CN112605607A - 一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法，该方法中圆柱销与花键基体之间配合方式由现有的间隙配合更改为过盈配合，镶嵌方式改为花键基体加热后热镶。利用零件热胀冷缩的原理，当两个零件安装完成后消除内部间隙，保证后续探伤中不出现裂纹。圆柱销热镶入花键基体时，利用定位工装保证最终定位尺寸的一致性。在焊接的全过程中，确保焊接区域的温度进行焊接作业，焊后在保温套筒缓慢降温确保焊接区域的保温效果，避免裂纹出现。

Description

一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法
技术领域
本发明涉及一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法。属于圆柱花键加工技术领域。
背景技术
机械产品设计和加工中，既可以传递较大扭矩，又可以轴向相对运动的两个零件之间的传递形式多采用花键连接方式。常用的花键连接形式有矩形花键、圆弧花键、扇形花键等多种形式。
随着石油能源的开发利用以及石油钻井领域工具的持续发展，该领域的花键连接形式也不断推陈出新。目前最先进的钻井工具中，通过采用一种圆柱花键。这种圆柱花键是由多个圆柱销镶嵌在花键基体上并通过焊接加工而成的。由于拥有圆柱花键中的圆柱销方便独立加工和热处理，圆柱销表面硬化工艺容易实现，以及圆柱花键具有工作中摩擦阻力小、耐磨，减少连接螺纹等优势，而逐渐在越来越多的钻井工具中使用。但由于圆柱花键出现时间不长，制造工艺还不够完善。生产过程中会出现以下问题：首先，由于存在多个圆柱销的安装，使得多个圆柱销的最终定位尺寸较难实现一致性，圆柱销的尺寸错位会造成使用时花键受力不均匀，甚至出现个别圆柱销断裂的情况，无法满足设计要求；其次，圆柱销安装时由于多个圆柱销之间的定位尺寸偏差过大，导致后续无法顺利装配从而成为废品；第三，圆柱销与花键基体的焊接也是技术难点，经常在焊后探伤时显示裂纹，零件无法通过验收，造成成批次质量事故。以上现有技术存在的不足，急待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法，以保证多个圆柱销安装焊接后，花键的最终定位尺寸一致，并满足设计和装配要求，同时防止焊接过程中产生裂纹，从而克服现有技术存在的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法，该方法采用将花键基体加热后热镶嵌方式，操作步骤如下：
a、将定位工装插入花键基体内与花键基体一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
b、从加热炉内取出定位工装和花键基体，将常温状态的圆柱销镶入花键基体的销孔内，当一排圆柱销镶嵌完成后，固定花键基体并往复旋转定位工装，使定位工装与花键基体保持相对转动，当确保每一颗圆柱销镶嵌后轴线方向的定位尺寸一致时，将定位工装固定，实现精确定位；
c、当四排圆柱销镶嵌完成后，再次将花键基体和定位工装一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
d、从加热炉内取出花键基体和定位工装，待花键基体和定位工装温度降至300℃时开始圆柱销与花键基体焊接，焊接时从位于一排中间的圆柱销开始逐个向两端一个一个的进行焊接，焊完一排后再焊对面一排，直至完成四排圆柱销的焊接；
e、焊接完成后再次将花键基体和定位工装一起放入加热炉内加热至350℃，保温4小时；
f、从加热炉内取出花键基体和定位工装后，放入保温套筒，空冷至室温；
g、从保温套筒内取出花键基体和定位工装，并将定位工装从花键基体内抽出，完成圆柱销与花键基体的精确定位焊接。
前述方法中，所述保温材料套筒采用石棉材质套筒。
前述方法中，所述花键基体加热后将圆柱销镶嵌在花键基体的销孔内，销孔与圆柱销在常温下为过盈配合。
前述方法中，所述定位工装上设有与花键基体上的销孔位置对应的沿圆周均布的矩形长槽，矩形长槽宽度略大于圆柱销直径；矩形长槽深度略大于圆柱销底端至花键基体内孔之间的距离。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明将圆柱销与花键基体上的销孔之间的间隙配合改为过盈配合，镶嵌方式采用将花键基体加热后热镶的方式。利用零件热胀冷缩的原理，当两个零件安装完成后消除内部间隙，保证后续探伤中不出现裂纹。在将圆柱销镶入花键基体的销孔时，采用定位工装确保每个圆柱销最终定位尺寸的一致性。在焊接的全过程中确保焊接区域的温度，焊接完成后采用保温套筒防止焊点温度急降出现裂纹。本发明改善了圆柱花键的加工工艺，通过热镶工艺并在焊接定位工装的作用下，实现花键定位尺寸的一致性要求，实现精确定位。满足设计的需要。圆柱销与花键基体之间配合方式由间隙配合更改为过盈配合，采用热镶工艺并保证焊接温度、顺序、后续保温等一系列措施保证下，消除焊接裂纹的产生。
附图说明
图1是花键基体的示意图；
图2是圆柱销镶入销孔后未焊接时的示意图。
图3是定位工装的示意图；
附图中的标记为：1-花键基体、2-销孔、3-焊接坡口、4-圆柱销、5-定位工装、6-矩形长槽、7-旋拧孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法，该方法采用将花键基体加热后热镶嵌方式，操作步骤如下：
a、将定位工装5插入花键基体1内与花键基体1一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
b、从加热炉内取出定位工装5和花键基体1，将常温状态的圆柱销4镶入花键基体1的销孔2内，当一排圆柱销4镶嵌完成后，固定花键基体1并往复旋转定位工装5，使定位工装5与花键基体1保持相对转动，当确保每一颗圆柱销4镶嵌后轴线方向的定位尺寸一致时，将定位工装5固定，实现精确定位；
c、当四排圆柱销4镶嵌完成后，再次将花键基体1和定位工装5一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
d、从加热炉内取出花键基体1和定位工装5，待花键基体1和定位工装5温度降至300℃时开始圆柱销4与花键基体1焊接，焊接时从位于一排中间的圆柱销4开始逐个向两端一个一个的进行焊接，焊完一排后再焊对面一排，直至完成四排圆柱销4的焊接；
e、焊接完成后再次将花键基体1和定位工装5一起放入加热炉内加热至350℃，保温4小时；
f、从加热炉内取出花键基体1和定位工装5后，放入保温套筒，空冷至室温；
g、从保温套筒内取出花键基体1和定位工装5，并将定位工装5从花键基体1内抽出，完成圆柱销4与花键基体1的精确定位焊接。
前述方法中，所述保温材料套筒采用石棉材质套筒。花键基体1加热后将圆柱销4镶嵌在花键基体1的销孔2内，销孔2与圆柱销4在常温下为过盈配合。定位工装5上设有与花键基体上的销孔2位置对应的沿圆周均布的矩形长槽6，矩形长槽6宽度略大于圆柱销4直径；矩形长槽6深度略大于圆柱销4底端至花键基体1内孔之间的距离。
实施例
本例中的圆柱销与花键基体之间配合方式由现有的间隙配合更改为过盈配合，镶嵌方式改为花键基体加热后热镶。利用零件热胀冷缩的原理，当两个零件安装完成后消除内部间隙，保证后续探伤中不出现裂纹。圆柱销热镶入花键基体时，利用定位工装保证最终定位尺寸的一致性。在焊接的全过程中，确保焊接区域的温度进行焊接作业，焊后安装保温材料套筒。确保焊接区域的保温效果，避免裂纹出现。
具体操作步骤如下：
a、将定位工装推入花键基体内，整体加热，加热温度350℃，保温1h。
b、将常温状态下的圆柱销镶入花键基体内，由于花键基体温度较高，镶入过程是比较顺畅的。镶嵌圆柱销的同时，调整定位工装圆周位置，利用圆柱销定位槽初步定位圆柱销位置，一排圆柱销镶嵌完成后，控制定位工装后部扭转旋拧孔转动，对整排圆柱销作圆周位置细微调整，确保每一颗圆柱销镶嵌后轴线方向的定位尺寸保持一致。实现精确定位。
c、将镶嵌完成后的工件与定位工装一起整体加热，加热温度350℃，保温1h。
d、取出工件，温度降低到300℃进行焊接，焊接时要求从中部向两端焊接，焊完一排后焊接对面一排，要求四排焊接完成时工件温度不低于150℃。
e、工件整体加热温度至350℃，保温4h。
f、取出工件后，套上保温套筒，空冷至室温。保温套筒一般采用石棉材质。

Claims (4)

1.一种圆柱花键精确定位及防止焊接裂纹的方法，其特征在于：该方法采用将花键基体加热后热镶嵌方式，操作步骤如下：
将定位工装插入花键基体内与花键基体一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
从加热炉内取出定位工装和花键基体，将常温状态的圆柱销镶入花键基体的销孔内，当一排圆柱销镶嵌完成后，固定花键基体并往复旋转定位工装，使定位工装与花键基体保持相对转动，当确保每一颗圆柱销镶嵌后轴线方向的定位尺寸一致时，将定位工装固定，实现精确定位；
当四排圆柱销镶嵌完成后，再次将花键基体和定位工装一起放入加热炉内加热至350℃，保温1小时；
从加热炉内取出花键基体和定位工装，待花键基体和定位工装温度降至300℃时开始圆柱销与花键基体焊接，焊接时从位于一排中间的圆柱销开始逐个向两端一个一个的进行焊接，焊完一排后再焊对面一排，直至完成四排圆柱销的焊接；
焊接完成后再次将花键基体和定位工装一起放入加热炉内加热至350℃，保温4小时；
从加热炉内取出花键基体和定位工装后，放入保温套筒，空冷至室温；
从保温套筒内取出花键基体和定位工装，并将定位工装从花键基体内抽出，完成圆柱销与花键基体的精确定位焊接。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述保温材料套筒采用石棉材质套筒。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述花键基体加热后将圆柱销镶嵌在花键基体的销孔内，销孔与圆柱销在常温下为过盈配合。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述定位工装上设有与花键基体上的销孔位置对应的沿圆周均布的矩形长槽，矩形长槽宽度略大于圆柱销直径；矩形长槽深度略大于圆柱销底端至花键基体内孔之间的距离。
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