CN115178838B - 适用于焊接法兰与管件的定位工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于焊接法兰与管件的定位工装，通过连杆与定位块形成变径机构解决了夹持问题，采用轴承实现了圆周焊缝的旋转焊接。包括座板、可相对于所述座板转动的法兰定位盘、穿设于所述法兰定位盘中心的导杆、设置在所述导杆一端且与导杆第一轴承连接的限位盘、设置在所述导杆另一端的用于导杆移动的牵拉件、套设在所述导杆上的随导杆运动而变径的夹持部；所述座板与所述法兰定位盘间通过第二轴承连接；所述牵拉件设置在所述座板下方一定位置处；所述夹持部包括中心设有与所述导杆对应通孔的两套件、通过连杆与所述两套件对应连接的定位块。具有适用性高、操作方便的优点。

Description

适用于焊接法兰与管件的定位工装

技术领域

本发明涉及管路焊接技术领域，具体涉及一种适用于焊接法兰与管件的定位工装。

背景技术

法兰又叫法兰凸缘盘或突缘，是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备管道进出口上的法兰，用于两个设备之间的通道连接。

法兰在使用时需要将其与相应的管件焊接在一起，现有的技术方案采用手工的方式将待焊钢管与法兰对齐后进行定位焊（沿焊缝周围点焊若干焊点，起定位作用），然后用开孔挡板堵住焊缝两端，从一端孔持续通入氩气（起保护焊缝作用），然后用氩弧焊枪焊接。

发明人在研究上述技术方案时发现如下技术问题：

1.手动将钢管与法兰拼焊，受工人熟练度影响较大，容易存在法兰、钢管内壁不能对齐的现象，导致焊接后钢管与法兰错边，焊缝有效强度变低，同时错边部分还会对管内流体产生一定的阻力。

2.每次焊接前均要用挡板封堵焊缝两端，并连接导气管，充装氩气来保护焊缝背面，操作复杂。

3.焊接时钢管、法兰没有夹持固定，圆周焊缝不易焊接。

4.焊接圆周焊缝转动焊件时，导气管容易扭曲打结。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种适用于焊接法兰与管件的定位工装，通过连杆与定位块形成变径机构解决了夹持固定问题，采用轴承实现了圆周焊缝的旋转焊接。

根据本公开的一个方面，提供一种定位工装，包括座板、可相对于所述座板转动的法兰定位盘、穿设于所述法兰定位盘中心的导杆、设置在所述导杆一端且与导杆通过第一轴承连接的限位盘、设置在所述导杆另一端的用于导杆移动的牵拉件、套设在所述导杆上的随导杆运动而变径的夹持部；

所述座板与所述法兰定位盘间通过第二轴承连接；

所述牵拉件设置在所述座板下方一定位置处；

所述夹持部包括中心设有与所述导杆对应通孔的两套件、通过连杆与所述两套件对应连接的定位块。

在本公开的一些实施例中，所述座板设有用于连接所述第二轴承的圆柱状连接部。

在本公开的一些实施例中，还包括穿设于所述圆柱状连接部中的导气管。

在本公开的一些实施例中，所述牵拉件通过U型连接件与所述座板固定连接。

在本公开的一些实施例中，所述牵拉件为气缸。

在本公开的一些实施例中，所述牵拉件为电机，所述电机转轴端部固定设有具有内螺纹且与所述导杆对应的套管，所述导杆对应端部设有对应的外螺纹。

在本公开的一些实施例中，所述牵拉件为与所述导杆对应的螺母，且所述导杆对应端设有与该螺母对应的外螺纹。

在本公开的一些实施例中，所述套件与所述法兰定位盘间设有用于调整套件位置的垫块，所述垫块套设于所述导杆上。

在本公开的一些实施例中，所述定位块为铜合金材质且中心设有与焊缝对应的槽口，所述定位块至少设置三个。

在本公开的一些实施例中，所述限位盘包括两片直径匹配于待焊接管件直径的圆形铝板、设于所述两圆形铝板间的耐高温海绵。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

1. 由于采用了在牵拉件及导杆作用下可变径的夹持部，有效解决了法兰与管件间的定位及同轴性问题，进而避免了法兰与管件间产生错位。

2. 由于定位块设有槽口，保证了管内法兰与管件接缝处充盈氩气，使焊缝背面得到氩气保护。

3. 由于采用了直径小于管径的限位盘，实现了工装的使用广泛性，可适用于不同管径的管件。

4. 由于限位盘设有耐高温海绵，保证了焊接前法兰与管件间空气得以排出，避免对后续焊接造成影响。

5. 由于采用了垫块，解决了定位块设置高度的问题，进一步提高了工装的适用性，保证定位块槽口与焊接缝的对应。

6. 由于定位块采用铜合金，利用材料特性的差异，极大减小了焊缝焊穿后与定位块焊接至一起的风险。

7. 由于座板与法兰定位盘间通过轴承连接，解决了圆周焊缝焊接操作的不便问题，实现了旋转焊接，且解决了导气管因旋转导致缠绕的技术问题。

附图说明

图1为本申请一实施例中定位工装结构示意图。

图2为本申请一实施例中定位工装座板上方部件结构示意图。

图3为本申请另一实施例中法兰定位盘结构示意图。

图4为本申请一实施例中夹持部套件结构示意图。

图5为本申请一实施例中垫块结构示意图。

图6为本申请又一实施例中牵拉件结构示意图。

图7为本申请一实施例中定位工装使用示意图。

以上各图中，1为座板，2为法兰定位盘，3为导杆，4为限位盘，5为牵拉件，6为套件，7为定位块，8为连杆，9为导气管，10为U型连接件，11为垫块，12为伺服电机，13为套管，14为待焊管件，15为待焊法兰盘。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。而本申请所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本例公开一种用于焊接法兰与管件的定位工装，参见图1-图2，包括座板、法兰定位盘、导杆、限位盘、牵拉件、夹持部。

座板主要起到承载其余构件及固定定位工装的作用，在座板四周设有通孔，可通过螺栓固定于稳固体上，防止使用时发生晃动。

法兰定位盘用于待焊接法兰盘的固定，该法兰定位盘与待焊接法兰盘对应位置处设有通孔，焊接时，使用相应规格的螺栓将法兰盘固定在法兰定位盘上，实现对法兰定位盘的位置限定。在其他的一些实施例中，参见图3，为了使定位工装具有更为普遍的适用性，法兰定位盘沿径向设有四条长条形通孔，以达到适用于不同规格法兰盘的目的。

为了实现转动焊接，法兰定位盘与座板间采用轴承连接。在本实施例中，座板中心焊接有一环形连接柱，该环形连接柱底面为座板，顶面不封闭，第二轴承内环与该连接柱上端部固定连接，第二轴承外环与法兰定位盘固定连接，并设于法兰定位盘中心位置处，由此实现二者间的相对转动。在其他的一些实施例中，座板中心设有与环形连接柱对应的通孔，且该环形连接柱顶面封闭。在另外的一些实施例中，法兰定位盘中心设有一环形连接柱，且法兰定位盘对应位置处设有相应的通孔，该环形连接柱底面亦不封闭，该环形轴承内环与该连接柱下端固定连接，轴承外环与座板固定连接，通过座板封闭该环形连接柱。

导杆穿设于座板与法兰定位盘的中心，且与二者中心轴线重合，且在导杆旁穿设有一L型导气管，该导气管的一端穿设于环形连接柱封闭面，一方面封闭面便于向管件内输送保护焊接用氩气，减少氩气流失，另一方面，该封闭面不随法兰定位盘的转动而转动，进而避免了在转动焊接时进气管路缠绕。

导杆上套设有夹持部，用于待焊件的夹持，且导杆的上端部设有一限位盘，用于挤压夹持部，以改变夹持部的夹持半径。

夹持部包括两套件、四块定位块、八根连杆。参见图4，套件中心设有与导杆对应的通孔，可沿导杆移动。本实施例中，套件四周设有四组连接臂，以实现其移动时带动其他结构件随之移动。定位块通过连杆与套件的连接臂铰接，形成连杆机构，以便于套件沿导杆运动时通过连杆与定位块和套件间铰接的作用，实现定位块垂直于导杆轴向伸缩，由此完成对待焊件的夹持。在其他的实施例中，设置至少三个定位块，以实现稳固的加持作用。

定位块中心开设有V形槽，使用时，使焊接缝位于该V形槽范围内，以防焊接操作失误导致穿焊时，损坏定位工装，造成焊件与定位块焊接在一起。此外，由于钢与氧具有一定的亲和力，背面焊缝金属很容易在焊接过程中发生氧化现象，产生焊接缺陷，进而造成焊缝金属的力学性能和耐蚀性下降，故焊接时需要采用氩气对焊缝处进行保护，定位块的槽口空间可以保证焊接时接缝处充盈氩气，达到保护管内焊缝的目的。另一方面，定位块采用铜合金，由于铜合金与钢件间金属特性的差异，使得铜合金制的定位块不易与钢件焊接在一起，进一步避免了穿焊后造成的不利后果。在其他的一些实施例中，定位块中心设有其他形状的槽口。

限位盘用于在导杆的带动下挤压夹持部，使得定位块伸出实现夹持。限位盘为两块圆形铝板中间夹持一片圆柱状耐高温海绵，其中，两圆形铝板直径小于待焊管件直径，一方面使得该限位盘能处于管件内，实现限位挤压作用，另一方面，留出一定的环状空间，保证通入氩气进行焊缝保护时，管件内空气能及时排出。此外，耐高温海绵的直径略大于待焊管件直径，通过海绵一定的透气性，使得刚开始通入氩气时，管间内空气能顺利排出，且焊接过程中，减少充入的氩气的流失，其中，耐高温的海绵能够抵抗焊接过程中产生的高温，避免因管件的导热导致海绵融化。

限位盘与导杆间由第一轴承连接，保证定位块在对管件实现夹持时，夹持部与导杆间能发生相对转动，由此实现稳固夹持待焊件的同时可对待焊件进行转动焊接。

在本实施例中，夹持部与法兰定位盘间设有一锥形垫块，参见图5，该锥形垫块用于提升导杆上处于下部的套件的高度，进而使得定位块槽口能与焊接缝相对应。在其他的一些实施例中，采用圆柱形或方形垫块，中间设有与导杆对应的圆柱形通孔。装配时，将夹持部和垫块依次穿至导杆上，再将导杆依次穿过法兰盘和座板中心对应通孔。

牵拉件对导杆进行牵拉，为动力输入源。为了防止牵拉件与导气管在空间为位置关系上造成干扰，通过U型连接件将该牵拉件固定设于座板上。其中，U型连接件两臂端部分别设有定位固定用的固定板，且该U型连接件和座板对应位置处均开设有通孔，采用螺栓即可将U型连接件紧固的设于座板上。在本实施例中，牵拉件为一气缸，该气缸通过端部面板上的螺孔固定设于U型连接件上，且气缸杆与导杆处于同一轴线上，二者端部均设有外螺纹，装配时，采用对应规格的螺母或设有内螺纹的套管完成二者的连接，由此在使用时，气缸工作后带动导杆缓慢向下移动，进而导杆上端部的限位盘逐渐挤压夹持部，由于夹持部下端的套件以垫块为支撑体，静止不动，上套件在限位盘挤压下沿导杆向下移动，进而带动连杆挤压定位块向外扩张，直至与待焊件内壁接触。

在其他的一些实施例中，牵拉件为伺服电机，参见图6，电机转轴上通过花键连接有一设有内螺纹的套管，该套管可随电机转轴的转动而转动，且导杆对应端部设有与套管内螺纹对应的外螺纹，装配时，先将电机转轴穿过U型连接件中心对应通孔，再通过花键将套管与转轴连接，且使导杆拧入套管一定圈数，以实现对位，再通过螺栓将电机与U型连接件进行固定。此外，电机设有电流检测装置，实时监测电机工作电流，使用时，启动电机，电机转轴带动套管旋转，通过套管与导杆间的螺纹配合，导杆被不断的进入套管内，进而实现导杆的移动以及定位块的伸出夹持，此过程中，电机的电流检测装置不断检测电机工作电流，一旦检测到电流突然变大，则说明定位块已经伸出到位，完成夹持，此时立刻切断电机电源，防止电机继续转动造成定位工装损坏或电机烧毁。

在另外的一些实施例中，该牵拉件为一螺母，导杆对应侧设有外螺纹，采用人工的方法，将螺母拧入穿过U型连接件的导杆，随着螺母的不断拧入，导杆逐渐移动，进而实现定位块的夹持功能。

定位工装在使用时，参见图7，先将待焊法兰盘通过螺栓固定在法兰固定盘上，在选取合适高度的垫块，使得法兰盘端线位于定位块槽口中心位置处，在将待焊钢管套入定位工装，使其端面与法兰盘端面重合，接着启动气缸，气缸杆带动导杆下移，夹持部张开，定位块实现对待焊件的夹持。焊接前，先将导气管与氩气源连接，向管内吹入一段时间的氩气，保证待焊件内空气全部排出，且焊缝背面充盈氩气后，开始进行焊接，其中，可旋转法兰定位盘，进而转动待焊件，更为方便的进行圆周焊接，且由于导气管穿设于座板与法兰定位盘中，导气管不会随法兰定位盘的转动而转动，进而避免的导气管缠绕的现象。

尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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，倘若本发明的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种定位工装，其特征在于，包括座板、可相对于所述座板转动的法兰定位盘、穿设于所述法兰定位盘中心的导杆、设置在所述导杆一端且与导杆通过第一轴承连接的限位盘、设置在所述导杆另一端的用于导杆移动的牵拉件、套设在所述导杆上的随导杆运动而变径的夹持部；

所述座板与所述法兰定位盘间通过第二轴承连接，且所述座板设有用于连接所述第二轴承的圆柱状连接部；

所述牵拉件设置在所述座板下方一定位置处；

所述夹持部包括中心设有与所述导杆对应通孔的两套件、通过连杆与所述两套件对应连接的定位块；

所述限位盘包括两片直径匹配于待焊接管件直径的圆形铝板、设于所述两圆形铝板间且直径大于待焊接管件直径的耐高温海绵；

该工装还包括穿设于所述圆柱状连接部中的导气管。

2.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述牵拉件通过U型连接件与所述座板固定连接。

3.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述牵拉件为气缸。

4.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述牵拉件为电机，所述电机转轴端部固定设有具有内螺纹且与所述导杆对应的套管，所述导杆对应端部设有对应的外螺纹。

5.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述牵拉件为与所述导杆对应的螺母，且所述导杆对应端设有与该螺母对应的外螺纹。

6.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述套件与所述法兰定位盘间设有用于调整套件位置的垫块，所述垫块套设于所述导杆上。

7.根据权利要求1所述的定位工装，其特征在于，所述定位块为铜合金材质且中心设有与焊缝对应的槽口，所述定位块至少设置三个。