CN111590162A - 一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法 - Google Patents

一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法,该定位装置包括芯棒,待焊接薄壁管套在芯棒上,所述芯棒的一端为夹持部位,另一端设有顶紧机构,在芯棒上设有若干个用于支撑薄壁管的凸轮结构,每个所述凸轮结构包括沿芯棒周向分布的多个凸起部,凸轮结构的外周面能够与薄壁管的内壁面紧密配合。本发明解决了薄壁管对接焊定位难、废品率高的问题,安装操作简单高效,并降低了拆除损害的风险。

Description

一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域,具体涉及一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法。
背景技术
对于薄壁难熔金属管对接焊接技术,壁厚≤1mm的薄壁管要求无填丝对接自熔焊,不允许加工配合子口,对接两侧薄壁管要求严格同轴,不得存在搭接、错位或扭曲,保证同轴度和直线度。同时由于难熔金属薄壁管韧塑性差且焊接温度高,直接卡盘夹持和轴向顶尖紧固的刚性定位方式,极易发生焊接应力变形和开裂。薄壁管对接定位工装和焊接方法一直为焊接领域难点,存在定位困难,废品率高等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题,提供一种薄壁管对接焊的定位装置及焊接方法,解决薄壁管对接焊定位难、废品率高的问题。
本发明的技术方案如下:一种薄壁管对接焊的定位装置,包括芯棒,待焊接薄壁管套在芯棒上,所述芯棒的一端为夹持部位,另一端设有顶紧机构,在芯棒上设有若干个用于支撑薄壁管的凸轮结构,每个所述凸轮结构包括沿芯棒周向分布的多个凸起部,凸轮结构的外周面能够与薄壁管的内壁面紧密配合。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,每个薄壁管两端位置各有一个凸轮结构,根据一次焊接薄壁管的数量及薄壁管长度确定所述凸轮结构的个数和间距。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,每个凸轮结构包括沿芯棒周向均匀分布的三个凸起部。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,与薄壁管对接焊缝处相邻的两个凸轮结构的间距大于等于2mm。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,所述凸轮结构沿芯棒轴向的宽度为3-15mm。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,凸轮结构的大直径为D,小直径为d,d≤(D-1)mm。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,凸轮结构周向小于大直径D部分对应的圆心角α的取值范围为30°~110°。
进一步,如上所述的薄壁管对接焊的定位装置,其中,所述顶紧机构包括顶头、弹簧、螺母,顶头套设在芯棒上与薄壁管端部对接,弹簧设置在顶头与螺母之间,螺母与芯棒的端部螺纹连接。
一种采用上述薄壁管对接焊的定位装置实现的焊接方法,包括:
(1)将多个薄壁管依次套装在芯棒上,由凸轮结构对薄壁管进行支撑,并通过顶紧机构固定;
(2)将整个定位装置装入焊接平台,通过卡盘夹持芯棒一端的夹持部位;
(3)对相邻薄壁管进行自熔对接焊接操作;
(4)焊后将成品从定位装置取下。
进一步,如上所述的焊接方法,步骤(3)中采用氩弧焊、激光焊、电子束焊方法焊接。
本发明的有益效果如下:
1、本发明实现了多个薄壁管状零件同轴对接安装,且安装操作简单高效,明显提高薄壁管对接焊效率;
2、焊接定位装置轴向为弹性预紧力,且卡盘不直接接触被焊零件,避免薄壁管焊接过程损坏,显著降低薄壁管对接焊废品率和成本;
3、焊接定位装置采用轴向三段式接触支撑薄壁管,有效避免焊接后变形造成的薄壁管和工装芯棒“抱死”现象,方便成品零件拆除,提高焊接整体效率并降低了拆除损害的风险。
附图说明
图1为本发明实施例中薄壁管与定位装置的安装示意图;
图2为图1中定位装置芯棒的A-A截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
薄壁管对接焊的定位装置设计准则如下:①保证焊缝两侧的薄壁管严格同轴且端面紧密接触;②保证轴向施加于薄壁管上的为弹性预紧力;③保证焊后能无应力拆下薄壁管成品。依据上述设计准则,本发明提出了如下设计方案:
本发明的第一方面是提供了一种薄壁管状零件对接焊的定位装置。该定位装置包括芯棒和顶紧机构,一种实现形式如图1所示。
芯棒为同轴变径结构,芯棒一端为卡盘夹持部位1,可以设计为圆柱形(也可以为其它棱柱形结构),夹持部位的直径大于等于所焊薄壁管外径,从而能够对薄壁管进行定位。芯棒上设计加工若干凸轮结构,按照每个薄壁管两端各有1个凸轮结构支撑的原则,根据一次焊接薄壁管的数量以及薄壁管的长度设计凸轮结构个数和间距。所述凸轮结构沿芯棒轴向的宽度设计为3-15mm。每个凸轮结构包括沿芯棒周向分布的多个凸起部,如图2所示,作为一种实现方式凸轮结构包括周向三等分且均匀分布的凸起部,其中α角为30-110°。凸轮结构的大直径D与薄壁管内径紧密配合,小直径d≤(D-1)mm。与两个薄壁管对接焊缝处相邻的两个凸轮结构的距离≥2mm,防止焊缝熔透后与芯棒发生接触焊合。例如图1中,薄壁管2与薄壁管4对接的焊缝3,其两侧的凸轮结构的距离≥2mm。
顶紧机构包括顶头5、弹簧6和螺母7。顶头5与薄壁管相接的面可以为平面或锥面,顶头5、弹簧6和螺母7配合用于轴向紧固被焊薄壁管,顶头5套设在芯棒上与薄壁管端部对接,弹簧6设置在顶头5与螺母7之间,螺母7与芯棒的端部螺纹连接。
本发明的第二方面是提供了一种采用上述管状零件焊接定位装置实现的焊接方法,该方法包括:
(1)将多个薄壁管依次套装在相适配的芯棒上,保证端面紧密接触;芯棒的凸轮结构数量和位置是根据所装设的薄壁管确定的;
(2)薄壁管的一端顶住夹持部位,从另一端依次安装顶头,弹簧和螺母;
(3)紧固螺母,要根据薄壁管材质、结构和壁厚施加紧固力,不宜过大;
(4)将定位装置装入焊接平台,卡盘夹持芯棒一端预留的夹持部位;
(5)进行自熔对接焊接操作,可以选用氩弧、激光或电子束方法焊接;
(6)焊后拧开螺母,拆除螺母、弹簧和顶头,取下焊后成品。
实施例1
某钨材质薄壁管外径14mm,壁厚0.5mm,长度100mm,两件进行电子束自熔对接焊接,具体方法为:
定位装置:定位装置包括芯棒,顶头,弹簧和紧固螺母。芯棒一端为卡盘夹持部位,设计为圆柱,直径14mm,芯棒上设计加工4个凸轮结构,凸轮结构沿芯棒轴向的宽度为5mm。每个凸轮结构包括周向均匀分布的三个凸起部,其中α为90°,大直径D为13mm,小直径d为11mm,薄壁管对接焊缝处相邻两个凸轮结构的距离为3mm。
安装及焊接方法:将两个薄壁管依次套装在芯棒上,保证端面紧密接触;依次安装顶头,弹簧和螺母,紧固螺母;将定位装置装入电子束焊接平台,卡盘夹持芯棒一端预留夹持部位;进行电子束自熔对接焊接操作;焊后拧开螺母,拆除螺母、弹簧和顶头,取下焊后成品。
实施例2
某TZM合金薄壁管外径20mm,壁厚1mm,长度80mm,同样3根管一次安装进行激光自熔对接焊接,具体方法为:
定位装置:定位装置包括芯棒,顶头,弹簧和紧固螺母。芯棒一端为卡盘夹持部位,设计为圆柱,直径20mm,芯棒上设计加工6个凸轮结构,凸轮结构沿芯棒轴向的宽度为8mm。凸轮结构包括周向均匀分布的三个凸起部,其中α为100°,大直径D为18mm,小直径d为16mm,相邻薄壁管对接焊缝处两个凸轮结构的间距为5mm。
安装及焊接方法:将3个薄壁管依次套装在芯棒上,保证端面紧密接触;依次安装顶头,弹簧和螺母;紧固螺母后将定位装置装入激光焊接平台,卡盘夹持芯一端预留夹持部位;进行激光自熔对接焊接操作;焊后拧开螺母,拆除螺母、弹簧和顶头,取下焊后成品。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种薄壁管对接焊的定位装置,包括芯棒,其特征在于,所述芯棒的一端为夹持部位,另一端设有顶紧机构,在芯棒上设有若干个用于支撑薄壁管的凸轮结构,每个所述凸轮结构包括沿芯棒周向分布的多个凸起部,凸轮结构的外周面能够与薄壁管的内壁面紧密配合。
2.如权利要求1所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,每个薄壁管两端位置各有一个凸轮结构,根据一次焊接薄壁管的数量及薄壁管长度确定所述凸轮结构的个数和间距。
3.如权利要求1或2所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,每个凸轮结构包括沿芯棒周向均匀分布的三个凸起部。
4.如权利要求1或2所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,与薄壁管对接焊缝处相邻的两个凸轮结构的间距大于等于2mm。
5.如权利要求1或2所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,所述凸轮结构沿芯棒轴向的宽度为3-15mm。
6.如权利要求1或2所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,凸轮结构的大直径为D,小直径为d,d≤(D-1)mm。
7.如权利要求6所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,凸轮结构周向小于大直径D部分对应的圆心角α的取值范围为30°~110°。
8.如权利要求1所述的薄壁管对接焊的定位装置,其特征在于,所述顶紧机构包括顶头、弹簧、螺母,顶头套设在芯棒上与薄壁管端部对接,弹簧设置在顶头与螺母之间,螺母与芯棒的端部螺纹连接。
9.一种采用权利要求1所述薄壁管对接焊的定位装置实现的焊接方法,包括:
(1)将多个薄壁管依次套装在芯棒上,由凸轮结构对薄壁管进行支撑,并通过顶紧机构固定;
(2)将整个定位装置装入焊接平台,通过卡盘加持芯棒一端的夹持部位;
(3)对相邻薄壁管进行自熔对接焊接操作;
(4)焊后将成品从定位装置取下。
10.如权利要求9所述的焊接方法,其特征在于,步骤(3)中采用氩弧焊、激光焊、电子束焊方法焊接。
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