CN110039251B - 管状零件焊接工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管状零件焊接工装及焊接方法，涉及机械加工领域，该管状零件焊接工装，包含定位组件和紧固组件，定位组件上设置有焊接口，当定位组件套装至管状零件的对接接头外时，焊接口的开口与管状零件的对接接头相对布置，以方便定位焊接；紧固组件，包括拉杆和两个压紧组件；拉杆沿管状零件的轴向插设在管状零件中；两个压紧组件分别可拆卸地套装在拉杆的两端，且两个压紧组件分别与管状零件远离对接接头的一端相抵，为对接接头提供轴向固定的锁紧力，从而使得在定位焊接的旋转过程中，对接接头间隙不变，提高定位焊接的质量，进而保证整体焊接质量达到工艺要求。该焊接方法为使用上述焊接工装的焊接方法，能够提高定位焊接的质量。

Description

管状零件焊接工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种管状零件焊接工装及焊接方法。

背景技术

在机械、船舶、化工等领域，管状零件的使用非常广泛。而成品管的尺寸种类有限，因此，在很多场合下需要对成品管进行对接焊接，以得到所需尺寸的管状零件。

在焊接之前，通常需要先对管状零件进行定位焊接，再转移到焊接机上完成焊接。在进行定位焊接时，一般是先用焊接工装套管从径向方向对管状零件的对接接头进行固定，再对对接接头进行定位焊接。

在定位焊接的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于定位焊接的过程中需要对管状零件进行转动，而焊接工装套管仅能从径向方向进行锁紧，所以锁紧力不够，容易导致管状零件的对接接头间隙变大，影响焊接质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种管状零件焊接工装及焊接方法，能够解决定位焊接过程中，管状零件的对接接头间隙变大，导致焊点凹陷影响焊接质量的问题。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种管状零件焊接工装，焊接工装包括定位组件和紧固组件；

定位组件上设置有焊接口，当定位组件套装至两个管状零件的对接接头外时，焊接口与两个管状零件的对接接头相对布置；

紧固组件包括拉杆和两个压紧组件，拉杆沿管状零件的轴向插设在管状零件中，两个压紧组件分别可拆卸地套装在拉杆的两端，且两个压紧组件分别与管状零件的远离对接接头的一端相抵。

进一步地，两个压紧组件均包括压板和紧固件，对于任一个压紧组件，压板套装在拉杆上，压板的一侧用于与管状零件的远离对接接头的一端相抵，紧固件与拉杆螺纹配合，紧固件与压板的另一侧相抵。

进一步地，压板的一侧设置有台阶，台阶的外侧壁用于与管状零件的内壁相配合。

进一步地，压板上设置有通气孔。

进一步地，定位组件包括至少两个瓦块，各瓦块同轴可拆卸地安装在一起，以构成用于装夹所述管状零件的装夹空间。

进一步地，瓦块上设置有第一加强筋和第二加强筋，第一加强筋垂直于管状零件的轴线方向设置在瓦块的外表面，第二加强筋平行于管状零件的轴线方向设置在瓦块的外表面。

进一步地，瓦块的内表面上设置有压紧块，压紧块沿管状零件的圆周方向均匀分布。

进一步地，瓦块的内表面上设置有两行压紧块，两行压紧块沿管状零件的轴线方向间隔布置，第一行压紧块与一管状零件的外表面接触，另一行压紧块与另一管状零件的外表面接触。

进一步地，压紧块的高度为h，0.005R≤h≤0.008R，其中R为所述管状零件的外径。

第二方面，提供了一种采用上述管状零件焊接工装实现的焊接方法，该方法包括：

将两个管状零件的端面进行对接；

在所述管状零件的对接接头处装配定位组件；

在所述管状零件的两端装配紧固组件；

通过定位组件上的焊接口进行定位焊接；

拆除定位组件，将紧固组件安装到焊接机上进行焊接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明的管状零件焊接工装，包含定位组件和紧固组件，定位组件上设置有焊接口，当定位组件套装至管状零件的对接接头外时，焊接口的开口与管状零件的对接接头相对布置，以方便定位焊接；紧固组件，包括拉杆和两个压紧组件；拉杆沿管状零件的轴向插设在管状零件中；两个压紧组件分别可拆卸地套装在拉杆的两端，且两个压紧组件分别与管状零件远离对接接头的一端相抵，为对接接头提供轴向固定的锁紧力，从而使得在定位焊接的旋转过程中，对接接头间隙不变，提高定位焊接的质量，进而保证整体焊接质量达到工艺要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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个实施例，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为本发明实施例为管状零件焊接结构示意图；

图2为本发明实施例的焊接工装示意图；

图3为本发明实施例的定位组件的示意图；

图4为图3的A-A向视图；

图5为本发明实施例的紧固组件的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种管状零件焊接方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种管状零件在焊接机上的安装示意图；

图8是本发明实施例提供的一种管状零件焊接方法的流程图。

1、前管；2、后管；11、第一端面；12、第二端面；21、第三端面；22、第四端面；3、对接接头；100、定位组件；200、紧固组件；210、拉杆；220、压紧组件；120、瓦块；121、第一侧边；122、第二侧边；110、焊接口；130、连接法兰；131、连接孔；141、第一加强筋；142、第二加强筋；150、压紧块；151、第一行压紧块；152、第二行压紧块；221、压板；222、紧固件；223、通气孔；4、顶针；5、三爪卡盘。

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实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例为管状零件焊接结构示意图。为了更清楚的了解本方案，本实施例以外径为300mm的高强度合金钢发射管的焊接为例，介绍管状零件焊接工装及其焊接方法。如图1所示，管状零件为前管1和后管2。前管1包括第一端面11和第二端面12，后管2包括第三端面21和第四端面22。前管1的第二端面12和后管2的第三端面21通过对接接头3处的焊缝连接起来。前管1端面的外径与后管2端面的外径相等，前管1端面的内径与后管2端面的内径相等。

图2为本发明实施例的焊接工装示意图，如图2所示，焊接工装包括定位组件100和紧固组件200；定位组件100上设置有焊接口110，当定位组件100套装至前管1和后管2的对接接头3外时，焊接口110的开口与前管1和后管2的对接接头3相对布置。紧固组件200，包括拉杆210和两个压紧组件220；拉杆210沿前管1的轴向插设在前管1和后管2中；两个压紧组件220分别可拆卸地套装在拉杆的两端，且两个压紧组件220分别与前管1的第一端面11和后管2的第四端面22相抵。

本发明的管状零件焊接工装，包含定位组件100和紧固组件200，定位组件100上设置有焊接口110，当定位组件100套装至前管1和后管2的对接接头3外时，焊接口110的开口与前管1和后管2的对接接头3相对布置，以方便定位焊接；紧固组件200，包括拉杆210和两个压紧组件220；拉杆210沿前管1的轴向插设在前管1和后管2中；两个压紧组件220分别可拆卸地套装在拉杆的两端，且两个压紧组件220分别与前管1的第二端面12和后管2的第四端面22相抵，为对接接头3提供轴向固定的锁紧力，从而使得在定位焊接的旋转过程中，对接接头3间隙不变，提高定位焊接的质量，进而保证整体焊接质量达到工艺要求。

图3为本发明实施例的定位组件100的示意图，图4为图3的A、A向视图，如图3和图4所示，定位组件100包括至少两个瓦块120，瓦块120的内径与前管1的外径相等，各瓦块同轴可拆卸地安装在一起，以构成用于装夹管状零件的装夹空间。

可选地，定位组件包括两个瓦块120，瓦块120平行于轴线方向的第一侧边121和第二侧边122设置有连接法兰130。当两个瓦块120合拢时，对向的连接法兰130相抵形成环形结构，管状零件置于环形结构内。

焊接口110沿管状零件的圆周方向均匀分布。可以想到的，焊接口110的形状可以是圆形也可以是方形，本申请不做限定。

可选地，焊接口110可以为4个80mmx80mm的方孔，以便为定位焊接提供足够的空间。

连接法兰130上设置有连接孔131，相对的连接法兰130通过螺栓穿过对应的连接孔131固定，从而为对接接头3提供径向固定的锁紧力。

进一步地，瓦块120的外表面上还设置有第一加强筋141和第二加强筋142。第一加强筋141垂直于管状零件的轴线方向设置在瓦块120的外表面，以增加瓦块120的强度。可以想到的，第一加强筋141的设置应该避开焊接口110的位置。可选地，第一加强筋141包含对称于瓦块120的中心面分布的多条加强筋，以便于均匀的提高瓦块120的强度。

第二加强筋142平行于管状零件的轴线方向设置在瓦块120的外表面，且第二加强筋142的端部与第一加强筋141连接，使之成为一个整体，进一步增加瓦块120的强度。第二加强筋142可以设置在瓦块120的中心面上，以缓解瓦块120径向的最大应力。

进一步地，如图3和图4所示，瓦块120的内表面上还设置有压紧块150。压紧块150可以和管状零件的外表面产生过盈配合，从而提供更大的锁紧力。

可选地，瓦块120的内表面上设置有两行压紧块150，两行压紧块150沿管状零件的轴线方向间隔布置，第一行压紧块151与前管1的外表面接触，第二行压紧块152与后管2的外表面接触，以便为前管1和后管2提供均衡的锁紧力。

可选地，压紧块150与第一加强筋141的对应设置，以避免瓦块120由于受到压紧块150的作用而变形。

每行压紧块沿管状零件的圆周方向均匀分布，每行压紧块150数量为3、8个。可选地，每层压紧块150为4个，以便使管状零件受力均匀，从而保证管状零件焊接的直线度和同轴度。

可选地，压紧块150的高度为h，0.005R≤h≤0.008R，其中R为管状零件的外径。压紧块150的高度过高会引起管状零件的变形，压紧块150的高度过低，增加锁紧力的效果不佳。

本实施例中管状零件的外径为300mm，对应的压紧块150的高度应满足1.5mm≤h≤2.4mm

压紧块150的截面形状可以是圆形也可以是方形，本申请不做限定。

可选地，压紧块的截面为50mmx50mm的方块，以便于加工。压紧块150与管状零件接触的一面也可以加工为弧形，以便与管状零件更好的贴合。

图5为本发明实施例的紧固组件200的示意图，如图5所示，两个压紧组件220均包括压板221和紧固件222，对于任一个压紧组件220，压板221套装在拉杆210上，压板221的一侧用于与管状零件的远离对接接头3的一端相抵，紧固件222与拉杆螺纹配合，紧固件222与压板221的另一侧相抵。

可选地，紧固件222可以是螺母。必要时，可以使用双螺母为压板221提供可靠的预紧力，进一步地保证轴向固定的锁紧力。

压板221与前管1的第一端面11相抵的一侧和压板221与后管2的第四端面22相抵的一侧均设置台阶，台阶的外侧壁用于与前管1或后管2的内壁相配合。

压板221上设置有沿管状零件的轴线方向的通气孔223，以防止焊接过程中管状零件的内外压力差对焊接质量的影响。通气孔223可以在压板221上沿圆周方向均匀布置。

图6是本发明实施例提供的一种管状零件焊接方法的流程图，该采用上述管状零件焊接工装实现，参见图6，该方法包括：

步骤101：将两个管状零件的端面进行对接。

在装配平台上将后管2竖直放置，然后将前管1的第二端面12和后管2的第三端面21进行对接，对接过程中要做好防护支撑，防止倾倒。

步骤102：在管状零件的对接接头处装配定位组件100。

将两个瓦块120从管状零件的外侧合拢，使得第一行压紧块151与前管1的外表面贴合，第二行压紧块152与后管2的外表面贴合。调整瓦块120的位置，使得管状零件的对接接头3位于焊接口110的中间位置，采用螺栓将连接法兰130锁紧，完成定位组件100的装配。

步骤103：在管状零件的两端装配紧固组件。

将拉杆210沿轴线方向穿过管状零件；将压板221套装在拉杆210的两端，使得压板221分别与前管1的第一端面11和后管2的第四端面22相抵，通过螺母将压板221可拆卸的固定在拉杆210上，防止在旋转过程中对接接头3间隙变大。

步骤104：通过定位组件100上的焊接口110进行定位焊接。

通过定位组件100上的焊接口110对前管1和后管2的对接接头进行定位焊接。

可选地，在进行定位焊接时，将管状零件横卧放置，通过楔形工装，将管状零件固定。旋转管状零件，通过均匀布置在瓦块120上的焊接口，对对接接头3沿圆周方向进行定位焊接。

定位焊接可以采用氩弧焊，焊缝不允许有凹陷和裂纹。在定位焊接后还需要检查管体的直线度和同轴度。

步骤105：拆除定位组件100，将紧固组件200和管状零件一起安装到焊接机上进行焊接。

松开连接法兰130上的螺栓，从两侧拆除瓦块120。将紧固组件200和管状零件一起安装到焊接机上进行焊接。

图7为本发明实施例提供的一种管状零件在焊接机上的安装示意图。可选地，如图7所示，焊接机上的顶针4顶住拉杆210的一端，焊接机上的三爪卡盘5固定拉杆210的另一端，从而将紧固组件200和管状零件固定在焊接机上。

为了保证焊接质量，可以选择电子束焊接。若选择电子束焊接，在拆除瓦块120后，需要对紧固组件200和管状零件进行退磁处理，再安装在电子束焊接机上，在真空环境下，对对接接头3进行焊接。

图8是本发明实施例提供的一种管状零件焊接方法的流程图，为了保证焊接效果良好，该方法还可以包括：

步骤201，在步骤101前，先对管状零件的端面进行检查，端面的垂直度应满足小于±0.05mm。

步骤202：对满足垂直度要求的管状零件的待焊接端面，进行清洗。

可选地，使用丙酮或酒精对管状零件的待焊接端面进行清洗，去除端面上的杂质，提高焊接质量。

其余步骤203～207与步骤101～105相同，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种管状零件焊接工装，其特征在于，所述焊接工装包括定位组件(100)和紧固组件(200)；

所述定位组件(100)上设置有焊接口(110)，当所述定位组件(100)套装至两个所述管状零件的对接接头(3)外时，所述焊接口(110)与两个所述管状零件的对接接头(3)相对布置，所述定位组件(100)包括至少两个瓦块(120)，各所述瓦块同轴可拆卸地安装在一起，以构成用于装夹所述管状零件的装夹空间，

所述瓦块(120)上设置有第一加强筋(141)和第二加强筋(142)，所述第一加强筋(141)垂直于所述管状零件的轴线方向设置在所述瓦块(120)的外表面，沿所述管状零件的轴线方向上设有两条所述第一加强筋(141)，每条所述第一加强筋(141)均沿所述瓦块(120)的周向贴附在所述瓦块(120)的外表面上，所述第二加强筋(142)平行于所述管状零件的轴线方向设置在所述瓦块(120)的外表面，所述第二加强筋(142)设置在所述瓦块(120)的中心面上，所述第二加强筋(142)的端部与所述第一加强筋(141)连接，使之成为一个整体，

所述瓦块(120)平行于轴线方向的第一侧边(121)和第二侧边(122)设置有连接法兰(130)，同一所述瓦块(120)中，所述连接法兰(130)包括位于两条所述第一加强筋(141)之间的连接板，所述连接板的两端分别与两条所述第一加强筋(141)连接，

所述第一加强筋(141)、所述第二加强筋(142)和所述连接板交织形成四个矩形框架，每个所述矩形框架内均设有一个所述焊接口(110)，

所述瓦块(120)的内表面上设置有压紧块(150)，所述压紧块(150)沿所述管状零件的圆周方向均匀分布，所述压紧块(150)的高度为h，0.005R≤h≤0.008R，其中R为所述管状零件的外径，所述压紧块(150)与所述管状零件接触的一面为弧形，

所述压紧块(150)与所述第一加强筋(141)对应设置，以避免所述瓦块(120)由于受到所述压紧块(150)的作用而变形；

所述紧固组件(200)包括拉杆(210)和两个压紧组件(220)，所述拉杆(210)沿所述管状零件的轴向插设在所述管状零件中，两个所述压紧组件(220)分别可拆卸地套装在所述拉杆(210)的两端，且两个所述压紧组件(220)分别与所述管状零件的远离对接接头(3)的一端相抵。

2.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，两个所述压紧组件(220)均包括压板(221)和紧固件(222)，对于任一个所述压紧组件(220)，所述压板(221)套装在所述拉杆(210)上，所述压板(221)的一侧用于与所述管状零件的远离对接接头(3)的一端相抵，所述紧固件(222)与所述拉杆螺纹配合，所述紧固件(222)与所述压板(221)的另一侧相抵。

3.根据权利要求2所述的焊接工装，其特征在于，所述压板(221)的一侧设置有台阶，所述台阶的外侧壁用于与所述管状零件的内壁相配合。

4.根据权利要求2所述的焊接工装，其特征在于，所述压板(221)上设置有通气孔(223)。

5.根据权利要求1所述的焊接工装，其特征在于，所述瓦块(120)的内表面上设置有两行所述压紧块(150)，两行所述压紧块(150)沿所述管状零件的轴线方向间隔布置，第一行所述压紧块(150)与一所述管状零件的外表面接触，另一行所述压紧块(150)与另一所述管状零件的外表面接触。

6.一种管状零件焊接方法，采用如权利要求1所述的管状零件焊接工装实现，其特征在于，所述方法包括：

将两个管状零件的端面进行对接；

在所述管状零件的对接接头(3)处装配定位组件(100)；

在所述管状零件的两端装配紧固组件(200)；

通过定位组件(100)上的焊接口(110)进行定位焊接；

拆除定位组件(100)，将紧固组件(200)安装到焊接机上进行焊接。

Images