CN111468823A - 一种冻干机板层隔条焊接方法及焊接工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冻干机板层隔条焊接方法及焊接工装，该焊接方法包括步骤：按图纸要求将隔条装配于下面板，隔条与下面板点焊固定；将上面板铺设在装配好的隔条上，且上面板与下面板之间通过与隔条等高的垫块连接固定；采用激光焊将隔条以双面对称跳焊的方式分别与上面板及下面板焊接固定；打磨焊缝余高至与上面板或下面板表面齐平；对焊接完成后的板层进行校平；由于激光焊具有功率密度高、穿透性高、焊接速度快、热输入量低、可精确控制等优点，使得焊接时熔化过程极快，形成焊缝具有高深宽比，焊缝光亮美观、致密性高，焊缝强度、韧性和综合性能高，有助于提高上下面板与隔条的连接强度，满足板层的使用要求，同时焊后焊件热变形小，容易校平。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种冻干机板层隔条焊接方法及焊接工装。
背景技术
板层是一种冻干机上的核心部件，用于向被冻干物质传递冷量和热量，兼具压塞功能，板层的截面如图1所示,板层由上面板、下面板、封边与若干隔条组成，板层的内部结构为中空，中间流通导热介质，为保证导热介质可以在板层内均匀流动，内部由多个隔条形成“蛇形通道”，因此上下面板要与所有隔条进行密封焊接，焊接量大，板层的工作状态要求洁净且易清洗，所以采用不锈钢材料，而不锈钢材料具有焊接变形大的特性。
现有面板与隔条主要通过以下方式焊接：其一是“内焊法”，如图2所示，这种方法是利用特制的氩弧焊枪，在狭小空间内将面板与隔条用角焊缝实现连接，这种方法焊接变形极大，一般超过30mm，焊后校形工作量非常大。为了减小变形，大多采用间断焊的工艺，造成面板与隔条之间不密封，容易造成介质“短路”，传热效果不好；其二是“塞焊法”，如图3所示，这种方法是将隔条先焊接在一个面板上，然后在另一个面板对应隔条的位置开孔采用氩弧焊进行塞焊，高出的焊缝被打磨和抛光，这种技术虽然简单易行，但有很多不足，除了变形量很大(一般超过20mm)之外，效率低下，非常容易出现焊接缺陷造成板层泄漏而造成很大的危害；其三是“真空钎焊法”，即在板层面板与隔条之间预置钎料，整体装配后放入高温真空钎焊炉加热至特定的温度使钎料熔化而使面板与隔条连接在一起，此方法克服了焊接变形量大的问题，但由于钎料和不锈钢的物理性能存在很大差异，而板层的工作温度需在-40～120℃之间反复交替变化，所以疲劳强度很有限，且设备昂贵，一次投入非常高，另外板层的大小也会受到钎焊炉的限制；其四是“等离子弧焊”，该方法通过穿透面板实现与隔条的连接，但等离子弧本质上属于一种受压缩的电弧，其能量密度一般为105W/cm2，焊后变形大，一般能达到15mm，而且等离子焊接设备复杂，对操作者要求高；由此可见现有的焊接方式要么存在焊后变形量非常大、校平难的问题，要么存在强度不足的问题，很难满足板层强度、平面度及密封性的要求。
因此如何提供一种板层焊接方法，使其能够在保证板层强度的同时，减少焊后变形量，便于校平，以降低焊后校形工作量，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种冻干机板层隔条焊接方法，以在保证板层强度的同时，减少焊后变形量，便于校平，降低焊后校形工作量，从而达到满足板层强度、平面度及密封性要求的目的。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述冻干机板层隔条焊接方法的焊接工装。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种冻干机板层隔条焊接方法，包括步骤：
1)按图纸要求将隔条装配在下面板上，隔条与下面板点焊固定；
2)将上面板铺设在装配好的隔条上，且上面板与下面板之间通过与隔条等高的垫块连接固定；
3)采用激光焊将隔条以双面对称跳焊的方式分别与上面板以及下面板焊接固定；
4)打磨焊缝余高至与上面板或下面板表面齐平；
5)对焊接完成后的板层进行校平。
优选地，在所述步骤1)之前还包括准备步骤：校平上面板以及下面板，校直隔条，去除上面板、下面板以及隔条上的油污灰尘。
优选地，所述步骤2)中，上面板与下面板之间至少在四角处通过垫块点焊连接固定。
优选地，所述步骤3)具体包括：
将所有隔条分为第一组以及第二组，第一组隔条与第二组隔条相互间隔布置；
从第一组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第一组隔条与上面板焊接固定；
第一次翻转板层，从第一组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第一组隔条与下面板焊接固定；
第二次翻转板层，从第二组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第二组隔条与上面板焊接固定；
第三次翻转板层，从第二组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第二组隔条与下面板焊接固定。
优选地，所述隔条与所述上面板之间的焊缝以及所述隔条与所述下面板之间的焊缝从所述隔条的一端延伸至另一端。
优选地，在所述步骤3)中，对待焊接位置施加预设压力以将上面板或下面板压紧在隔条上。
优选地，所述预设压力为8kg/cm2。
一种应用于上述任意一项所述的冻干机板层隔条焊接方法的焊接工装，包括：
冷却垫板，用于垫设于板层下方以在焊接过程中对板层进行散热；
活动压板，用于从板层上方与所述冷却垫板配合将板层夹紧固定，所述活动压板上设置有用于将板层上的至少一处待焊接位置露出的避空结构；
活动压辊，所述活动压辊连接于移动机构上，所述移动机构能够带动所述活动压辊竖向移动以使所述活动压辊伸入所述避空结构将待焊接位置处的上面板或下面板压紧在隔条上，且所述移动机构能够带动所述活动压辊在待焊接位置上随焊枪同速同方向滚动。
优选地，所述冷却垫板内设置有冷却介质流道，所述冷却介质流道与冷却介质输送装置连接。
优选地，所述活动压板包括左压板以及右压板，所述左压板与所述右压板之间形成所述避空结构。
由此可见，为实现上述目的，本发明提供了一种冻干机板层隔条焊接方法，包括步骤：1)按图纸要求将隔条装配在下面板上，隔条与下面板点焊固定；2)将上面板铺设在装配好的隔条上，且上面板与下面板之间通过与隔条等高的垫块连接固定；3)采用激光焊将隔条以双面对称跳焊的方式分别与上面板以及下面板焊接固定；4)打磨焊缝余高至与上面板或下面板表面齐平；5)对焊接完成后的板层进行校平；上述方法采用激光焊接设备以双面对称跳焊的方式对上下面板以及隔条进行焊接，由于激光焊具有功率密度高、穿透性高、焊接速度快、热输入量低、可精确控制等优点，使得焊接时熔化过程极快，所形成的焊缝具有高的深宽比，深而窄，焊缝光亮美观，焊缝致密性高，焊缝强度、韧性和综合性能高，有助于提高上下面板与隔条的连接强度，从而保证板层的整体强度以及承压能力，满足板层的使用要求，同时焊后焊件热变形小，焊接变形不超过2mm，容易校平以使板层获得良好的平面度。
本发明还提供了一种用于上述冻干机板层隔条焊接方法的焊接工装，该焊接工装包括冷却垫板、活动压板以及活动压辊，其中，冷却垫板用于垫设于板层下方以在焊接过程中对板层进行散热；活动压板用于从板层上方与冷却垫板配合将板层夹紧固定，活动压板上设置有用于将板层上的至少一处待焊接位置露出的避空结构；活动压辊连接于移动机构上，移动机构能够带动活动压辊竖向移动以使活动压辊伸入避空结构将待焊接位置处的上面板或下面板压紧在隔条上，且移动机构能够带动活动压辊在待焊接位置上随焊枪同速同方向滚动；上述焊接工装能够在利用上述焊接方法的焊接过程中，固定上下面板以及隔条，并对焊接位置施加压力以减小焊接位置变形，进一步提高板层的焊接质量，满足板层平面度以及密封性的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为板层的剖视图；
图2为采用内焊法焊接的板层的剖视图；
图3为采用塞焊法焊接的板层的剖视图；
图4为采用本发明实施例提供的冻干机板层隔条焊接方法焊接的板层的剖视图；
图5为本发明实施例提供的冻干机板层隔条焊接工装的结构示意图。
图中：
1为板层；101为上面板；102为下面板；103为隔条；104为封边；2为冷却垫板；3为右压板；4为左压板；5为活动压辊；6为焊枪。
具体实施方式
本发明的核心之一在于提供一种冻干机板层隔条焊接方法，该冻干机板层隔条焊接方法能够减少焊后变形量，便于校平，降低焊后校形工作量，从而实现满足板层强度、平面度及密封性要求的目的。
本发明的另一核心在于提供一种基于上述冻干机板层隔条焊接方法的焊接工装。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种冻干机板层1隔条103焊接方法，包括步骤：
Step1：按图纸要求将隔条103装配在下面板102上，隔条103与下面板102点焊固定；
上述步骤中，用氩弧焊将隔条103与下面板102点焊牢固，点焊数量要尽量少，点焊电流尽量小，以免引起变形。
Step2：将上面板101铺设在装配好的隔条103上，且上面板101与下面板102之间通过与隔条103等高的垫块连接固定；
上面板101不需要与隔条103焊接，仅需要通过垫块分别与下面板102边缘点焊固定即可。
Step3：采用激光焊将隔条103以双面对称跳焊的方式分别与上面板101以及下面板102焊接固定；
采用双面对称跳焊的方式减小焊接变形，共分四次完成焊接。
Step4：打磨焊缝余高至与上面板101或下面板102表面齐平；
Step5：对焊接完成后的板层1进行校平；
校平时不能采取火焰加热的方式，要采取冷加工的方式，如校平机或千斤顶等。
与现有技术相比，本发明实施例提供的冻干机板层1隔条103焊接方法采用激光焊接设备以双面对称跳焊的方式对上面板101、下面板102以及隔条103进行焊接，由于激光焊具有功率密度高、穿透性高、焊接速度快、热输入量低、可精确控制等优点，使得焊接时熔化过程极快，所形成的焊缝具有高的深宽比，深而窄，如图4所示，焊缝光亮美观，焊缝致密性高，焊缝强度、韧性和综合性能高，有助于提高上面板101、下面板102与隔条103的连接强度，从而保证板层1的整体强度以及承压能力，满足板层1的使用要求，经2.0MPa压力试验，焊缝未撕裂，满足板层1所需的0.4MPa的工作压力，同时焊后焊件热变形小，焊接变形不超过2mm，容易校平以使板层1获得良好的平面度。
较优地，在步骤Step1之前还包括准备步骤：校平上面板101以及下面板102，校直隔条103，去除上面板101、下面板102以及隔条103上的油污灰尘。
在步骤Step2中，上面板101与下面板102之间至少在四角处通过垫块点焊连接固定，当然也可以将上面板101与下面板102之间的其他位置通过垫块连接，在此不做限定。
进一步地，步骤Step3具体包括：
将所有隔条103分为第一组以及第二组，第一组隔条103与第二组隔条103相互间隔布置；
从第一组隔条103中处于中间位置的隔条103开始左右交替地将第一组隔条103与上面板101焊接固定；
第一次翻转板层1，从第一组隔条103中处于中间位置的隔条103开始左右交替地将第一组隔条103与下面板102焊接固定；
第二次翻转板层1，从第二组隔条103中处于中间位置的隔条103开始左右交替地将第二组隔条103与上面板101焊接固定；
第三次翻转板层1，从第二组隔条103中处于中间位置的隔条103开始左右交替地将第二组隔条103与下面板102焊接固定。
上述焊接方式即为双面对称跳焊，能够有效控制焊接过程中的变形，减少变形量以便于焊后的校平。
进一步地，激光焊从隔条103的一端开始，至隔条103的另一端结束，隔条103与上面板101之间的焊缝以及隔条103与下面板102之间的焊缝从隔条103的一端延伸至另一端，使上面板101、下面板102与隔条103之间形成良好的密封性。
较优地，在步骤Step3中，对待焊接位置施加预设压力以将上面板101或下面板102压紧在隔条103上，以减小焊接变形。
上述预设压力为8kg/cm2。
本发明实施例还提供了一种应用于上述任意一项所述的冻干机板层1隔条103焊接方法的焊接工装，如图5所示，该焊接工装包括冷却垫板2、活动压板以及活动压辊5，其中，冷却垫板2用于垫设于板层1下方以在焊接过程中对板层1进行散热；活动压板用于从板层1上方与冷却垫板2配合将板层1夹紧固定，活动压板上设置有用于将板层1上的至少一处待焊接位置露出的避空结构；活动压辊5连接于移动机构上，移动机构能够带动活动压辊5竖向移动以使活动压辊5伸入避空结构将待焊接位置处的上面板101或下面板102压紧在隔条103上，且移动机构能够带动活动压辊5在待焊接位置上随焊枪6同速同方向滚动。
通过上述工装，能够在焊接过程中将面板与隔条103充分压紧固定，减少焊接过程中的变形，提高焊接质量，减少焊后校平工作量。
较优地，上述冷却垫板2内设置有冷却介质流道，冷却介质流道与冷却介质输送装置连接，冷却介质输送装置可以为水泵，也可以为风扇，或者两者的结合，采用空冷与水冷结合的方式进行散热。
进一步地，可在冷却垫板2不与焊件接触的表面设置散热翅片以提高散热效果。
如图5所示，活动压板包括左压板4以及右压板3，左压板4与右压板3之间形成避空结构，当然活动压板也可以为一体结构，避空结构可以通过在活动压板中间开槽的方式形成。
需要说明的是，上述焊接工装不仅可以用于板层1的焊接，其他需要在焊接时夹紧的待焊接件都可以采用上述焊接工装进行焊接。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，包括步骤：
1)按图纸要求将隔条装配在下面板上，隔条与下面板点焊固定；
2)将上面板铺设在装配好的隔条上，且上面板与下面板之间通过与隔条等高的垫块连接固定；
3)采用激光焊将隔条以双面对称跳焊的方式分别与上面板以及下面板焊接固定；
4)打磨焊缝余高至与上面板或下面板表面齐平；
5)对焊接完成后的板层进行校平。
2.根据权利要求1所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，在所述步骤1)之前还包括准备步骤：校平上面板以及下面板，校直隔条，去除上面板、下面板以及隔条上的油污灰尘。
3.根据权利要求1所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，所述步骤2)中，上面板与下面板之间至少在四角处通过垫块点焊连接固定。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
将所有隔条分为第一组以及第二组，第一组隔条与第二组隔条相互间隔布置；
从第一组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第一组隔条与上面板焊接固定；
第一次翻转板层，从第一组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第一组隔条与下面板焊接固定；
第二次翻转板层，从第二组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第二组隔条与上面板焊接固定；
第三次翻转板层，从第二组隔条中处于中间位置的隔条开始左右交替地将第二组隔条与下面板焊接固定。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，所述隔条与所述上面板之间的焊缝以及所述隔条与所述下面板之间的焊缝从所述隔条的一端延伸至另一端。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，在所述步骤3)中，对待焊接位置施加预设压力以将上面板或下面板压紧在隔条上。
7.根据权利要求6所述的冻干机板层隔条焊接方法，其特征在于，所述预设压力为8kg/cm2。
8.一种应用于权利要求1-7任意一项所述的冻干机板层隔条焊接方法的焊接工装，其特征在于，包括：
冷却垫板，用于垫设于板层下方以在焊接过程中对板层进行散热；
活动压板，用于从板层上方与所述冷却垫板配合将板层夹紧固定，所述活动压板上设置有用于将板层上的至少一处待焊接位置露出的避空结构；
活动压辊，所述活动压辊连接于移动机构上，所述移动机构能够带动所述活动压辊竖向移动以使所述活动压辊伸入所述避空结构将待焊接位置处的上面板或下面板压紧在隔条上，且所述移动机构能够带动所述活动压辊在待焊接位置上随焊枪同速同方向滚动。
9.根据权利要求8所述的焊接工装，其特征在于，所述冷却垫板内设置有冷却介质流道，所述冷却介质流道与冷却介质输送装置连接。
10.根据权利要求8所述的焊接工装，其特征在于，所述活动压板包括左压板以及右压板，所述左压板与所述右压板之间形成所述避空结构。
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