧螺栓14，腹板和面板纵向压紧螺栓14的左端连接有可移动定位架15，可移动定位架15的左侧面上开设有与翼板定位槽a3和腹板定位槽a8相对应的翼板定位槽b19和腹板定位槽b18，另外翼板定位槽a3和翼板定位槽b19的内侧均开设有可移动端缺口b20。

固定定位架2和移动定位架15之间固定有大尺寸薄板T型材，大尺寸薄板T型材的侧面、顶端部以及翼板上均设置有压紧机构。

其中，侧面压紧机构由腹板侧面压紧肋12和腹板侧向变形控制板17通过腹板端部定位螺栓7固定在固定定位架2和可移动定位架15的螺孔上，且腹板侧向变形控制板17外内层，腹板侧面压紧肋12外层。

其中，顶端部压紧机构由两端部固定在固定定位架2和可移动定位架15上表面的顶部压紧肋板24、螺接在顶部压紧肋板24上的多个底部旋压螺栓11以及与底部旋压螺栓11底端连接的腹板压块10构成，且腹板压块10的下表面开设有与腹部相同宽度的翼板顶部压块凹型槽23。

其中，翼板压紧机构由至少四块翼板压块4构成，且翼板压块4下表面内侧开设有翼板压块L型槽21。

本发明中大尺寸薄板T型材激光焊接用工装的装配方法的装配和制造方法包括以下步骤：

1)采用激光切割或水切割对T型材的腹板9和面板分别下料，并运至T型材部件的焊接工位；

2)翼板5装入固定定位架2上的翼板定位槽a3，并用四块翼板压块4进行装压；

3)腹板9装入固定定位架2上的腹板定位槽a8；

4)移动带滑轨固定座13和可移动定位架15，翼板5和腹板9端面装入对应定位槽中，调整旋压螺栓令带滑轨固定座13于合适位置固定，然后调节腹板和面板纵向压紧螺栓14进行腹板和翼板端部固定；

5)装配固定两侧的腹板侧面压紧肋12并采用肋板上的腹板端部定位螺栓7进行腹板固定和变形调节；

6)装配固定顶部压紧肋板24并采用肋板上的底部旋压螺栓11进行腹板垂直方形固定调节，完成装配；

7)焊接完成后拆除侧面、顶端部以及翼板上的压紧机构，通过滑动带滑轨固定座13，取出T型材，完成焊接制造。

本实施例的一个具体应用为：

结合附图对本发明作进一步说明，本实施例的T型材的腹板规格为：8mm×500mm×2000mm，翼板规格为：8×150×2000mm。

参见图1-6，本实施例涉及的T型材包括水平设置的翼板5、沿长度方向垂直于翼板5的腹板9，同时，T型材材质可以为低碳钢、高强钢及铝合金等。

本实施主要涉及如何实现上述T型材的工装，工装包括带滑轨槽6和定位架位置固定螺孔16的焊接平台1、固定定位架2、可移动定位架15、带滑轨固定座13以及侧向、顶端部和翼板上的压紧机构，定位和压紧机构全部通过螺栓调节，本发明的工装还能够适应不同规格尺寸的T型材要求。

工装加工、安装、拆卸及材料装配包括以下步骤：

1)依据T型材的腹板和翼板规格进行工装加工，T型材高度为508mm，加工定位机构高度550mm，腹板厚度为8mm，腹板定位槽宽度加工为9mm，槽高350mm，翼板宽度为150mm，翼板定位槽加工为150mm，槽高10mm，并在翼板定位槽内部加工超过20mm缺口。

2)采用激光切割或水切割对T型材的腹板和面板分别下料，并运至T型材部件的焊接工位；

3)将翼板装入固定定位机构的翼板定位槽，并用四块翼板压块进行装压，压紧块尽量靠近翼板中部，防止翼板焊后出现拱起变形；

4)将腹板装入固定定位机构的腹板定位槽，腹板紧贴定位槽底面，并用腹板端部定位螺栓进行初步固定；

5)移动带滑轨固定座和可移动定位架，令翼板和腹板端面装入对应的定位槽中，滑动带滑轨固定座于合适位置并进行固定，然后采用腹板端部定位螺栓进行腹板和翼板纵向加压固定；

6)装配固定两侧的腹板侧面压紧肋并采用肋板上的腹板端部定位螺栓进行腹板固定和变形调节；

7)装配固定顶部压紧肋板并采用肋板上的底部旋压螺栓进行腹板垂直方形固定调节，完成装配，检查加压螺栓的夹紧力并进一步调整拘束力。

8)焊前检查各机构是否对激光头造成影响，焊接完成后拆除侧面、顶端部以及翼板上的压紧机构，通过滑动带滑轨固定座，取出T型材，完成焊接制造。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种大尺寸薄板T型材激光焊接工装，包括焊接平台(1)以及翼板(5)和腹板(9)焊接成的大尺寸薄板T型材，其特征在于：所述焊接平台(1)上表面开设有两条平行的滑轨槽(6)，沿所述两条滑轨槽(6)的焊接平台(1)上开设有多个定位架位置固定螺孔(16)，所述焊接平台(1)的左端上表面固定有固定定位架(2)，所述固定定位架(2)的右侧面的下方开设有与翼板(5)尺寸一致的翼板定位槽a(3)，位于所述翼板定位槽a(3)上方固定定位架(2)的右侧面上开设有与腹板(9)尺寸一致的腹板定位槽a(8)，所述滑轨槽(6)的右端滑动设置有带滑轨固定座(13)，所述带滑轨固定座(13)上螺接有上下两个腹板和面板纵向压紧螺栓(14)，所述腹板和面板纵向压紧螺栓(14)的左端连接有可移动定位架(15)，所述可移动定位架(15)的左侧面上开设有与翼板定位槽a(3)和腹板定位槽a(8)相对应的翼板定位槽b(19)和腹板定位槽b(18)，所述固定定位架(2)和移动定位架(15)之间固定有大尺寸薄板T型材，所述大尺寸薄板T型材的侧面、顶端部以及翼板上均设置有压紧机构。

2.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：所述侧面压紧机构由腹板侧面压紧肋(12)和腹板侧向变形控制板(17)通过腹板端部定位螺栓(7)固定在固定定位架(2)和可移动定位架(15)的螺孔上，且腹板侧向变形控制板(17)外内层，腹板侧面压紧肋(12)外层。

3.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：所述顶端部压紧机构由两端部固定在固定定位架(2)和可移动定位架(15)上表面的顶部压紧肋板(24)、螺接在顶部压紧肋板(24)上的多个底部旋压螺栓(11)以及与底部旋压螺栓(11)底端连接的腹板压块(10)构成，且腹板压块(10)的下表面开设有与腹部相同宽度的翼板顶部压块凹型槽(23)。

4.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：所述翼板压紧机构由至少四块翼板压块(4)构成，且翼板压块(4)下表面内侧开设有翼板压块L型槽(21)。

5.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：所述大尺寸薄板T型材由翼板(5)和腹板(9)通过激光焊接而成。

6.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：位于所述两条滑轨槽(6)中间的焊接平台(1)上开设有与滑轨槽(6)平行的工作台凹槽(23)。

7.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装，其特征在于：所述翼板定位槽a(3)和翼板定位槽b(19)的内侧均开设可移动端缺口b(20)。

8.根据权利要求1所述的大尺寸薄板T型材激光焊接工装的装配方法，其特征在于：其装配和制造方法包括以下步骤：

1)采用激光切割或水切割对T型材的腹板(9)和面板分别下料，并运至T型材部件的焊接工位；

2)翼板(5)装入固定定位架(2)上的翼板定位槽a(3)，并用四块翼板压块(4)进行装压；

3)腹板(9)装入固定定位架(2)上的腹板定位槽a(8)；

4)移动带滑轨固定座(13)和可移动定位架(15)，翼板(5)和腹板(9)端面装入对应定位槽中，调整旋压螺栓令带滑轨固定座(13)于合适位置固定，然后调节腹板和面板纵向压紧螺栓(14)进行腹板和翼板端部固定；

5)装配固定两侧的腹板侧面压紧肋(12)和腹板侧向变形控制板(17)，并采用肋板上的腹板端部定位螺栓(7)进行腹板固定和变形调节；

6)装配固定顶部压紧肋板(24)并采用肋板上的底部旋压螺栓(11)进行腹板垂直方形固定调节，完成装配；

7)焊接完成后拆除侧面、顶端部以及翼板上的压紧机构，通过滑动带滑轨固定座(13)，取出T型材，完成焊接制造。