CN111151965A - 一种可调型面内撑焊接工装及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可调型面内撑焊接工装及使用方法，属于焊接工装领域。解决了现有针对各类筒形零件对接焊缝焊接件易变形、易损伤、易错边、调节难度大的问题。它包括内撑机构、传动机构和固定法兰，所述内撑机构设置在焊接件的焊缝处，所述内撑机构包括多个胀瓣和多个顶杆，所述胀瓣和顶杆的数量相同，每个胀瓣底部均与对应的顶杆相连，多个胀瓣组合后的外型面与焊接件内型面相同，所述传动机构包括施力杆、内部传动轴、内部顶杆、传力杆、锥形轴、主轴和同心固定轴，所述锥形轴套接在主轴上，并沿主轴轴向滑动，所述锥形轴侧面设置有多个锥形轴斜面，锥形轴斜面数量及角度与顶杆相同。它主要用于对筒形零件进行焊接。

Description

一种可调型面内撑焊接工装及使用方法

技术领域

本发明属于焊接工装领域，特别是涉及一种可调型面内撑焊接工装及使用方法。

背景技术

目前，针对各类筒形零件对接焊缝主要采用以下几种方式完成装配焊接：

1、无工装辅助的焊接方式。首先采用微弧冷焊的焊接方式均匀选取几点进行焊前点固，然后对环焊缝进行整体焊接。采用此种焊接方式易导致整体零件发生焊接变形，薄壁零件尤为严重，并会伴有局部错边，整体尺寸及形位公差无法保证等问题。

2、制造与零件内形结构完全相同的支撑，两侧采用带有锁底的法兰将需要对接焊的零件进行夹紧焊接，采用此种方法焊接存在以下不足：1)若零件加工到尺寸下差，会导致工装无法嵌入其中；若零件加工到尺寸上差，会导致工装与零件出现间隙，起不到支撑作用；2)在零件完成焊接后，在焊缝的背侧会出现焊缝余高，直接导致工装难以拆卸，且在拆卸过程中会对零件焊缝及内部表面造成不同程度的损伤。

3、采用主体支撑(略小于零件内形)加多瓣楔形胀瓣配合支撑的形式，此种方式的缺点是各楔形胀瓣插入长短难于控制，零件圆度、同轴度调节难度大，很难保证零件焊前装配尺寸。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种可调型面内撑焊接工装及使用方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可调型面内撑焊接工装，它包括内撑机构、传动机构和固定法兰，所述内撑机构设置在焊接件的焊缝处，所述内撑机构包括多个胀瓣和多个顶杆，所述胀瓣和顶杆的数量相同，每个胀瓣底部均与对应的顶杆相连，多个胀瓣组合后的外型面与焊接件内型面相同，所述传动机构包括锥形轴、主轴和同心固定轴，所述锥形轴套接在主轴上，并沿主轴轴向滑动，所述锥形轴侧面设置有多个锥形轴斜面，锥形轴斜面数量及角度与顶杆相同，所述同心固定轴中心与主轴相连，所述同心固定轴上沿圆周方向设置有多个横向支撑板，每个横向支撑板上均开设有通孔，所有通孔均指向圆心，所述顶杆穿过通孔后与锥形轴对应的锥形轴斜面接触，所述顶杆与横向支撑板之间设置有弹簧，所述主轴两端分别设置有固定法兰，所述固定法兰与焊接件两端相连。

更进一步的，所述主轴包括内部传动轴、外部主轴、内部顶杆和传力杆，所述内部传动轴与内部顶杆相连，所述内部顶杆与传力杆相连，所述传力杆与锥形轴相连，所述内部顶杆上开设有活动槽，所述传力杆沿活动槽滑动，所述内部顶杆外侧套接外部主轴。

更进一步的，所述内部传动轴上设置有施力杆。

更进一步的，所述同心固定轴上设置有竖向支撑板，所述竖向支撑板位于胀瓣两侧。

更进一步的，所述锥形轴斜面与主轴轴线的夹角为30°。

更进一步的，所述胀瓣的数量为4-8个，所述胀瓣为钢制或铝制。

更进一步的，所述胀瓣为镂空结构，内部设置有立筋。

本发明还提供了一种可调型面内撑焊接工装的使用方法，它包括以下步骤：

步骤一：设计与焊接件内型面尺寸、形状相同的多个胀瓣，胀瓣之间留有收缩余量，将内撑机构设置在焊接件的焊缝处；

步骤二：锥形轴套接在主轴上，保证同轴度，施力杆通过螺旋转动带动内部传动轴运动，内部传动轴带动内部顶杆运动，内部顶杆进一步通过传力杆带动主轴外部的锥形轴运动，使锥形轴在水平外力的作用下沿主轴向前、后滑动，通过锥形轴斜面的作用产生向上作用在顶杆上的分作用力，顶杆推动胀瓣向外伸展，实现内撑机构的伸缩，直至胀瓣与焊接件内表面接触，固定支撑住焊接件内表面；

步骤三：通过固定法兰将焊接件两端夹紧固定后进行焊接工序；

步骤四：焊接工序完成后，撤去固定法兰，对锥形轴施加相反的水平外力，使锥形轴沿主轴向后滑动，作用在顶杆上的分作用力消失，顶杆在弹簧的作用下带动胀瓣向内收缩，避开焊缝余高和干涉位置，完成焊接工装的拆卸。

更进一步的，所述胀瓣与焊接件内表面接触位置镶嵌有铜块，所述胀瓣与焊接件内表面接触位置开设有通气槽，所述通气槽内通入惰性气体。

更进一步的，所述步骤三中，固定法兰将焊接件两端夹紧固定后，通过螺旋转动施力杆可对内撑机构进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有针对各类筒形零件对接焊缝焊接件易变形、易损伤、易错边、调节难度大的问题。本发明适用于等、变径圆筒形和非圆筒形零件的两级或多级对接环焊缝高精度焊接及辅助焊接后组件的精密机加工。可有效保证各类环形零件对焊装配尺寸的要求，且调节形式简单，易操作，能够有效提高焊接质量及焊接效率，本发明针对薄、厚壁，焊后易变形，且对焊后整体形位公差及尺寸公差均有严格要求的环焊缝对接焊零件，通过对焊接工装的优化设计来有效保证焊后零件质量，且工装便于焊前装配、调试与焊后拆卸。具有以下优点：

1.通用性强，可适用于等、变径圆筒形和非圆筒形零件的两级或多级对接环焊缝高精度焊接，且仅对工装进行微调即可适用于不同形状、尺寸筒形件对接或搭接焊，如图14列举的两种环形结构零件。

2.装配精度高，通过本工装配合装配，可有效保证整体焊接零件的同轴度、直线度等相关指标，确保对焊零件无错边。

3.拆装便捷，焊前装配与焊后拆卸操作简单，省时省力，可有效提高焊接效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种可调型面内撑焊接工装结构示意图；

图2为本发明所述的胀瓣安装示意图；

图3为本发明所述的胀瓣结构示意图；

图4为本发明所述的顶杆与锥形轴连接示意图；

图5为本发明所述的胀瓣向外伸展运动状态示意图；

图6为本发明所述的同心固定轴结构示意图；

图7为本发明所述的弹簧安装位置示意图；

图8为本发明所述的胀瓣向内收缩运动状态示意图；

图9为本发明所述的弹簧运动状态示意图；

图10为本发明所述的主轴连接示意图；

图11为本发明所述的主轴剖视结构示意图；

图12为本发明所述的不同尺寸胀瓣结构示意图；

图13为本发明所述的不同型面胀瓣结构示意图；

图14为本发明所述的不同结构的焊接件示意图；

图15为本发明所述的焊接件焊缝位置示意图；

图16为本发明所述的焊接件焊接过程示意图。

1-胀瓣，2-顶杆，3-锥形轴，4-主轴，5-同心固定轴，6-横向支撑板，7-竖向支撑板，8-弹簧，9-施力杆，10-固定法兰，11-内部传动轴，12-外部主轴，13-内部顶杆，14-传力杆，15-活动槽。

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、完整地阐述。

参见图1-16说明本实施方式，一种可调型面内撑焊接工装，它包括内撑机构、传动机构和固定法兰10，内撑机构设置在焊接件的焊缝处，内撑机构包括多个胀瓣1和多个顶杆2，胀瓣1和顶杆2的数量相同，每个胀瓣1底部均与对应的顶杆2相连，多个胀瓣1组合后的外型面与焊接件内型面相同，传动机构包括锥形轴3、主轴4和同心固定轴5，锥形轴3套接在主轴4上，并沿主轴4轴向滑动，锥形轴3侧面设置有多个锥形轴斜面，锥形轴斜面数量及角度与顶杆2相同，同心固定轴5中心与主轴4相连，同心固定轴5上沿圆周方向设置有多个横向支撑板6，每个横向支撑板6上均开设有通孔，所有通孔均指向圆心，顶杆2穿过通孔后与锥形轴3对应的锥形轴斜面接触，顶杆2与横向支撑板6之间设置有弹簧8，主轴4两端分别设置有固定法兰10，固定法兰10与焊接件两端相连。

本实施例根据焊接件的内形结构及尺寸设计出多个胀瓣1，各胀瓣1在完全撑起时可有效支撑两个焊接件的界面部分，且各个方向受力相同，防止焊接时出现错边或焊接收缩变形，整体工装具有伸缩功能，便于工装焊前装配、调试及焊后拆卸。针对制造尺寸满足公差且非理论尺寸的对接焊接件同样具备良好的支撑作用。工装对焊位置的支撑及零件两侧起支撑和紧固作用的固定法兰10均装配完成以后，仍可对中间内撑机构进行调节，且操作简单方便。仅通过更换胀瓣1，即可完成对不同形状或不同尺寸的零件进行环焊缝对接焊，如图12-13所示。

本实施例主轴4包括内部传动轴11、外部主轴12、内部顶杆13和传力杆14，内部传动轴11与内部顶杆13相连，内部顶杆13与传力杆14相连，传力杆14与锥形轴3相连，内部顶杆13上开设有活动槽15，传力杆14沿活动槽15滑动，内部顶杆13外侧套接外部主轴12，内部传动轴11上设置有施力杆9，同心固定轴5上设置有竖向支撑板7，竖向支撑板7位于胀瓣1两侧，锥形轴斜面与主轴4轴线的夹角为30°，胀瓣1的数量为4-8个，胀瓣1为钢制或铝制，胀瓣1为镂空结构，内部设置有立筋。

本实施例为一种可调型面内撑焊接工装的使用方法，它包括以下步骤：

步骤一：设计与焊接件内型面尺寸、形状相同的多个胀瓣1，胀瓣1之间留有收缩余量，将内撑机构设置在焊接件的焊缝处；

步骤二：锥形轴3套接在主轴4上，保证同轴度，施力杆9通过螺旋转动带动内部传动轴11运动，内部传动轴11带动内部顶杆13运动，内部顶杆13进一步通过传力杆14带动主轴4外部的锥形轴3运动，使锥形轴3在水平外力的作用下沿主轴4向前滑动，通过锥形轴斜面的作用产生向上作用在顶杆2上的分作用力，顶杆2推动胀瓣1向外伸展，实现内撑机构的伸缩，直至胀瓣1与焊接件内表面接触，固定支撑住焊接件内表面；

步骤三：通过固定法兰10将焊接件两端夹紧固定后进行焊接工序；

步骤四：焊接工序完成后，撤去固定法兰10，对锥形轴3施加相反的水平外力，使锥形轴3沿主轴4向后滑动，作用在顶杆2上的分作用力消失，顶杆2在弹簧8的作用下带动胀瓣1向内收缩，避开焊缝余高和干涉位置，完成焊接工装的拆卸。

本实施例以两个内圆直径为820mm，长度尺寸均为500mm，壁厚为1.5mm的TC4钛合金筒形件作为焊接件进行对接焊为例，如图16所示，设计与焊接件内型面尺寸、形状相同的胀瓣1，胀瓣1之间接触位置向内偏置2mm，作为收缩余量，用于胀瓣1向内收缩，胀瓣1的数量为6个，即夹角为60°，胀瓣1可向内收缩2mm，1.5mm厚的钛板焊缝余高＜0.3mm，胀瓣1收缩2mm完全可以满足后期焊后零件拆卸，胀瓣1的设计及安装如图2所示，胀瓣1为镂空结构，用于进行减重，内部设置起加强作用的立筋，胀瓣1的形式及组成不唯一，胀瓣1可由钢制的或铝制，也可在胀瓣1与焊接件内表面接触位置镶嵌铜块，用于加快散热，或者在胀瓣1与焊接件内表面接触位置开设通气槽，通气槽内通入惰性气体避免焊接氧化，步骤三中，固定法兰10将焊接件两端夹紧固定后，通过螺旋转动施力杆9可对内撑机构进行调节，调节时不需要再拆卸固定法兰10，支撑固定方便。

设计内径为120mm，外部最大直径为240mm的锥形轴3，由于胀瓣1的数量为6个，因此锥形轴3为锥形六面体轴，保证六个胀瓣1伸缩量相同，焊接件内表面各方向胀紧力一致。将锥形轴3套接在直径尺寸为119.9到119.95mm的主轴上，保证同轴度，锥形轴3在水平外力作用下沿主轴4向前滑动，通过锥形轴斜面的作用产生向上作用在顶杆2上的分作用力，顶杆2推动胀瓣1向外伸展直到牢固支撑上焊接件内表面为止，如图4-5所示；锥形轴斜面与主轴4轴线的夹角为30°，即锥形轴3每向前滑动1.73mm，胀瓣1就会向外伸展1mm，最终完成对内径820mm圆筒对接焊缝的支撑，如图1所示，图中箭头所指为焊缝所在位置。焊接件的两端使用直径为820-0.1-0.15mm并带有倒角的固定法兰10焊接件夹紧固定，倒角便于固定法兰10嵌入两侧焊接件的筒内，最终完成对接环焊缝的焊接。

同心固定轴5的结构如图6所示，保证顶杆2均指向圆心，竖向支撑板用于保证各个胀瓣1均处于同一平面内，确保各胀瓣1具有相同的膨胀精度。焊接完成后，当锥形轴3后退时，与胀瓣1固定在一起的顶杆2在弹簧8的作用下将会向内收缩，如图8-9所示，在撤去外力时，弹簧8将回恢复到原有状态，带动固定在顶杆2上的定位销使顶杆2和胀瓣1向内收缩，避开焊缝余高或其他干涉位置，以便焊后零件拆卸。

工装的整体传动是由固定法兰10外侧的施力杆9通过螺旋转动带动内部传动轴11运动，内部传动轴11带动内部顶杆13运动，内部顶杆13进一步通过传力杆14带动锥形轴3运动，最终达到各个胀瓣1伸缩的目的，如图10-11所示，在焊接时通过胀瓣1伸展有效支撑焊接件进行对接焊的焊缝，防止焊缝错边或两对接焊件同轴度等相关尺寸不达标；在焊接完成后通过胀瓣1收缩使整体工件便于拆卸。

以上对本发明所提供的一种可调型面内撑焊接工装及使用方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：它包括内撑机构、传动机构和固定法兰(10)，所述内撑机构设置在焊接件的焊缝处，所述内撑机构包括多个胀瓣(1)和多个顶杆(2)，所述胀瓣(1)和顶杆(2)的数量相同，每个胀瓣(1)底部均与对应的顶杆(2)相连，多个胀瓣(1)组合后的外型面与焊接件内型面相同，所述传动机构包括锥形轴(3)、主轴(4)和同心固定轴(5)，所述锥形轴(3)套接在主轴(4)上，并沿主轴(4)轴向滑动，所述锥形轴(3)侧面设置有多个锥形轴斜面，锥形轴斜面数量及角度与顶杆(2相同，所述同心固定轴(5)中心与主轴(4)相连，所述同心固定轴(5)上沿圆周方向设置有多个横向支撑板(6)，每个横向支撑板(6)上均开设有通孔，所有通孔均指向圆心，所述顶杆(2)穿过通孔后与锥形轴(3)对应的锥形轴斜面接触，所述顶杆(2)与横向支撑板(6)之间设置有弹簧(8)，所述主轴(4)两端分别设置有固定法兰(10)，所述固定法兰(10)与焊接件两端相连。

2.根据权利要求1所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述主轴(4)包括内部传动轴(11)、外部主轴(12)、内部顶杆(13)和传力杆(14)，所述内部传动轴(11)与内部顶杆(13)相连，所述内部顶杆(13)与传力杆(14)相连，所述传力杆(14)与锥形轴(3)相连，所述内部顶杆(13)上开设有活动槽(15)，所述传力杆(14)沿活动槽(15)滑动，所述内部顶杆(13)外侧套接外部主轴(12)。

3.根据权利要求2所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述内部传动轴(11)上设置有施力杆(9)。

4.根据权利要求1所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述同心固定轴(5)上设置有竖向支撑板(7)，所述竖向支撑板(7)位于胀瓣(1)两侧。

5.根据权利要求1所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述锥形轴斜面与主轴(4)轴线的夹角为30°。

6.根据权利要求1所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述胀瓣(1)的数量为4-8个，所述胀瓣(1)为钢制或铝制。

7.根据权利要求1所述的一种可调型面内撑焊接工装，其特征在于：所述胀瓣(1)为镂空结构，内部设置有立筋。

8.一种基于权利要求1所述的可调型面内撑焊接工装的使用方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：设计与焊接件内型面尺寸、形状相同的多个胀瓣(1)，胀瓣(1)之间留有收缩余量，将内撑机构设置在焊接件的焊缝处；

步骤二：锥形轴(3)套接在主轴(4)上，保证同轴度，施力杆(9)通过螺旋转动带动内部传动轴(11)运动，内部传动轴(11)带动内部顶杆(13)运动，内部顶杆(13)进一步通过传力杆(14)带动主轴(4)外部的锥形轴(3)运动，使锥形轴(3)在水平外力的作用下沿主轴(4)向前、后滑动，通过锥形轴斜面的作用产生向上作用在顶杆(2)上的分作用力，顶杆(2)推动胀瓣(1)向外伸展，实现内撑机构的伸缩，直至胀瓣(1)与焊接件内表面接触，固定支撑住焊接件内表面；

步骤三：通过固定法兰(10)将焊接件两端夹紧固定后进行焊接工序；

步骤四：焊接工序完成后，撤去固定法兰(10)，对锥形轴(3)施加相反的水平外力，使锥形轴(3)沿主轴(4)向后滑动，作用在顶杆(2)上的分作用力消失，顶杆(2)在弹簧(8)的作用下带动胀瓣(1)向内收缩，避开焊缝余高和干涉位置，完成焊接工装的拆卸。

9.根据权利要求8所述的一种可调型面内撑焊接工装的使用方法，其特征在于：所述胀瓣(1)与焊接件内表面接触位置镶嵌有铜块，所述胀瓣(1)与焊接件内表面接触位置开设有通气槽，所述通气槽内通入惰性气体。

10.根据权利要求8或9所述的一种可调型面内撑焊接工装的使用方法，其特征在于：所述步骤三中，固定法兰(10)将焊接件两端夹紧固定后，通过螺旋转动施力杆(9)可对内撑机构进行调节。

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