CN113084381B - 一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法 - Google Patents

一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法，它包括用于对带有锥度的外隔热层组件进行装配的锥形工装，所述锥形工装上加工有多组第一定位孔，所述锥形工装的内侧壁上，并位于第一定位孔所在位置固定有第一螺母，所述第一螺母与拉紧螺栓相配合，并将待组装的外隔热层组件固定在锥形工装的外表面。通过此工装和方法保证隔热层组件的装配尺寸、控制焊接变形，使隔热层组件符合图纸要求。

Description

一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法，适合于燃气轮机排气缸内、外扩散筒上隔热层组件的装焊。
背景技术
燃气轮机排气缸隔热层组件由内外蒙皮、支撑管、围条等零件组焊而成，其中内隔热层组件上下口半径相同，而外隔热层组件上下口半径不同呈锥形，在每块隔热层组件上有若干通孔用来装配支撑管，隔热层组件呈环形包覆在内外扩散筒体表面，主材为奥氏体不锈钢304L，其中内外蒙皮、围条厚度仅1.5mm，设计明确要求焊接后隔热层组件要与内外扩散筒贴合良好，间隙不大于2mm，考虑到奥氏体不锈钢较低的热导率和较大的线膨胀系数，不设计适当的工装并采用合理的工艺方法，无法保证完工后的产品尺寸满足设计要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装及组焊方法，通过此工装和方法保证隔热层组件的装配尺寸、控制焊接变形，使隔热层组件符合图纸要求。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装，它包括用于对带有锥度的外隔热层组件进行装配的锥形工装，所述锥形工装上加工有多组第一定位孔，所述锥形工装的内侧壁上，并位于第一定位孔所在位置固定有第一螺母，所述第一螺母与拉紧螺栓相配合，并将待组装的外隔热层组件固定在锥形工装的外表面。
所述锥形工装的外表面与外隔热层组件的内蒙皮的内表面相贴合；所述第一定位孔与内蒙皮上的孔位相对应。
所述锥形工装根据外隔热层组件的不同锥度尺寸，设计成多种不同尺寸型号。
所述锥形工装采用三星辊辊压成型。
还包括用于对内隔热层组件进行装配的圆柱形工装，所述圆柱形工装上加工有多组用于对内隔热层组件的内蒙皮进行定位的第二定位孔，所述圆柱形工装的内表面，并位于第二定位孔所在位置固定有第二螺母。
采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，包括以下步骤：
步骤一：工艺规划，根据内、外隔热层组件的具体结构形式，设计相应的工装主体；
步骤二：工装下料及成型，根据接管内、外隔热层组件内蒙皮展开图尺寸，使用三星辊成型工装主体，使用样板检查工装大小径尺寸，进而设计制造内、外隔热层组件装配的圆柱形工装和锥形工装；
步骤三：定位孔加工，根据隔热层内蒙皮展开孔位，在圆柱形工装和锥形工装上设计多组定位孔，定位孔应覆盖每块隔热层组件的尺寸；
步骤四：螺母选择，螺母的选取根据隔热层组件上的孔大小，结合标准螺母来选取；
步骤五：螺母装配，将每件工装主体依次放在通用的工装底座上，在内轮廓的定位孔上装配螺母，保证螺母与定位孔同心，误差小于1mm，将螺母与工装主体定位焊，然后焊接螺母与工装主体对称三条边；
步骤六：螺栓选择，根据隔热层组件和螺母厚度，结合标准螺栓来选取相应尺寸规格的螺栓；
步骤七：表面油漆处理，采取必要的方式保护好所有的螺母后对工装进行抛丸油漆，延长工装的使用寿命，并防止隔热层组件制作过程中碳钢对不锈钢的污染；
步骤八：内、外隔热层组件装配；
步骤九：焊接，隔热层组件固定可靠之后，在工装上进行焊接；
步骤十：矫正，将焊接完工的隔热层组件自由状态放到相应的工装上，对于与工装间隙大于2mm的位置使用冷校的方式校正以满足图纸的要求。
所述步骤一中，工装主体分别根据内、外隔热层组件的展开形状和尺寸进行设计，其中工装主体的外径与隔热层组件的内径尺寸相同，工装主体上定位孔根据隔热层组件展开孔位进行设计，其中内隔热层组件需要一件工装主体，外形尺寸比最大的一块内蒙皮大，定位孔覆盖每种内隔热层组件；
外隔热层组件的锥形工装数量与外隔热层组件锥度数量一致，若上、下部为相同锥度，则制作一件工装，仅通过增加定位孔来覆盖所有外隔热层组件，若上、下部为两种锥度，则制作两件工装，通过增加定位孔分别覆盖上下部的外隔热层组件，以此类推，进而保证所有不同锥度的外隔热层组件的组装成型；
工装主体使用三星辊成型后，在工装主体内轮廓的每个定位孔上装焊螺母，用拉紧螺栓从工装主体外侧穿过定位孔后与螺母拧紧来压紧隔热层组件。
所述步骤八中具体装配过程为：将经过三星辊预成型的内蒙皮铺在工装外轮廓上，内蒙皮的孔与工装定位孔找同心后固定，在内蒙皮孔上装配支撑管，找同心后点焊固定，在内蒙皮的外侧垂直于蒙皮的方向装配围条，并与内蒙皮点焊固定，然后在内蒙皮、支撑管和围条中填充隔热材料，最后将外蒙皮盖上，外蒙皮的孔与支撑管找同心，外形与四周围条对齐，拉紧螺栓穿过每个支撑管和定位孔，与工装内轮廓的螺母拧紧，使隔热层组件与工装主体间隙小于1mm，外蒙皮与支撑管、围条点焊固定。
所述步骤九中焊接方法采用GTAW焊接方法，焊接过程中采用分段退焊的方法，最小限度的减小焊接变形。
本发明有如下有益效果：
1、通过采用本发明的，组焊工装及合理的工艺方法，保证了隔热层组件的装配尺寸、控制了焊接变形，制造的隔热层组件完全符合图纸要求。
2、通过采用上述的工装和焊接方法，保证了整个隔热层组件的尺寸精度。
3、通过上述的工装和焊接方法，有效降低了零件的加工成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的锥形工装平面图。
图2为本发明图1中锥形工装的A向视图。
图3为本发明图1中锥形工装的B向视图。
图4为本发明的圆柱形工装平面图。
图5为本发明图4中圆柱形工装的C-C视图。
图6为本发明图工装具体装配过程中的结构图。
图7为本发明燃气轮机排气缸隔热层组件整体第一视角三维图。
图8为本发明燃气轮机排气缸隔热层组件整体第二视角三维图。
图中：锥形工装1、第一螺母2、第一定位孔3、圆柱形工装4、第二螺母5、第二定位孔6、内蒙皮7、围条8、拉紧螺栓9、外蒙皮10、支撑管11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-8，一种燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装，它包括用于对带有锥度的外隔热层组件进行装配的锥形工装1，所述锥形工装1上加工有多组第一定位孔3，所述锥形工装1的内侧壁上，并位于第一定位孔3所在位置固定有第一螺母2，所述第一螺母2与拉紧螺栓9相配合，并将待组装的外隔热层组件固定在锥形工装1的外表面。采用该方法组焊的内外隔热层组件，满足了隔热层组件图纸上尺寸要求，保证了产品整体装配要求，提高了工作效率。
进一步的，所述锥形工装1的外表面与外隔热层组件的内蒙皮7的内表面相贴合；所述第一定位孔3与内蒙皮7上的孔位相对应。通过采用上述的尺寸设计，保证了所成型的隔热层组件的尺寸精度。
进一步的，所述锥形工装1根据外隔热层组件的不同锥度尺寸，设计成多种不同尺寸型号。通过上述的不同型号，能够根据需要选用，进而满足不同的尺寸要求。
进一步的，所述锥形工装1采用三星辊辊压成型。通过上述的辊压成型，能够快速的获得相应的锥度要求。
进一步的，还包括用于对内隔热层组件进行装配的圆柱形工装4，所述圆柱形工装4上加工有多组用于对内隔热层组件的内蒙皮进行定位的第二定位孔6，所述圆柱形工装4的内表面，并位于第二定位孔6所在位置固定有第二螺母5。通过上述的圆柱形工装4主要用于对圆柱形隔热层组件进行组装和焊接，进而实现内层隔热层组件的快速组装焊接。
实施例2：
采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，包括以下步骤：
步骤一：工艺规划，根据内、外隔热层组件的具体结构形式，设计相应的工装主体；
步骤二：工装下料及成型，根据接管内、外隔热层组件内蒙皮展开图尺寸，使用三星辊成型工装主体，使用样板检查工装大小径尺寸，进而设计制造内、外隔热层组件装配的圆柱形工装4和锥形工装1；
步骤三：定位孔加工，根据隔热层内蒙皮展开孔位，在圆柱形工装4和锥形工装1上设计多组定位孔，定位孔应覆盖每块隔热层组件的尺寸；
步骤四：螺母选择，螺母的选取根据隔热层组件上的孔大小，结合标准螺母来选取；
步骤五：螺母装配，将每件工装主体依次放在通用的工装底座上，在内轮廓的定位孔上装配螺母，保证螺母与定位孔同心，误差小于1mm，将螺母与工装主体定位焊，然后焊接螺母与工装主体对称三条边；
步骤六：螺栓选择，根据隔热层组件和螺母厚度，结合标准螺栓来选取相应尺寸规格的螺栓；
步骤七：表面油漆处理，采取必要的方式保护好所有的螺母后对工装进行抛丸油漆，延长工装的使用寿命，并防止隔热层组件制作过程中碳钢对不锈钢的污染；
步骤八：内、外隔热层组件装配；
步骤九：焊接，隔热层组件固定可靠之后，在工装上进行焊接；
步骤十：矫正，将焊接完工的隔热层组件自由状态放到相应的工装上，对于与工装间隙大于2mm的位置使用冷校的方式校正以满足图纸的要求。
所述步骤一中，工装主体分别根据内、外隔热层组件的展开形状和尺寸进行设计，其中工装主体的外径与隔热层组件的内径尺寸相同，工装主体上定位孔根据隔热层组件展开孔位进行设计，其中内隔热层组件需要一件工装主体，外形尺寸比最大的一块内蒙皮大，定位孔覆盖每种内隔热层组件；
外隔热层组件的锥形工装1数量与外隔热层组件锥度数量一致，若上、下部为相同锥度，则制作一件工装，仅通过增加定位孔来覆盖所有外隔热层组件，若上、下部为两种锥度，则制作两件工装，通过增加定位孔分别覆盖上下部的外隔热层组件，以此类推，进而保证所有不同锥度的外隔热层组件的组装成型；
工装主体使用三星辊成型后，在工装主体内轮廓的每个定位孔上装焊螺母，用拉紧螺栓9从工装主体外侧穿过定位孔后与螺母拧紧来压紧隔热层组件。
所述步骤八中具体装配过程为：将经过三星辊预成型的内蒙皮7铺在工装外轮廓上，内蒙皮7的孔与工装定位孔找同心后固定，在内蒙皮孔上装配支撑管，找同心后点焊固定，在内蒙皮7的外侧垂直于蒙皮的方向装配围条8，并与内蒙皮点焊固定，然后在内蒙皮7、支撑管和围条8中填充隔热材料，最后将外蒙皮10盖上，外蒙皮10的孔与支撑管找同心，外形与四周围条8对齐，拉紧螺栓9穿过每个支撑管和定位孔，与工装内轮廓的螺母拧紧，使隔热层组件与工装主体间隙小于1mm，外蒙皮10与支撑管、围条8点焊固定。
所述步骤九中焊接方法采用GTAW焊接方法，焊接过程中采用分段退焊的方法，最小限度的减小焊接变形。
实施例3：
以7HA.03排气缸外隔热层组件为例。
1. 设计：7HA.03外隔热层组件分为三个锥度，所以需要设计三件工装，选择工装厚度20mm，先根据每种锥度中最大的一块隔热层组件内轮廓尺寸绘制出工装主体按照中径展开后的图形，然后四周均向外侧偏移100mm即为工装主体的外形尺寸，然后根据每块隔热层组件上孔的圆周角度和高度尺寸在工装主体上绘制出定位孔，孔径与内外蒙皮上开孔尺寸一致，分别为Φ29.3和Φ38.1，在每一件工装上设计若干组定位孔，使能覆盖此锥度上所有的隔热层组件，每种隔热层组件的定位孔尽量多的重合，以每件工装上定位孔的数量尽量少为宜。另根据定位孔尺寸选择螺母为GB/T 41-2000 M30，结合隔热层组件厚度28.4mm和工装厚度20mm选择螺栓为GB/T 5782-2000 M30×100。
2. 下料：选择20mm厚钢板，材质Q235B，使用数控切割的方式下料，其中定位孔全部按设计尺寸割出。
3. 成型：根据CAD绘图可以得出三件外隔热层工装内轮廓对应的小口内径和大口内径共6个尺寸，使用激光切割的方式制作6件成型样板，使用三星辊成型工装主体，使用样板检查工装大小径尺寸。
4. 螺母装焊：将每件工装主体依次放在通用的工装底座上，在内轮廓的定位孔上装配螺母，保证螺母与定位孔同心，误差小于1mm，将螺母与工装主体定位焊，然后焊接螺母与工装主体对称三条边。
5. 油漆：采取必要的方式保护好所有的螺母后对工装进行抛丸油漆，延长工装的使用寿命并防止隔热层组件制作过程中碳钢对不锈钢的污染。
6. 装配：将经过三星辊预成型的内蒙皮铺在工装外轮廓上，内蒙皮的孔与工装定位孔找同心后固定，在内蒙皮孔上装配支撑管，找同心后点焊固定，在内蒙皮的外侧垂直于蒙皮的方向装配宽度25.4mm的围条，与内蒙皮点焊固定，然后在内蒙皮、支撑管和围条中填充25.4mm厚隔热材料，最后将外蒙皮盖上，孔与支撑管找同心，外形与四周围条对齐，压紧螺栓穿过每个支撑管和定位孔，与工装内轮廓的螺母把紧，使隔热层组件与工装主体间隙小于1mm，外蒙皮与支撑管、围条点焊固定。

Claims (5)

1.采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，所述燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装包括用于对带有锥度的外隔热层组件进行装配的锥形工装（1），所述锥形工装（1）上加工有多组第一定位孔（3），所述锥形工装（1）的内侧壁上，并位于第一定位孔（3）所在位置固定有第一螺母（2），所述第一螺母（2）与拉紧螺栓（9）相配合，并将待组装的外隔热层组件固定在锥形工装（1）的外表面；
还包括用于对内隔热层组件进行装配的圆柱形工装（4），所述圆柱形工装（4）上加工有多组用于对内隔热层组件的内蒙皮进行定位的第二定位孔（6），所述圆柱形工装（4）的内表面，并位于第二定位孔（6）所在位置固定有第二螺母（5）；
其特征在于，所述组焊方法包括以下步骤：
步骤一：工艺规划，根据内、外隔热层组件的具体结构形式，设计相应的工装主体；
步骤二：工装下料及成型，根据接管内、外隔热层组件内蒙皮展开图尺寸，使用三星辊成型工装主体，使用样板检查工装大小径尺寸，进而设计制造内、外隔热层组件装配的圆柱形工装（4）和锥形工装（1）；
步骤三：定位孔加工，根据隔热层内蒙皮展开孔位，在圆柱形工装（4）和锥形工装（1）上设计多组定位孔，定位孔应覆盖每块隔热层组件的尺寸；
步骤四：螺母选择，螺母的选取根据隔热层组件上的孔大小，结合标准螺母来选取；
步骤五：螺母装配，将每件工装主体依次放在通用的工装底座上，在内轮廓的定位孔上装配螺母，保证螺母与定位孔同心，误差小于1mm，将螺母与工装主体定位焊，然后选择螺母上间隔对称的三条边作为与工装主体焊接的连接边，并将两者进行焊接固定；
步骤六：螺栓选择，根据隔热层组件和螺母厚度，结合标准螺栓来选取相应尺寸规格的螺栓；
步骤七：表面油漆处理，采取必要的方式保护好所有的螺母后对工装进行抛丸油漆；
步骤八：内、外隔热层组件装配；
步骤九：焊接，隔热层组件固定可靠之后，在工装上进行焊接；
步骤十：矫正，将焊接完工的隔热层组件自由状态放到相应的工装上，对于与工装间隙大于2mm的位置使用冷校的方式校正以满足图纸的要求；
所述步骤八中具体装配过程为：将经过三星辊预成型的内蒙皮（7）铺在工装外轮廓上，内蒙皮（7）的孔与工装定位孔找同心后固定，在内蒙皮孔上装配支撑管，找同心后点焊固定，在内蒙皮（7）的外侧垂直于蒙皮的方向装配围条（8），并与内蒙皮点焊固定，然后在内蒙皮（7）、支撑管和围条（8）中填充隔热材料，最后将外蒙皮（10）盖上，外蒙皮（10）的孔与支撑管找同心，外形与四周围条（8）对齐，拉紧螺栓（9）穿过每个支撑管和定位孔，与工装内轮廓的螺母拧紧，使隔热层组件与工装主体间隙小于1mm，外蒙皮（10）与支撑管、围条（8）点焊固定。
2.根据权利要求1所述采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，其特征在于：所述锥形工装（1）的外表面与外隔热层组件的内蒙皮（7）的内表面相贴合；所述第一定位孔（3）与内蒙皮（7）上的孔位相对应。
3.根据权利要求1所述采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，其特征在于：所述锥形工装（1）根据外隔热层组件的不同锥度尺寸，设计成多种不同尺寸型号。
4.根据权利要求1所述采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，其特征在于：所述步骤一中，工装主体分别根据内、外隔热层组件的展开形状和尺寸进行设计，其中工装主体的外径与隔热层组件的内径尺寸相同，工装主体上定位孔根据隔热层组件展开孔位进行设计，其中内隔热层组件需要一件工装主体，外形尺寸比最大的一块内蒙皮大，定位孔覆盖每种内隔热层组件；
外隔热层组件的锥形工装（1）数量与外隔热层组件锥度数量一致，若上、下部为相同锥度，则制作一件工装，仅通过增加定位孔来覆盖所有外隔热层组件，若上、下部为两种锥度，则制作两件工装，通过增加定位孔分别覆盖上下部的外隔热层组件，以此类推，进而保证所有不同锥度的外隔热层组件的组装成型；
工装主体使用三星辊成型后，在工装主体内轮廓的每个定位孔上装焊螺母，用拉紧螺栓（9）从工装主体外侧穿过定位孔后与螺母拧紧来压紧隔热层组件。
5.根据权利要求1所述采用燃气轮机排气缸隔热层组件装配工装进行隔热层组件的组焊方法，其特征在于：所述步骤九中焊接方法采用GTAW焊接方法，焊接过程中采用分段退焊的方法。
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