CN109396622A - 一种变极性等离子弧尾焰导流工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种变极性等离子弧尾焰导流工装，包括上压板(12)、下称板(15)；所述上压板(12)和下称板(15)分别位于外部对接材料(4)的两侧；所述上压板(12)和下称板(15)连接后固定外部对接材料(4)；所述下称板(15)为U型槽状；所述外部对接材料(4)的焊缝宽度为w；下称板(15)U型槽的宽度W与焊缝宽度w的比值为2～4，且上压板(12)槽的宽度与外部枪头(11)的直径的比值为1.2～2.5。本发明用以实现焊接尾焰的良好导流；而在大型复杂曲面结构的焊接过程中，通过优化工装结构和焊接方法，实现了大型复杂曲面结构的焊接，保证了焊接质量和焊接精度。

Description

一种变极性等离子弧尾焰导流工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种变极性等离子弧尾焰导流工装及焊接方法，属于机械工程与焊接领域。

背景技术

变极性等离子弧焊接是三种高能束流的焊接方法之一，可以实现不开坡口一次焊接成形，并且与其它焊接方法相比，成本低、气孔和加渣等缺陷少，在铝合金的焊接方面得到了广泛的应用。

变极性等离子弧焊焊接时枪头部分主要包括钨极3、等离子气2、保护气1、等离子弧5等几部分，对接材料4焊接过程中产生大量的高压高温气体，高压高温气体可通过焊接过程中的小孔7进入焊缝的背面形成尾焰6，如图1所示。铝合金产品焊接时，铝合金产品需要用焊接工装固定对接的焊缝，防止产品焊接变形，焊缝背面设计焊漏槽，钨极氩弧焊的焊漏槽一般为微小圆弧，而此焊漏槽方式不能满足变极性等离子弧焊的工艺要求。此外，在面临大型复杂曲面结构的焊接过程中，采用变极性等离子弧焊接，需要同时保证焊接质量、焊接精度，对相应的工装和焊接方法提出更高的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种变极性等离子弧尾焰导流工装及焊接方法，用以实现焊接尾焰的良好导流；而在大型复杂曲面结构的焊接过程中，通过优化工装结构和焊接方法，实现了大型复杂曲面结构的焊接，保证了焊接质量和焊接精度。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种变极性等离子弧尾焰导流工装，包括上压板、下称板；所述上压板和下称板分别位于外部对接材料的两侧；所述上压板和下称板连接后固定外部对接材料；

所述下称板为U型槽状；所述外部对接材料的焊缝宽度为w；下称板U型槽的宽度W与焊缝宽度w的比值为2～4，且上压板槽的宽度与外部枪头的直径的比值为1.2～2.5。

上述变极性等离子弧尾焰导流工装，所述上压板和下称板均为铸钢或铸铝材料。

上述变极性等离子弧尾焰导流工装，所述下称板U型槽的高度为H，H大于30mm，当H小于等于50mm时，下称板U型槽的底部设有排气孔，所述排气孔的排气量大于等于等离子弧尾焰气流。

一种变极性等离子弧焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、在变位机水平状态下，将底胎安装到焊接变位机上；

步骤二、底胎上设有下称板，然后将壁板安装在底胎上，将壁板的刻线与焊接工装上的刻线对齐；

步骤三、在壁板上安装壁板压板，在壁板压板和壁板之间安装壁板压环，法兰框安装在底胎上，将法兰框压板与在底胎连接后固定法兰框；

步骤四、采用变极性等离子弧对壁板和法兰框进行焊接，变极性等离子弧尾焰从底胎上的下称板的U型槽中的排气孔导出。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述底胎的内部设有减轻槽。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述底胎采用铸铝材料。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述壁板压板上设有加强筋。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述法兰框压板采用Q235材料。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述壁板压环为弧形块结构。

上述变极性等离子弧焊接方法，所述底胎上设有定位槽，所述定位槽用于壁板安装位置的定位。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明方法可以解决变极性等离子弧尾焰因排气不良造成的焊接缺陷，通过焊漏槽的设计，可以实现尾焰的良好导流，保证高温高压气体在焊漏槽内及时排出，从而形成良好的焊接焊缝；

(2)本发明方法通过下称板U型槽的尺寸优化设计，可以有效控制等离子尾焰对焊接工装的热传导，保证焊缝周围稳定的温度梯度，从而保证焊缝质量。

(3)本发明相对于其它方式而言，此方法仅对变极性等离子弧焊焊接工装进行设计优化，对尾焰的导流简单、有效，不增加额外的成本，可以满足产品焊接的需要。

附图说明

图1为现有技术变极性等离子弧焊焊接示意图；

图2为本发明变极性等离子弧尾焰导流工装的剖面示意图；

图3为本发明变极性等离子弧尾焰导流工装的三维示意图；

图4为本发明法兰框压板的结构示意图；

图5为本发明的法兰框结构示意图；

图6为本发明的壁板压环结构示意图；

图7为本发明的壁板压板结构示意图；

图8为本发明的壁板结构示意图；

图9为本发明的底胎结构示意图；

图10为本发明壁板和法兰框焊接工装焊缝装配示意图。

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的实施方式作进一步详细描述。

一种变极性等离子弧尾焰导流工装，包括上压板12、下称板15；所述上压板12和下称板15分别位于外部对接材料4的两侧；所述上压板12和下称板15连接后固定外部对接材料4；如图2和图3所示

所述下称板15为U型槽状；下称板15U型槽的高度为H；高度H应大于30mm，当H大于30mm小于等于50mm时，下称板15U型槽的底部设有排气孔14，所述排气孔14的排气量大于等于等离子弧尾焰气流，防止气体积压，高压气体从熔池处逸出影响焊接质量。

所述外部对接材料4的焊缝宽度为w；下称板15U型槽的宽度W与焊缝宽度w的比值为2～4，且上压板12槽的宽度与外部枪头11的直径的比值为1.2～2.5。

所述上压板12和下称板15均为铸钢或铸铝材料，以减少工装重量。

一种变极性等离子弧焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、在变位机水平状态下，将底胎21安装到焊接变位机上；

步骤二、底胎21上设有下称板15，然后将壁板20安装在底胎21上，将壁板20的刻线与焊接工装上的刻线对齐；

步骤三、在壁板20上安装壁板压板19，在壁板压板19和壁板20之间安装壁板压环18，法兰框17安装在底胎21上，最后将法兰框压板16与底胎21连接后固定法兰框17；

步骤四、采用变极性等离子弧对壁板20和法兰框17进行焊接，变极性等离子弧尾焰从底胎上的下称板15的U型槽中排气孔14导出。

实施例：

一种变极性等离子弧尾焰导流工装，具体技术方案如下：

根据产品焊接形式不同，可以采用不同的等离子弧尾焰导流方式，下称板15的U型槽的宽度W与焊缝宽度w的比值为3，且下称板15的U型槽的宽度W与外部枪头11的直径的比值为1.5，本实施例中焊缝宽度w为10mm，U型槽的宽度W为30mm，枪头11的直径为20mm。U型槽是封闭的内腔或排气不良时，需要在U型槽开排气孔14，将焊接产生的高压高温气体排出，并且保证外出的位置与外界通气良好。具体的，U型槽高度H大于30mm且小于等于50mm时，焊漏槽深度过低，需要在背面开排气孔14，将焊接产生的高压高温气体排出，防止气体反冲；U型槽高度H大于50mm时，深度大于尾焰长度，排气良好，不做处理。

排气孔14的形状可以是圆形、矩形等，排气孔14的密度可以根据工装强度、焊接的功率等确定，一般大于50％，以达到良好的通气效果。

一种变极性等离子弧焊接方法，以一种壁板与法兰框焊接为例，包括如下步骤：

步骤一、在变位机水平状态下，将底胎21安装到焊接变位机上；

步骤二、底胎21上设有下称板15，然后将壁板20安装在底胎21上，将壁板20的刻线与焊接工装上的刻线对齐；

步骤三、在壁板20上安装壁板压板19，在壁板压板19和壁板20之间安装壁板压环18，法兰框17安装在底胎21上，最后将法兰框压板16与底胎21连接后固定法兰框17；

步骤四、采用变极性等离子弧对壁板20和法兰框17进行焊接，变极性等离子弧尾焰从底胎上的下称板15的U型槽中排气孔14导出。

其中，法兰框压板16如图4所示，法兰框17如图5所示，壁板压环18如图6所示，壁板压板19如图7所示，壁板20如图8所示，底胎21如图9所示。壁板和法兰框焊接工装焊缝装配关系如图10所示。

为了实现壁板20与法兰框17焊缝焊口的有效压紧，需要设计合理的压紧机构来实现对焊口的压紧，在壁板20与法兰框17焊接示例中，焊接工装主要包括底胎21、壁板压板19、壁板压环18、法兰框压板16。

待焊接的壁板20和法兰框17均为大尺寸异型结构，采用底胎21作为支撑，能够有效保证焊接过程中壁板20和法兰框17的结构强度，防止变形，从而保证产品的焊接精度，防止焊接变形。底胎21为铸铝材料，上表面弧面与壁板20内表面弧度一致，并保证加工精度，周边有定位槽和位置刻线，用于精确定位壁板20的安装位置，周边还有螺钉孔，用于壁板压板19与底胎21连接固定，中间有一圈螺钉孔，用于法兰框压板16与底胎21连接固定。为了减重，底胎21内部有减轻槽，并经仿真对内部结构进行优化。在壁板20与法兰框17焊口正下方有一个深度大于50mm的U型槽，宽度为30mm，由于U型槽形成封闭内腔，所以为排气通畅，在U型槽底部设计了许多直径30mm的排气孔14，与底胎21内部的减轻槽连接，并与大气相通。

在底胎21上放置壁板20后，用壁板压板19将壁板20压紧，防止壁板20焊接中因焊接应力发生波浪变形，壁板压板19为铸铝材料，下表面弧面与壁板20加强筋外弧面弧度一致，并保证加工精度，周边有螺钉孔，用于壁板压板19与底胎21连接固定。中间的法兰孔周边有一圈螺纹孔，用于壁板压环19的压紧。壁板压板19上还可以增加加强筋来提高工装刚性，防止变形。壁板压板19中间的法兰孔与壁板20和法兰框17焊缝距离15mm，并有30°斜度，用来避让焊枪。

壁板20的压紧采用局部可调压块的方式压紧，壁板压环18由许多弧形小块穿在一起，在压紧的过程中可保证每个小压块能够有效压紧壁板20，每个小块长度大约为40mm，与之对应一个螺钉。壁板压板19安装后，将壁板压环18塞到壁板20焊口与壁板压板19之间，调整小块的位置，用螺钉拧紧。

法兰框17采用整体压板的方式进行压紧。法兰框压板16为Q235材料，法兰框压板16下表面弧面与法兰框17上表面弧面一致，并保证加工精度，法兰框压板16中间有一圈螺钉孔，用螺栓将法兰框压板16与底胎21固定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种变极性等离子弧尾焰导流工装，其特征在于：包括上压板(12)、下称板(15)；所述上压板(12)和下称板(15)分别位于外部对接材料(4)的两侧；所述上压板(12)和下称板(15)连接后固定外部对接材料(4)；

所述下称板(15)为U型槽状；所述外部对接材料(4)的焊缝宽度为w；下称板(15)U型槽的宽度W与焊缝宽度w的比值为2～4，且上压板(12)槽的宽度与外部枪头(11)的直径的比值为1.2～2.5。

2.根据权利要求1所述的一种变极性等离子弧尾焰导流工装，其特征在于：所述上压板(12)和下称板(15)均为铸钢或铸铝材料。

3.根据权利要求1所述的一种变极性等离子弧尾焰导流工装，其特征在于：所述下称板(15)U型槽的高度为H，H大于30mm，当H小于等于50mm时，下称板(15)U型槽的底部设有排气孔(14)，所述排气孔(14)的排气量大于等于等离子弧尾焰气流。

4.一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在变位机水平状态下，将底胎(21)安装到焊接变位机上；

步骤二、底胎(21)上设有下称板(15)，然后将壁板(20)安装在底胎(21)上，将壁板(20)的刻线与焊接工装上的刻线对齐；

步骤三、在壁板(20)上安装壁板压板(19)，在壁板压板(19)和壁板(20)之间安装壁板压环(18)，法兰框(17)安装在底胎(21)上，将法兰框压板(16)与在底胎(21)连接后固定法兰框(17)；

步骤四、采用变极性等离子弧对壁板(20)和法兰框(17)进行焊接，变极性等离子弧尾焰从底胎上的下称板(15)的U型槽中的排气孔(14)导出。

5.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述底胎(21)的内部设有减轻槽。

6.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述底胎(21)采用铸铝材料。

7.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述壁板压板(19)上设有加强筋。

8.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述法兰框压板(16)采用Q235材料。

9.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述壁板压环(18)为弧形块结构。

10.根据权利要求4所述的一种变极性等离子弧焊接方法，其特征在于：所述底胎(21)上设有定位槽，所述定位槽用于壁板(20)安装位置的定位。