CN113828964A - 一种双层薄壁d型截面上焊接方窗口防变形工艺及装置 - Google Patents

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荣华
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Abstract

本发明公开了一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺及装置，它包括如下步骤，制作方窗口内侧内弧面四周支撑工装；制作方窗口内形支撑工装；将方窗口法兰盖与方窗口法兰之间垫片由铅丝更换为无氧铜丝，全螺栓固定连接方窗口法兰盖；制定焊接次序，先内侧、后外侧，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷；焊接全过程采用车铣复合机床辅助测量，进行实时监控变形趋势；打底焊后夹层通循环水冷却；制作高精度线性尺寸精确测量工具和测量基准模版等高精度辅助测量工具，对窗口焊后尺寸进行测量。其有益效果在于：通过制作窗口四周内弧面支撑工装，有效的防止了方窗口焊接过程中每个方向收缩不一致的问题。

Description

一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺及装置
技术领域
本发明属于磁约束受控热核聚变真空设备制造领域，具体涉及一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺及装置。
背景技术
为了开发未来新能源，各发达国家都在积极开展以托卡马克为主要途径的磁约束核聚变研究。主机真空室是磁约束热核聚变研究装置中最主要的部件之一，某研究院结合国内外磁约束热核聚变装置，设计了新型真空室尺寸和支撑结构。
主机真空室由20个扇形段组成，真空室中平面上由5个支撑焊接块组件和10个单个方窗口组成，其中每个支撑焊接块组件包含有2个方窗口。主机真空室上的方窗口是核聚变加热、烘烤、诊断、试验和受力支承等重要的窗口，因此主机真空室本体上支撑焊接块组件和单个方窗口的焊接质量控制是真空室研制成功的关键，此夹层双曲面结构上焊接方窗口在国、内外加工尚属首次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺及装置，它能够有效的控制方窗口超高真空台阶密封面尺寸的精度。
本发明的技术方案如下：一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺，它包括如下步骤，
(1)制作方窗口内侧内弧面四周支撑工装；
(2)制作方窗口内形支撑工装；
(3)将方窗口法兰盖与方窗口法兰之间垫片由铅丝更换为无氧铜丝，全螺栓固定连接方窗口法兰盖；
(3)制定焊接次序，先内侧、后外侧，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷；
(4)焊接全过程采用车铣复合机床辅助测量，进行实时监控变形趋势；
(5)打底焊后夹层通循环水冷却；
(6)制作高精度线性尺寸精确测量工具和测量基准模版等高精度辅助测量工具，对窗口焊后尺寸进行测量。
一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，它包括焊接支撑块工装，焊接支撑块工装上开有两个矩形的支撑窗。
所述的焊接支撑块工装为矩形薄片状。
一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，它包括高精度线性尺寸精确测量工具包括百分表、百分表架、固定杆、固定螺钉和活动杆，其中，圆形的百分表架内安装有百分表，百分表架的侧面连接有空心杆状的固定杆，固定杆内部插入有活动杆。
所述的固定杆与活动杆之间通过固定螺钉进行连接固定。
一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，它包括测量基准模板，其中，测量基准模板为方形薄片状，测量基准模板上开有测量窗。
所述的测量基准模板上开有轴对称分布的4个矩形的测量窗。
本发明的有益效果在于：通过制作窗口四周内弧面支撑工装，有效的防止了方窗口焊接过程中每个方向收缩不一致的问题；通过制作方窗口内形支撑工装，有效的控制了因内外壳与方窗口的焊接导致的窗口内形的变形；通过更换无氧铜丝台阶密封垫片、连接方窗口法兰盖，增加方窗口整体的刚性，有效控制了窗口台阶密封面的变形；通过合理的安排方窗口与内壳及外壳的焊接次序，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷；通过优化方窗口焊接操作细则，规定了焊接过程分点焊、加固焊、定位焊、打底焊、盖面焊，并且细化至每个窗口每一步焊接时机、位置和长度；对方窗口的全过程焊接具有指导的意义，进而控制了方窗口的焊接对主机真空室整体的焊接变形的控制；通过车铣复合机床的实时监控，有效监测了窗口焊接过程的变形趋势，及时调整了焊接次序，控制了焊接变形；通过打底焊后扇形段夹层通入循环冷却水，有效的降低了内、外壳及窗口密封面的变形；通过制作高精度辅助测量工具，解决了方窗口与内外壳焊接后方窗口台阶密封面线性尺寸和密封面平面度测量难度大的问题。
附图说明
图1为支撑焊接块组件及方窗口在主机真空室上的位置示意图；
图2为焊接支撑块工装示意图；
图3为内外壳与方窗口焊接坡口详图；
图4为方窗口台阶密封面详图；
图5为高精度线性尺寸精确测量工具示意图；
图6为测量基准模版示意图。
图中，1方窗口，2焊接支撑块工装，3支撑窗，4内壳，5外壳，6台阶密封面，11百分表，12百分表架，13固定杆，14固定螺钉，15活动杆。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺，包括如下步骤：
(1)制作方窗口内侧内弧面四周支撑工装；
(2)制作方窗口内形支撑工装；
(3)将方窗口法兰盖与方窗口法兰之间垫片由铅丝更换为无氧铜丝，全螺栓固定连接方窗口法兰盖；
(4)制定焊接次序，先内侧、后外侧，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷；
(5)焊接全过程采用车铣复合机床辅助测量，进行实时监控变形趋势；
(6)打底焊后夹层通循环水冷却；
(7)制作高精度线性尺寸精确测量工具和测量基准模版等高精度辅助测量工具，对窗口焊后尺寸进行测量。
如图2所示，一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，包括焊接支撑块工装2，焊接支撑块工装2为矩形薄片，焊接支撑块工装2上开有两个矩形的支撑窗3。
如图6所示，一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，包括高精度线性尺寸精确测量工具包括百分表11、百分表架12、固定杆13、固定螺钉14和活动杆15，其中，圆形的百分表架12内安装有百分表11，百分表架12的侧面连接有空心杆状的固定杆13，固定杆13内部插入有活动杆15，固定杆13与活动杆15之间通过固定螺钉进行连接固定。
如图6所示，一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，包括测量基准模板20，其中，测量基准模板20为方形薄片状，测量基准模板20上开有轴对称分布的4个矩形的测量窗21。
实施例：
(1)通过制作窗口内侧内弧面四周支撑工装，确保方窗口内侧周圈弧面与工装弧面贴合，方窗口支撑工装与扇形段直段相连接，确保方窗口焊接时横向受力背部有支撑。有效防止了方窗口焊接时周圈焊缝焊接时收缩不一致的问题；
(2)制作方窗口内形支撑工装，内形支撑工装主要作用是固定方窗口内框形状，工装与方窗口之间垫铜垫或不锈钢板，放置内支撑工装前后尺寸测量方窗口内形线性尺寸，防止支撑过度；
(3)由于铅丝受热会软化，受力会变形、不均匀，因此方窗口台阶密封面由铅丝密封改为无氧铜丝密封，螺栓固定连接方窗口法兰盖。增加了方窗口台阶密封面的刚性，利于控制窗口台阶密封面的变形。
(4)根据试验段上方窗口与内外壳的焊接经验，方窗口立式与内外壳焊接时，方窗口会整体向扇形段内侧收缩；据分析，此类双曲面结构方窗口与内壳焊接时向外变形，方窗口与外壳焊接时向内变形。因此根据焊接向内、外变形数据统计，制定了先内侧、后外侧，相互交替的内外焊接次序，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷。
(5)将方窗口及支撑焊接块组件与内外壳分为三个批次进行焊接。
第一批次焊接14#15#、6#7#、18#19#、10#11#、2#3#联体支撑焊接块组件；
第二批次焊接20#、12#、16#、8#段方窗口；
第三批次焊接5#、13#、1#、9#、17#段方窗口；
分别规定了方窗口及支撑焊接块组件与内外壳焊接过程中的点焊、加固焊、定位焊、打底焊、盖面焊，并且细化至每个窗口每一步焊接时机、焊接部位及焊接部位的长度。对方窗口的全过程焊接具有指导的意义，既控制各单个方窗口及支撑焊接块组件的变形也控制了方窗口的焊接对主机真空室整体的焊接变形。
(6)在方窗口和支撑焊接块组件与内外壳焊接过程中，标记了测量监控点。通过车铣复合机床对测量点实时监控，监测窗口焊接过程的变形趋势，及时调整了焊接次序，控制了焊接变形；
(7)在所有方窗口及支撑焊接块与内外壳打底焊结束以后，在扇形段夹层内部通入循环冷却水，加快窗口焊接过程中的热量传递，极大的减小了焊接变形和控制了台阶密封面的平面度。
(8)焊接后方窗口测量措施
根据方窗口台阶密封面的结构形式，设计了2个辅助测量工具，如下：
如图5所示，高精度线性尺寸精确测量工具
方窗口焊接后为立式状态，密封面内框尺寸原通过卡尺进行测量(卡尺本身误差0.05mm)，方窗口配合面内框尺寸公差要求控制在0.1mm以内，卡尺测量过程人为因素对尺寸测量结果影响较大，前期因测量误差较大，测量结果存在争议，出现过测量后继续加工导致锻件报废的问题。方窗口与内外壳焊接后，方窗口立式处于较高位置，人为操作更困难，精确测量窗口尺寸十分不易。为解决方窗口台阶密封面高精度线性尺寸精确测量问题，设计制作了高精度线性尺寸精确测量工具，满足了测量要求。
测量步骤如下：
步骤1：借助外径千分尺调节专用测量工具至图纸要求尺寸作为测量基准；
步骤2、调节测量工具测量长度，用端头百分表进行校对，校对为“0”位后拧紧测量杆长度，拧紧后再次校对；
步骤3、用测量工具直接测量工件内框尺寸，通过百分表直接读出实际尺寸与理论尺寸的差值，得出实测尺寸。
测量基准模版
基准模版制造后，通过一级平台进行验证，确保测量精度符合测量的要求。
测量步骤如下：
步骤1：将测量基准模版从方窗口外侧塞入，测量面与台阶密封面贴合压紧；
步骤2、测量人员在方窗口内侧用校验过的塞尺塞入台阶密封与测量基准模版测量面之间，通过塞入的间隙的最大最小值确定台阶密封面的平面度。
通过以上工艺措施，保证了窗口焊接后变形的控制，也精确的对窗口台阶密封面尺寸进行了测量。

Claims (7)

1.一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形工艺，其特征在于：它包括如下步骤，
(1)制作方窗口内侧内弧面四周支撑工装；
(2)制作方窗口内形支撑工装；
(3)将方窗口法兰盖与方窗口法兰之间垫片由铅丝更换为无氧铜丝，全螺栓固定连接方窗口法兰盖；
(3)制定焊接次序，先内侧、后外侧，有效防止了方窗口焊接时向内侧塌陷；
(4)焊接全过程采用车铣复合机床辅助测量，进行实时监控变形趋势；
(5)打底焊后夹层通循环水冷却；
(6)制作高精度线性尺寸精确测量工具和测量基准模版等高精度辅助测量工具，对窗口焊后尺寸进行测量。
2.一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：它包括焊接支撑块工装(2)，焊接支撑块工装(2)上开有两个矩形的支撑窗(3)。
3.如权利要求2所述的一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：所述的焊接支撑块工装(2)为矩形薄片状。
4.一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：它包括高精度线性尺寸精确测量工具包括百分表(11)、百分表架(12)、固定杆(13)、固定螺钉(14)和活动杆(15)，其中，圆形的百分表架(12)内安装有百分表(11)，百分表架(12)的侧面连接有空心杆状的固定杆(13)，固定杆(13)内部插入有活动杆(15)。
5.如权利要求4所述的一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：所述的固定杆(13)与活动杆(15)之间通过固定螺钉(14)进行连接固定。
6.一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：它包括测量基准模板(20)，其中，测量基准模板(20)为方形薄片状，测量基准模板(20)上开有测量窗(21)。
7.如权利要求6所述的一种双层薄壁D型截面上焊接方窗口防变形装置，其特征在于：所述的测量基准模板(20)上开有轴对称分布的4个矩形的测量窗(21)。
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