CN111421255A - 一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，包括芯板定位组件、上盖板定位组件、下盖板定位组件；芯板定位组件包括左侧槽钢、芯板定位槽钢、芯板压紧气缸或液压缸、连接板、右侧上梁、右侧下梁、右侧前纵梁、右侧后纵梁；上盖板定位组件包括上梁、上盖板压紧气缸或液压缸；下盖板定位组件包括下梁、下盖板压紧气缸或液压缸。还提供一种焊接方法。激光焊接定位工装采用模块化设计，主体焊接固定，芯板定位槽钢可以快速更换，减少维修时间；气缸或液压缸布置位置合适，芯板定位精度高，保证了上盖板、下盖板与芯板的贴合间隙，提高了焊接可靠性；激光焊接遵循从中间往两侧焊接及上下面交替焊接的原则，工件的焊接变形得到显著控制。

Description

一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装及焊接方法

技术领域

本发明属于船舶用工装领域，具体涉及一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装及焊接方法。

背景技术

目前，船舶业轻围壁结构、主横舱壁结构等传统船舶板架结构采用在板材上焊接角钢、槽钢、T型钢等方式达到提高结构刚度的目的，这种船舶板架结构的占用空间较大，等重强度低，故采用薄板夹芯结构替代上述结构成为发展趋势。与传统船舶板架结构相比，薄板夹芯结构具有减重、省空间、降噪的优点，等刚度下的薄板夹芯结构减重了25%～40%，减少占用空间30%～55%，减少了安装时间，且可灵活地应用。

但现有薄板夹芯结构采用传统的弧焊，其存在较大的热应力，导致焊后变形严重。但常规的压紧方式难以应对激光焊接对叠焊间隙的要求，导致焊缝表面美观性差、结合程度达不到要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装及焊接方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，包括芯板定位组件、上盖板定位组件、下盖板定位组件；

所述芯板定位组件包括左侧槽钢、芯板定位槽钢、芯板压紧气缸或液压缸、连接板、右侧上梁、右侧下梁、右侧前纵梁、右侧后纵梁；所述左侧槽钢前后延伸且开口朝左设置，多个所述芯板定位槽钢前后等间距布置，每个芯板定位槽钢左右延伸且开口朝前或朝后设置，每个芯板定位槽钢的左端通过螺栓与左侧槽钢连接，右端通过螺栓连接有一竖向设置的连接板，芯板定位槽钢内分布有多个芯板压紧气缸或液压缸，所述芯板压紧气缸或液压缸的活塞端与芯板定位槽钢的开口同向设置，所述右侧上梁和右侧下梁均前后延伸，并通过前后分布的右侧前纵梁和右侧后纵梁相连接，右侧上梁和右侧下梁分别通过螺栓与每块连接板的上端和下端连接；

所述上盖板定位组件包括上梁、上盖板压紧气缸或液压缸；多个所述上梁设置于芯板定位组件的上侧且前后等间距布置，每个上梁左右延伸且两端分别与左侧槽钢的上翼缘和右侧上梁连接，上梁的底面上分布有两个以上的上盖板压紧气缸或液压缸，每个上盖板压紧气缸或液压缸的活塞端朝下设置；

所述下盖板定位组件包括下梁、下盖板压紧气缸或液压缸；多个所述下梁设置于芯板定位组件的下侧且前后等间距布置，每个下梁左右延伸且两端分别与左侧槽钢的下翼缘和右侧下梁连接，下梁的顶面上分布有两个以上的下盖板压紧气缸或液压缸，每个下盖板压紧气缸或液压缸的活塞端朝上设置；

其中，所述芯板定位槽钢的背面左端设有芯板限位块；

所述芯板定位槽钢的上翼缘左端处设有上盖板左右限位块，所述上盖板定位组件还包括上侧前连接梁和上侧后连接梁，所述上侧前连接梁和上侧后连接梁分别设置于多个上梁的前侧和后侧，上侧前连接梁和上侧后连接梁均左右延伸且两端分别与左侧槽钢的上翼缘和右侧上梁连接，上侧前连接梁或上侧后连接梁的底面设有上盖板前后限位块；

所述芯板定位槽钢的下翼缘左端处设有下盖板左右限位块，所述下盖板定位组件还包括下侧前连接梁和下侧后连接梁，所述下侧前连接梁和下侧后连接梁分别设置于多个下梁的前侧和后侧，下侧前连接梁和下侧后连接梁均左右延伸且两端分别与左侧槽钢的下翼缘和右侧下梁连接，下侧前连接梁或下侧后连接梁的底面设有下盖板前后限位块。

进一步地，所述芯板压紧气缸或液压缸的活塞端、上盖板压紧气缸或液压缸的活塞端、下盖板压紧气缸或液压缸的活塞端上均设有顶块。

进一步地，所述芯板定位槽钢的两端设有芯板定位槽钢封板。

进一步地，所述芯板定位槽钢内设有加强筋。

进一步地，所述芯板定位槽钢的背面和下翼缘的连接边设有倒角。

进一步地，所述右侧上梁和右侧下梁均为槽钢且开口朝右设置，右侧上梁和右侧下梁上分别设有右侧上梁封板和右侧下梁封板。

进一步地，所述上梁和下梁均为工字钢。

一种薄板夹芯结构的焊接方法，采用上述薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，包括如下步骤：

（1）将连接板从芯板定位槽钢、右侧上梁、右侧下梁上卸下，将下盖板置于多个下盖板压紧气缸或液压缸上，将多块芯板分别置于多个芯板定位槽钢的背面上，将上盖板置于多块芯板的上沿上，重新装上连接板，在下盖板和上盖板上划线标明芯板的位置；

（2）下盖板通过下盖板前后限位块和下盖板左右限位块定位后，下盖板压紧气缸或液压缸将下盖板压紧在多个芯板定位槽钢的下翼缘上；

（3）芯板通过芯板定位槽钢背面的芯板限位块定位后，芯板压紧气缸或液压缸将芯板压紧在芯板定位槽钢的背面上；

（4）上盖板通过上盖板前后限位块和上盖板左右限位块定位后，上盖板压紧气缸或液压缸将上盖板压紧在多块芯板的上沿上；

（5）对所有待焊焊缝的两端激光点焊后，按照从中间往两侧焊接及上下面交替焊接的原则进行激光焊接；

（6）拆下连接板，将焊好的工件从右侧取出。

进一步地，步骤（5）中，每条焊缝结束时，在焊接部位通入压缩空气，待焊缝冷却至室温后再开始下一工位的焊接。

进一步地，步骤（1）前，所述薄板夹芯结构的激光焊接定位工装通过上侧前连接梁、上侧后连接梁、下侧前连接梁、上侧后连接梁安装到首尾架变位机上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、激光焊接定位工装采用模块化设计，主体采用焊接固定，芯板定位槽钢是保证工件定位精度的主要部件，芯板定位槽钢提供芯板的定位与下一块芯板的压紧，同时提供下盖板的定位，其两端采用螺栓连接，当芯板定位槽钢磨损或精度不足可以实现快速更换，减少维修时间；

2、采用气缸或液压缸压紧的方式压紧工件，所有压紧气缸或液压缸均采用螺栓连接的方式安装在激光焊接定位工装上，便于维修更换；

3、芯板定位槽钢的右端采用连接板连接到右侧矩形框架上，拆除连接板，松掉所有压紧气缸或液压缸后，焊接完成的薄板夹芯结构件可以从右侧取出，工件装配也能在右侧轻松开展；

4、激光焊接定位工装通过上侧前连接梁、上侧后连接梁、下侧前连接梁、上侧后连接梁安装到首尾架变位机上，可以实现快速翻转；

5、激光焊接定位工装中的芯板定位槽钢长于工件的长度，芯板定位槽钢长出部分的背面可以作为激光焊接定位基准面，减少了划线的时间；

6、芯板的上边和下边都有压紧气缸或液压缸进行压紧，每块芯板至少有12个压紧气缸或液压缸进行压紧，定位精度高，上盖板和下盖板在每两个芯板之间都有至少3个压紧气缸或液压缸进行压紧，上盖板与芯板的贴合间隙及下盖板与芯板的贴合间隙均能得到有效的保证，提高了焊接可靠性；

7、提供了一种薄板夹芯结构的焊接方法，在工件装夹完成后所有焊缝两端进行激光点焊，然后遵循从中间往两侧焊接及上下面交替焊接的原则进行激光焊接，相较于单面连续焊接，其焊接变形得到显著控制。

附图说明

图1为本发明激光焊接定位工装的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图1的竖直剖面图。

图5为激光焊接薄板夹芯结构的一侧的焊接顺序示意图。

图6为图5后激光焊接薄板夹芯结构的另一侧的焊接顺序示意图。

图1至图4中部件标号如下：

1左侧槽钢

2芯板定位槽钢

3芯板压紧气缸或液压缸

4连接板

5右侧上梁

6右侧下梁

7右侧前纵梁

8右侧后纵梁

9芯板限位块

10芯板定位槽钢封板

11加强筋

12右侧上梁封板

13右侧下梁封板

14上梁

15上盖板压紧气缸或液压缸

16上侧前连接梁

17上侧后连接梁

18上盖板前后限位块

19上盖板左右限位块

20下梁

21下盖板压紧气缸或液压缸

22下盖板左右限位块。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

参见图1至4，一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，包括芯板定位组件、上盖板定位组件、下盖板定位组件。

所述芯板定位组件包括左侧槽钢1、芯板定位槽钢2、芯板压紧气缸或液压缸3、连接板4、右侧上梁5、右侧下梁6、右侧前纵梁7、右侧后纵梁8。

所述左侧槽钢1沿前后方向延伸且开口朝左设置；多个所述芯板定位槽钢2前后等间距布置，每个芯板定位槽钢2沿左右方向延伸且开口朝前设置，每个芯板定位槽钢2的左端通过螺栓与左侧槽钢1连接，芯板定位槽钢2的右端通过螺栓连接有一竖向设置的连接板4，芯板定位槽钢2内分布有矩形阵列布置的多个芯板压紧气缸或液压缸3，本实施例中每个芯板定位槽钢2内设有2*6阵列布置的12个芯板压紧气缸或液压缸3，每个芯板压紧气缸或液压缸3的活塞端与芯板定位槽钢2的开口同向设置，用于将芯板压紧在前侧的芯板定位槽钢2上，当然，芯板定位槽钢2的开口和芯板压紧气缸或液压缸3的活塞端也可朝后设置，这里就不通过图片示出了；所述右侧上梁5和右侧下梁6上下分布且均沿前后方向延伸，右侧上梁5和右侧下梁6通过前后分布的右侧前纵梁7和右侧后纵梁8相焊接连接，右侧上梁5和右侧下梁6分别通过螺栓与每块连接板4的上端和下端连接。

其中，所述芯板定位槽钢2的背面左端处焊接连接有芯板限位块9；所述芯板压紧气缸或液压缸3的活塞端设有顶块；芯板定位槽钢2的两端焊接连接有芯板定位槽钢封板10；芯板定位槽钢2内焊接连接有加强筋11；芯板定位槽钢2的背面和下翼缘铣平，分别用于保证芯板和下盖板的定位精度；芯板定位槽钢2的背面和下翼缘的连接边设有倒角，以避免芯板定位槽钢2的边角对焊缝的影响。所述右侧上梁5和右侧下梁6为槽钢且开口朝右设置，右侧上梁5和右侧下梁6上分别焊接连接有右侧上梁封板12和右侧下梁封板13。

所述上盖板定位组件包括上梁14、上盖板压紧气缸或液压缸15。多个所述上梁14设置于芯板定位组件的上侧且前后等间距布置，每个上梁14沿左右方向延伸，上梁14的两端分别与左侧槽钢1的上翼缘和右侧上梁5焊接连接，上梁14的底面上左右分布有两个以上的上盖板压紧气缸或液压缸15，每个上盖板压紧气缸或液压缸15的活塞端朝下设置，用于将上盖板压紧在多个芯板定位槽钢2的上翼缘上。

其中，所述上梁14为工字钢；多个上梁14的前侧和后侧分别设有上侧前连接梁16和上侧后连接梁17，所述上侧前连接梁16和上侧后连接梁17均沿左右方向延伸，上侧前连接梁16和上侧后连接梁17的两端分别与左侧槽钢1的上翼缘和右侧上梁5焊接连接；上侧前连接梁16或上侧后连接梁17的底面上焊接连接有上盖板前后限位块18；每个芯板定位槽钢2的上翼缘左端处焊接连接有上盖板左右限位块19；所述上盖板压紧气缸或液压缸15的活塞端设有顶块。

所述下盖板定位组件包括下梁20、下盖板压紧气缸或液压缸21。多个所述下梁20设置于芯板定位组件的下侧且前后等间距布置，每个下梁20沿左右方向延伸，下梁20的两端分别与左侧槽钢1的下翼缘和右侧下梁6焊接连接，下梁20的顶面上左右分布有两个以上的下盖板压紧气缸或液压缸21，每个下盖板压紧气缸或液压缸21的活塞端朝上设置，用于将下盖板压紧在多个芯板定位槽钢2的下翼缘上。

其中，所述下梁20为工字钢；多个下梁20的前侧和后侧分别设有下侧前连接梁和下侧后连接梁，所述下侧前连接梁和下侧后连接梁均沿左右方向延伸，下侧前连接梁和下侧后连接梁的两端分别与左侧槽钢1的下翼缘和右侧下梁6焊接连接；下侧前连接梁或下侧后连接梁的顶面上焊接连接有下盖板前后限位块；每个芯板定位槽钢2的下翼缘左端处焊接连接有下盖板左右限位块22；所述下盖板压紧气缸或液压缸21的活塞端设有顶块。

在实际实施时，左侧槽钢1上的每两个芯板定位槽钢2之间开个小孔，用于布置气路或液路。

焊接前，清除焊接区域钢板底漆，并用丙酮清理焊接区域，将本激光焊接定位工装通过上侧前连接梁16、上侧后连接梁17、下侧前连接梁、上侧后连接梁17安装到首尾架变位机上。首尾架变位机用于快速翻转激光焊接定位工装，有利于实现激光焊接操作。

一种薄板夹芯结构的焊接方法，包括如下步骤：

（1）将连接板4从芯板定位槽钢2、右侧上梁5、右侧下梁6上卸下，分别将下盖板、多块芯板、上盖板放到本激光焊接定位工装的相应位置，具体为，将下盖板置于下盖板压紧气缸或液压缸21上，将多块芯板分别置于多个芯板定位槽钢2的背面上，将上盖板置于多块芯板的上沿上，再将连接板4重新装至芯板定位槽钢2、右侧上梁5、右侧下梁6上，以实现对多个芯板定位槽钢2固定，之后在下盖板和上盖板上划线标明芯板的位置。其中，本实施例安装芯板时，每个芯板定位槽钢2的背面上放置两块等长拼装芯板，保证位于中间的芯板压紧气缸或液压缸3的顶块能顶在两块等长拼装芯板的结合处，保证焊道上的定位焊缝与下方对应的芯板压紧气缸或液压缸3的顶块顶紧时的位置在同一竖直面上，以减少焊接变形。

（2）下盖板通过下盖板前后限位块和下盖板左右限位块22定位后，接通下盖板压紧气缸或液压缸21将下盖板压紧在多个芯板定位槽钢2的下翼缘上。

（3）芯板通过芯板定位槽钢2背面的芯板限位块9定位后，接通芯板压紧气缸或液压缸3将芯板压紧在芯板定位槽钢2的背面上。

（4）上盖板通过上盖板前后限位块18和上盖板左右限位块19定位后，接通上盖板压紧气缸或液压缸15将上盖板压紧在多块芯板的上沿上。

（5）对所有待焊焊缝的两端激光点焊，然后按照从中间往两侧焊接及上下面交替焊接的原则进行激光焊接，以控制焊接变形，焊接顺序可以参见图5和图6。

工艺初探时，每条焊道从上盖板和下盖板的一侧起焊，机器人带动激光头行走过程中依次经过多个定位焊缝。

为了减小芯板加工误差，可以采用一整块芯板取代两块等长拼装芯板；在无法满足一块芯板取代两块芯板的条件下，焊接单个焊道时，在上盖板和下盖板上找出两块等长拼装芯板结合处的位置，从该位置（即焊道长度中心）开始依次向两侧焊接。

每条焊缝结束时，在焊接部位通入压缩空气，待焊缝冷却至室温后再开始下一工位的焊接。

（6）拆下连接板4，将焊好的工件从右侧取出。

要注意的是焊接完成后进行翻转时容易发生芯板变形。搬运时要有两人专门负责支撑上盖板和下盖板的面板中心区域，防止该部位变形过大。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，包括芯板定位组件、上盖板定位组件、下盖板定位组件；

所述芯板定位组件包括左侧槽钢、芯板定位槽钢、芯板压紧气缸或液压缸、连接板、右侧上梁、右侧下梁、右侧前纵梁、右侧后纵梁；所述左侧槽钢前后延伸且开口朝左设置，多个所述芯板定位槽钢前后等间距布置，每个芯板定位槽钢左右延伸且开口朝前或朝后设置，每个芯板定位槽钢的左端通过螺栓与左侧槽钢连接，右端通过螺栓连接有一竖向设置的连接板，芯板定位槽钢内分布有多个芯板压紧气缸或液压缸，所述芯板压紧气缸或液压缸的活塞端与芯板定位槽钢的开口同向设置，所述右侧上梁和右侧下梁均前后延伸，并通过前后分布的右侧前纵梁和右侧后纵梁相连接，右侧上梁和右侧下梁分别通过螺栓与每块连接板的上端和下端连接；

所述上盖板定位组件包括上梁、上盖板压紧气缸或液压缸；多个所述上梁设置于芯板定位组件的上侧且前后等间距布置，每个上梁左右延伸且两端分别与左侧槽钢的上翼缘和右侧上梁连接，上梁的底面上分布有两个以上的上盖板压紧气缸或液压缸，每个上盖板压紧气缸或液压缸的活塞端朝下设置；

所述下盖板定位组件包括下梁、下盖板压紧气缸或液压缸；多个所述下梁设置于芯板定位组件的下侧且前后等间距布置，每个下梁左右延伸且两端分别与左侧槽钢的下翼缘和右侧下梁连接，下梁的顶面上分布有两个以上的下盖板压紧气缸或液压缸，每个下盖板压紧气缸或液压缸的活塞端朝上设置；

其中，所述芯板定位槽钢的背面左端设有芯板限位块；

所述芯板定位槽钢的上翼缘左端处设有上盖板左右限位块，所述上盖板定位组件还包括上侧前连接梁和上侧后连接梁，所述上侧前连接梁和上侧后连接梁分别设置于多个上梁的前侧和后侧，上侧前连接梁和上侧后连接梁均左右延伸且两端分别与左侧槽钢的上翼缘和右侧上梁连接，上侧前连接梁或上侧后连接梁的底面设有上盖板前后限位块；

所述芯板定位槽钢的下翼缘左端处设有下盖板左右限位块，所述下盖板定位组件还包括下侧前连接梁和下侧后连接梁，所述下侧前连接梁和下侧后连接梁分别设置于多个下梁的前侧和后侧，下侧前连接梁和下侧后连接梁均左右延伸且两端分别与左侧槽钢的下翼缘和右侧下梁连接，下侧前连接梁或下侧后连接梁的底面设有下盖板前后限位块。

2.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述芯板压紧气缸或液压缸的活塞端、上盖板压紧气缸或液压缸的活塞端、下盖板压紧气缸或液压缸的活塞端上均设有顶块。

3.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述芯板定位槽钢的两端设有芯板定位槽钢封板。

4.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述芯板定位槽钢内设有加强筋。

5.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述芯板定位槽钢的背面和下翼缘的连接边设有倒角。

6.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述右侧上梁和右侧下梁均为槽钢且开口朝右设置，右侧上梁和右侧下梁上分别设有右侧上梁封板和右侧下梁封板。

7.根据权利要求1所述的薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，其特征在于，所述上梁和下梁均为工字钢。

8.一种薄板夹芯结构的焊接方法，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述薄板夹芯结构的激光焊接定位工装，包括如下步骤：

（1）将连接板从芯板定位槽钢、右侧上梁、右侧下梁上卸下，将下盖板置于多个下盖板压紧气缸或液压缸上，将多块芯板分别置于多个芯板定位槽钢的背面上，将上盖板置于多块芯板的上沿上，重新装上连接板，在下盖板和上盖板上划线标明芯板的位置；

（2）下盖板通过下盖板前后限位块和下盖板左右限位块定位后，下盖板压紧气缸或液压缸将下盖板压紧在多个芯板定位槽钢的下翼缘上；

（3）芯板通过芯板定位槽钢背面的芯板限位块定位后，芯板压紧气缸或液压缸将芯板压紧在芯板定位槽钢的背面上；

（4）上盖板通过上盖板前后限位块和上盖板左右限位块定位后，上盖板压紧气缸或液压缸将上盖板压紧在多块芯板的上沿上；

（5）对所有待焊焊缝的两端激光点焊后，按照从中间往两侧焊接及上下面交替焊接的原则进行激光焊接；

（6）拆下连接板，将焊好的工件从右侧取出。

9.根据权利要求8所述的薄板夹芯结构的焊接方法，其特征在于，步骤（5）中，每条焊缝结束时，在焊接部位通入压缩空气，待焊缝冷却至室温后再开始下一工位的焊接。

10.根据权利要求8或9所述的薄板夹芯结构的焊接方法，其特征在于，步骤（1）前，所述薄板夹芯结构的激光焊接定位工装通过上侧前连接梁、上侧后连接梁、下侧前连接梁、上侧后连接梁安装到首尾架变位机上。

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