CN115890114A - 一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法，属于透平高精度薄壁环形零件焊接工艺技术领域；该工装包括筒状结构的外衬，所述外衬的中部为中空结构，在该中控内部还设置有内衬；所述外衬采用铜制成，所述内衬采用不锈钢制成，所述内衬的外侧面与外衬的内侧面相匹配，且固定装配；所述外衬还设置有多个冷却通道和加热通道；本发明采用热胀冷缩的原理来实现高精度薄壁环形零件的装配，为在焊接过程中提供了更好的支撑力，通过对温度进行精确热膨胀控制，达到高精度尺寸控制需求，并在装置内部加装线膨胀系数更大的不锈钢刚性内衬，以提高装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法，属于透平高精度薄壁环形零件焊接工艺技术领域。
背景技术
大型透平动力装备运行后，由于运行环境恶劣，特别是燃机透平部件需要承受1000多℃的高温，如燃烧器内筒、尾筒等环形零件尺寸精度要求高，其尺寸精度高低严重影响燃机效率和安全。
针对燃机透平薄壁环形部件返修难度极大，对零件尺寸要求极高，焊接时经常会出现焊接变椭圆，变形不规则等现象；有必要针对环形零件使用新型智能装置，提高环形零件焊后的尺寸精度。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法，利用热胀冷缩的原理，设立专门热通道和冷通道，通过对温度进行精确热膨胀控制，达到高精度尺寸控制需求，并在装置内部加装线膨胀系数更大的不锈钢刚性内衬，以提高装置的使用寿命。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，包括筒状结构的外衬，所述外衬的中部为中空结构，在该中控内部还设置有内衬；
所述外衬采用铜制成，所述内衬采用不锈钢制成，所述内衬的外侧面与外衬的内侧面相匹配，且固定装配；
所述外衬还设置有多个冷却通道和加热通道，所述冷却通道和加热通道沿外衬的轴向开设，多个冷却通道和加热通道沿圆周方向分布，所述冷却通道和加热通道交叉设置。
进一步的，所述冷却通道的一端部连通冷却介质入口，冷却介质通过冷却介质入口通入冷却介质，所述冷却通道的另一端部连通有冷却介质出口。
进一步的，所述加热通道的至少一端部呈开口结构，其可通入加热棒。
进一步的，所述加热通道的一端部连通加热介质的加热介质入口，另一端部连通有加热介质出口。
进一步的，所述冷却介质入口和冷却介质出口连通有冷却介质温控系统，所述加热介质入口和加热介质出口连通有加热介质温控系统，且冷却介质入口和加热介质出口位于外衬的一端部，加热介质入口和冷却介质出口位于外衬的另一端部。
进一步的，所述外衬或/和内衬还设置有温度检测装置，并通过温度检测装置对外衬的温度进行检测，用于控制外衬的温度，实现外衬的热胀冷缩情况。
一种高精度薄壁环形零件焊接的焊接方法，采用上述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，包括以下步骤：
S1，工装的设计，基于高精度薄壁环形零件的结构和尺寸，设计对应尺寸的外衬尺寸以及内衬尺寸；
S2，工装制作，根据外衬尺寸结构，在外衬上加工冷却通道以及加热通道，同时，冷却通道和加热通道交叉分布，且以圆周阵列分布，并将外衬和内衬焊接形成一体，冷却通道和加热通道两端部分别通过管道连通介质管口；
S3，工装制作成型后，将工装与高精度薄壁环形零件装配定位，将加热介质的介质管口与加热介质温控系统连通，并通入加热介质，根据温度检测装置控制加热介质的通入以及对工装的加热，使得工装产生膨胀，从而使工装与高精度薄壁环形零件之间形成过盈配合，达到要求后并维持相应的温度，再进行高精度薄壁环形零件的焊接加工；
S4，高精度薄壁环形零件焊接加工完成后，停止加热介质对工装进行加热，连通冷却介质管口与冷却介质温控系统，通入冷却介质，使工装冷却至目标温度，使工装冷却收缩，工装与高精度薄壁环形零件脱模后断开系统，取下高精度薄壁环形零件，完成焊接修复。
进一步的，步骤S3和步骤S4中，所述温度检测装置检测温度后数据反馈至中心控制系统，并通过中心控制系统对冷却介质温控系统和加热介质温控系统进行介质的温度控制，实现对工装的温度进行控制。
进一步的，步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件之间形成过盈配合，其过盈配合参数要求为0.05－0.1mm。
进一步的，步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件装配前，先连通冷却介质温控系统，使工装先进行冷却。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法，基于薄壁环形零件的精度要求，尤其使在工件侧壁厚度较低，焊接时易造成工件变形的基础上，采用热胀冷缩的原理来实现高精度薄壁环形零件的装配，由于热障冷缩的变化较小，且具有一定的膨胀和收缩的效果，其有效的实现了高精度薄壁环形零件的装配，并为在焊接过程中提供了更好的支撑力，通过对温度进行精确热膨胀控制，达到高精度尺寸控制需求，并在装置内部加装线膨胀系数更大的不锈钢刚性内衬，以提高装置的使用寿命。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明总系统的结构示意图；
图2是本发明工装的横截面结构示意图；
图3是本发明外衬局部剖面结构示意图。
图中标记：1－外衬，2－内衬，3－冷却通道，4－加热通道，5－高精度薄壁环形零件，6－温度检测装置，7－冷却介质温控系统，8－加热介质温控系统，9－中心控制系统，10－冷却介质入口，11－冷却介质出口，12－加热介质入口，13－加热介质出口。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种用于高精度薄壁环形零件5焊接的工装，如图1至图3所示，包括筒状结构的外衬1，所述外衬1的中部为中空结构，在该中控内部还设置有内衬2；
所述外衬1采用铜制成，所述内衬2采用不锈钢制成，所述内衬2的外侧面与外衬1的内侧面相匹配，且固定装配；
所述外衬1还设置有多个冷却通道3和加热通道4，所述冷却通道3和加热通道4沿外衬1的轴向开设，多个冷却通道3和加热通道4沿圆周方向分布，所述冷却通道3和加热通道4交叉设置。
在本实施例中，作为具体的设计，在结构的设计上，采用独立的冷却通道3和加热通道4，而在工装的设计上，采用金属材料制成，一方面使考虑到热胀冷缩的效果，同时在设计能够有效的针对工装是需要收缩还是膨胀能够得到更为精准的控制，采用稳定性比较好的金属性能，也是为了便于随着温度的变化而具有更为稳定的物理量改变，从而进一步的保证整个工装在装配的过程中的高精度要求。
作为更加具体的设计，所述冷却通道3的一端部连通冷却介质入口10，冷却介质通过冷却介质入口10通入冷却介质，所述冷却通道3的另一端部连通有冷却介质出口11。
作为相同的设计，所述加热通道4的一端部连通加热介质的加热介质入口12，另一端部连通有加热介质出口13。
在上述具体的设计中，利用整个结构的设计能够有效的实现整个介质的循环，以及保证整个工装的加热或冷却效果，并且可根据整个工装的温度需求进行相应的调整。作为具体的结构设计，在此设计中，冷却介质入口10、冷却介质出口11、加热介质入口12、加热介质出口13统称为介质管口，用于冷却介质的称为冷却介质管口，用于加热介质的成为加热介质管口。在具体的结构设计中，介质管口为总管口，设置多个分支管道，每个分支管道对应一个冷却通道3或加热通道4，从而有效的实现介质的循环，同时，分支管道可两端可采用焊接固定，当然，此时分支管道可采用金属管道制成，其进一步的能够保证密封性。作为总管道连通多个分支的设计，在本领域中容易想到其结构，因此在附图中省略该结构的细节展示。
在上述具体结构的设计基础上，针对加热通道4可采用另一具体的实施方式，所述加热通道4的至少一端部呈开口结构，其可通入加热棒。通过该设计方式可使工装在加热过程中不用通入加热介质的循环，直接采用电阻加热等等即可完成加热过程的需求。
基于上述具体结构设计的基础上，更进一步的优化设计，所述冷却介质入口10和冷却介质出口11连通有冷却介质温控系统7，所述加热介质入口12和加热介质出口13连通有加热介质温控系统8，且冷却介质入口10和加热介质出口13位于外衬1的一端部，加热介质入口12和冷却介质出口11位于外衬1的另一端部。在该结构的设计基础上，其设计的目的是为了实现介质的循环以及回收。更加具体的，上述冷却通道3和加热通道4均沿外衬1轴向方向贯穿。更加具体的设计，在本设计中，介质管口通过管道(软管或者金属管，优选软管)连通温控系统。
为了进一步的实现温度的控制，精准控制工装的膨胀或者收缩，所述外衬1或/和内衬2还设置有温度检测装置6，并通过温度检测装置6对外衬1的温度进行检测，用于控制外衬1的温度，实现外衬1的热胀冷缩情况。
在上述具体的结构设计上，作为具体的控制要求，在温度检测装置6采集到相关温度参数，并将温度与膨胀关系录入终端(中心控制系统9)，根据采集的温度来进一步的计算膨胀量和收缩量，并给出上述的冷却介质温控系统7或/和加热介质温控系统8工作信息，实时对介质进行温度控制。在具体结构中，温度测量装置、冷却/加热介质温控系统8均与中心控制系统9电信号链接，从而实现电信号传送。
实施例2
采用实施例1的工装的基础上，结合实际对高温薄壁环形零件进行修复焊接的工艺操作，作为更加具体的，一种高精度薄壁环形零件5焊接的焊接方法，包括以下步骤：
S1，工装的设计，基于高精度薄壁环形零件5的结构和尺寸，设计对应尺寸的外衬1尺寸以及内衬2尺寸；
S2，工装制作，根据外衬1尺寸结构，在外衬1上加工冷却通道3以及加热通道4，同时，冷却通道3和加热通道4交叉分布，且以圆周阵列分布，并将外衬1和内衬2焊接形成一体，冷却通道3和加热通道4两端部分别通过管道连通介质管口；
S3，工装制作成型后，将工装与高精度薄壁环形零件5装配定位，将加热介质的介质管口与加热介质温控系统8连通，并通入加热介质，根据温度检测装置6控制加热介质的通入以及对工装的加热，使得工装产生膨胀，从而使工装与高精度薄壁环形零件5之间形成过盈配合，达到要求后并维持相应的温度，再进行高精度薄壁环形零件5的焊接加工；
S4，高精度薄壁环形零件5焊接加工完成后，停止加热介质对工装进行加热，连通冷却介质管口与冷却介质温控系统7，通入冷却介质，使工装冷却至目标温度，使工装冷却收缩，工装与高精度薄壁环形零件5脱模后断开系统，取下高精度薄壁环形零件5，完成焊接修复。
进一步的，步骤S3和步骤S4中，所述温度检测装置6检测温度后数据反馈至中心控制系统9，并通过中心控制系统9对冷却介质温控系统7和加热介质温控系统8进行介质的温度控制，实现对工装的温度进行控制。
进一步的，步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件5之间形成过盈配合，其过盈配合参数要求为0.05－0.1mm。作为更加具体的设计描述，基于加工零件的高精度要求作为装配系数的设计上，根据实际操作的不断尝试结合加工零件厚度，在上述具体的参数值范围内能够充分的实现对环形零件的装夹，且使得加工零件在可恢复弹性变量的受力范围内。因此，能够有效的得到合理的支撑力，同时又不会对加工零件造成损伤，从而有效的保证了高精度薄壁环形的精度，并确保在修复焊接工艺上不对零件造成任一的变形。
进一步的，步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件5装配前，先连通冷却介质温控系统7，使工装先进行冷却。
综上所述，本发明的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装及其焊接方法，基于薄壁环形零件的精度要求，尤其使在工件侧壁厚度较低，焊接时易造成工件变形的基础上，采用热胀冷缩的原理来实现高精度薄壁环形零件的装配，由于热障冷缩的变化较小，且具有一定的膨胀和收缩的效果，其有效的实现了高精度薄壁环形零件的装配，并为在焊接过程中提供了更好的支撑力，通过对温度进行精确热膨胀控制，达到高精度尺寸控制需求，并在装置内部加装线膨胀系数更大的不锈钢刚性内衬，以提高装置的使用寿命。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：包括筒状结构的外衬，所述外衬的中部为中空结构，在该中控内部还设置有内衬；
所述外衬采用铜制成，所述内衬采用不锈钢制成，所述内衬的外侧面与外衬的内侧面相匹配，且固定装配；
所述外衬还设置有多个冷却通道和加热通道，所述冷却通道和加热通道沿外衬的轴向开设，多个冷却通道和加热通道沿圆周方向分布，所述冷却通道和加热通道交叉设置。
2.如权利要求1所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：所述冷却通道的一端部连通冷却介质入口，冷却介质通过冷却介质入口通入冷却介质，所述冷却通道的另一端部连通有冷却介质出口。
3.如权利要求2所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：所述加热通道的至少一端部呈开口结构，其可通入加热棒。
4.如权利要求2所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：所述加热通道的一端部连通加热介质的加热介质入口，另一端部连通有加热介质出口。
5.如权利要求4所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：所述冷却介质入口和冷却介质出口连通有冷却介质温控系统，所述加热介质入口和加热介质出口连通有加热介质温控系统，且冷却介质入口和加热介质出口位于外衬的一端部，加热介质入口和冷却介质出口位于外衬的另一端部。
6.如权利要求1所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：所述外衬或/和内衬还设置有温度检测装置，并通过温度检测装置对外衬的温度进行检测，用于控制外衬的温度，实现外衬的热胀冷缩情况。
7.一种高精度薄壁环形零件焊接的焊接方法，采用权利要求1－6任一项所述的一种用于高精度薄壁环形零件焊接的工装，其特征在于：包括以下步骤：
S1，工装的设计，基于高精度薄壁环形零件的结构和尺寸，设计对应尺寸的外衬尺寸以及内衬尺寸；
S2，工装制作，根据外衬尺寸结构，在外衬上加工冷却通道以及加热通道，同时，冷却通道和加热通道交叉分布，且以圆周阵列分布，并将外衬和内衬焊接形成一体，冷却通道和加热通道两端部分别通过管道连通介质管口；
S3，工装制作成型后，将工装与高精度薄壁环形零件装配定位，将加热介质的介质管口与加热介质温控系统连通，并通入加热介质，根据温度检测装置控制加热介质的通入以及对工装的加热，使得工装产生膨胀，从而使工装与高精度薄壁环形零件之间形成过盈配合，达到要求后并维持相应的温度，再进行高精度薄壁环形零件的焊接加工；
S4，高精度薄壁环形零件焊接加工完成后，停止加热介质对工装进行加热，连通冷却介质管口与冷却介质温控系统，通入冷却介质，使工装冷却至目标温度，使工装冷却收缩，工装与高精度薄壁环形零件脱模后断开系统，取下高精度薄壁环形零件，完成焊接修复。
8.如权利要求7所述的一种高精度薄壁环形零件焊接的焊接方法，其特征在于：步骤S3和步骤S4中，所述温度检测装置检测温度后数据反馈至中心控制系统，并通过中心控制系统对冷却介质温控系统和加热介质温控系统进行介质的温度控制，实现对工装的温度进行控制。
9.如权利要求7所述的一种高精度薄壁环形零件焊接的焊接方法，其特征在于：步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件之间形成过盈配合，其过盈配合参数要求为0.05－0.1mm。
10.如权利要求7所述的一种高精度薄壁环形零件焊接的焊接方法，其特征在于：步骤S3中，工装与高精度薄壁环形零件装配前，先连通冷却介质温控系统，使工装先进行冷却。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117548823A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-13 | 深圳市恒永达科技股份有限公司 | 一种钛金属激光焊接工艺 |
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2022
- 2022-12-29 CN CN202211705559.5A patent/CN115890114A/zh active Pending
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| CN117548823A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-13 | 深圳市恒永达科技股份有限公司 | 一种钛金属激光焊接工艺 |
| CN117548823B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-19 | 深圳市恒永达科技股份有限公司 | 一种钛金属激光焊接工艺 |
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