CN116213913B - 一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接设备技术领域，公开了一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，包括垂直设置在水平面上用于垂直安装筒状工件的第一装夹组件，设置在所述第一安装组件侧面且垂直设置的第二装夹组件；所述第一装夹组件包括水平设置的底部转台，垂直设置在所述底部转台上的内部支撑骨架，活动设置在所述内部支撑骨架下端的底部内撑台，位于所述内部支撑骨架正上方的多功能夹持装置；本发明能够对大型筒状工件进行快速装夹定位、定位精准，并且在焊接时对焊缝处进行夹持，焊接变形量小。

Description

一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，具体是涉及一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置。

背景技术

直径在3米以上，长度在6米以上的大型筒体结构广泛应用于航空航天、石油化工、发电输电等制造领域；火箭筒段、锅炉、反应器、输电管、换热器这些设备的主体框架均为筒体结构。对大型筒状工件的焊接大多采用氩弧焊和搅拌摩擦焊，而之前搅拌摩擦焊的工装是将筒体放平，采用卧式搅拌摩擦焊，这种工装方式大多依靠人力安装，且只适用于较短的筒段，工件较长时内部支撑机构形变加剧，工装自身无法满足刚度要求，需要在内部增加多个环形支撑，环形支撑有自动和手动两种，生产效率较低。

目前现有的卧式筒体结合立式搅拌摩擦焊的出现，将筒体焊接的效率提升了一大步，但是目前这种焊接的工装方法只是将卷好筒体进行外抱，这种方法会使筒体的变形量大大增加，不满足一些精密仪器的准确性，且仍需人力安装，在筒体工装的精密性和自动化程度还有很大的提升空间。

现有技术内支撑设备需要外侧进行工件定位后，再由内侧支撑，虽然对筒段起到固定作用，但对于薄壁件，无论是立式还是卧式都会出现工件变形问题，工件越大，变形量越大，造成大型筒状工件的生产困难。

因此，需要一种能够在焊接时对大型筒状工件进行快速装夹定位、且定位精准、焊接变形量小的焊接工装。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术中大型筒状工件装夹困难，定位精度低，焊接变形量大的技术问题。

本发明的技术方案是：一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，包括垂直设置在水平面上用于垂直安装筒状工件的第一装夹组件，设置在所述第一安装组件侧面且垂直设置的第二装夹组件；

所述第一装夹组件包括水平设置的底部转台，垂直设置在所述底部转台上的内部支撑骨架，活动设置在所述内部支撑骨架下端的底部内撑台，位于所述内部支撑骨架正上方的多功能夹持装置；

所述多功能夹持装置能够对圆筒工件上端进行夹持；圆筒工件下端与底部内撑台接触；

所述第二装夹组件包括垂直设置在内部支撑骨架侧边的支撑立柱，均匀排列在所述支撑立柱侧边且与筒状工件外壁可以接触的外压紧机构；

所述底部转台上端活动设置有与筒状工件内壁可接触的纵缝垫梁；所述支撑立柱上端活动设置有与纵缝垫梁可连接的锁死横梁；

所述多功能夹持装置包括顶部安装环，多组均匀围设在所述顶部安装环上分别夹持筒状工件各部分上端的弧形夹持机构。

进一步地，所述弧形夹持机构包括设置在顶部安装环上的微转动调节机构，设置在所述微转动调节机构下方的弧形夹持爪，设置在所述微转动调节机构上调节弧形夹持爪两端高低的高度微调组件；

所述微转动调节机构包括设置在所述顶部安装环上的弧形滑槽，滑动设置在所述弧形滑槽内的转动调节板，设置在所述转动调节板上的弧形齿条；

所述顶部安装环上设置有安装孔；所述安装孔内活动设置有调节转轴；所述调节转轴上设置有与弧形齿条连接的微调齿轮。

通过微转动调节机构能够单独移动筒状工件在焊接前各部分左右的位置，精准控制焊缝间隙在0.1mm以内，确保高精度焊接。

通过高度微调组件可以单独移动筒状工件在焊接前各部分两边上下的位置，确保焊缝间隙均匀，结合微转动调节机构可以对焊缝间隙进行有效的控制，有利于提高焊接精度。

进一步地，所述高度微调组件包括设置在所述转动调节板下方两端的连接吊耳，垂直设置且下端贯穿转动调节板与连接吊耳铰接的螺纹丝杆；

所述连接吊耳有多组；每组有两个吊耳本体且分别位于转动调节板下方的两侧并与弧形夹持爪连接。

通过螺纹丝杆能够对连接吊耳的高度实现线性调节，完成对筒状工件的调整，不仅便于操作，且结构简单，可靠性强，安全性高。

进一步地，所述弧形夹持爪包括多组设置在高度微调组件下端且直径不同的弧形夹持爪本体；

所述每组弧形夹持爪本体两端分别与每组连接吊耳对应连接。

多组弧形夹持爪本体的设置能够实现对不同直径筒状工件的夹持，提高适用性，实现一套工装对不同直径筒状工件的快速装夹。

进一步地，所述内部支撑骨架上设置有垂直的升降滑轨；

所述底部内撑台包括滑动设置在所述升降滑轨上的支撑台，设置在所述支撑台上与筒状工件下端内壁接触的内撑环。

升降滑轨的设置可以实现对底部内撑台高度的快速调节，可以实现对不同长度筒状工件的支撑定位。

进一步地，所述纵缝垫梁包括垂直设置在内部支撑骨架内的纵缝垫梁本体，垂直固定在所述纵缝垫梁本体侧面与筒状工件内壁接触的弧形顶压件；

所述纵缝垫梁本体下端与底部转台连接处设置有滑轨；

所述底部转台上设置有驱动纵缝垫梁本体在滑轨移动对筒状工件内壁进行夹持的动力模块。

所述纵缝垫梁可通过滑轨进行滑动，并对筒状工件内壁进行支撑，在焊缝背面进行支撑能够有效确保焊接精度。

进一步地，所述纵缝垫梁上端设置有限位孔；

所述锁死横梁一端活动设置在支撑立柱上，另一端安装有与限位孔连接的限位插销。

锁死横梁可通过限位插销保证对筒状工件焊缝处装夹的刚度，通过纵缝垫梁与外压紧机构的结合可以有效降低焊接变形量，提高焊接精度。

进一步地，所述外压紧机构包括两组对称设置的多连杆压紧机构；

所述多连杆压紧机构包括安装在支撑立柱上的固定连杆，一端铰接在所述固定连杆端部的双摇臂，铰接在所述双摇臂另一端的压紧臂，以及用于驱动压紧臂运动的伸缩杆；

所述压紧臂与筒状工件外壁接触端设置有弧形压板。

通过多连杆压紧机构的对称设置可以有效对焊缝两侧进行定位；多连杆机构装夹结构简单，结构稳定性高，操作简便。

进一步地，所述两组对称设置的多连杆压紧机构中间设有纵缝焊接机头。

纵缝焊接机头可以在装夹完成后从上至下进行焊接，焊接效率、焊接质量均能够得到提升。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：(1)本发明提供的纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置通过将筒状工件垂直悬挂装夹，整体上依靠工件自重保证薄壁工件的平整度；通过上端分段装夹并对筒状工件各部分的位置进行调节，可以实现对焊缝间隙的控制，满足摩擦焊焊缝间隙在0.1mm内的要求。

(2)相较于装夹定位大型筒状工件的现有工装，本装置整体上结构简单，便于操作，能够实现对大型筒状工件的快速装夹、定位。

(3)本发明通过在转动调节板上设置多组弧形夹持爪可以实现对直径不同筒状工件的夹持；通过底部内撑台的上下滑动可以实现对不同长度筒状工件的装夹；相较于传统大型筒状工件工装只能对单一尺寸工件夹持的现状，能够有效提高实用性，采用一套工装完成多个尺寸筒状工件的夹持。

(4)本发明通过内部垫梁对焊缝内撑、外部多连杆压紧机构对焊缝外部两侧的对称压紧完成对焊缝的稳定夹持，可有效降低焊接变形量，实现高精度焊接，有效提高焊接质量。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1整体的结构示意图；

图3是本发明实施例1多功能夹持装置的结构示意图；

图4是本发明实施例1微转动调节机构的结构示意图；

图5是本发明实施例1高度微调组件的结构示意图；

图6是本发明的实施例3升降滑轨安装结构示意图；

图7是本发明实施例5外压紧机构的结构示意图；

其中，1-第一装夹组件、10-底部转台、11-内部支撑骨架、110-升降滑轨、12-底部内撑台、2-第二装夹组件、20-支撑立柱、21-外压紧机构、22-双摇臂、23-压紧臂、24-伸缩杆、25-弧形压板、26-固定连杆、3-多功能夹持装置、30-顶部安装环、31-微转动调节机构、32-弧形夹持爪、33-高度微调组件、310-弧形滑槽、311-转动调节板、312-弧形齿条、300-安装孔、313-调节转轴、314-微调齿轮、330-连接吊耳、331-螺纹丝杆、4-纵缝垫梁、40-纵缝垫梁本体、41-动力模块、42-弧形顶压件、43-滑轨、120-支撑台、121-内撑环、5-锁死横梁、50-限位孔、51-限位插销。

具体实施方式

实施例1：

生产直径3350mm，高度7500mm，壁厚2.5mm的火箭贮箱；由3段圆弧板材围设而成；

如图1所示的一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，包括垂直设置在水平面上用于垂直安装筒状工件的第一装夹组件1，设置在第一安装组件1侧面且垂直设置的第二装夹组件2；

如图2所示，第一装夹组件1包括水平设置的底部转台10，垂直设置在底部转台10上的内部支撑骨架11，活动设置在内部支撑骨架11下端的底部内撑台12，位于内部支撑骨架11正上方的多功能夹持装置3；

多功能夹持装置3能够对圆筒工件上端进行夹持；圆筒工件下端与底部内撑台12接触；

如图2所示，第二装夹组件2包括垂直设置在内部支撑骨架11侧边的支撑立柱20，均匀排列在支撑立柱20侧边且与筒状工件外壁可以接触的外压紧机构21；

底部转台10上端活动设置有与筒状工件内壁可接触的纵缝垫梁4；支撑立柱20上端活动设置有与纵缝垫梁4可连接的锁死横梁5；

纵缝垫梁4上端设置有限位孔50；

锁死横梁5一端铰接设置在支撑立柱20上，另一端安装有与限位孔50连接的限位插销51。

多功能夹持装置3包括顶部安装环30，3组均匀围设在顶部安装环30上分别夹持筒状工件各部分上端的弧形夹持机构。

如图3所示，弧形夹持机构包括设置在顶部安装环30上的微转动调节机构31，设置在微转动调节机构31下方的弧形夹持爪32，设置在微转动调节机构31上调节弧形夹持爪32两端高低的高度微调组件33；

如图4所示，微转动调节机构31包括设置在顶部安装环30上的弧形滑槽310，滑动设置在弧形滑槽310内的转动调节板311，设置在转动调节板311上的弧形齿条312；

顶部安装环30上设置有安装孔300；安装孔300内活动设置有调节转轴313；调节转轴313上设置有与弧形齿条312连接的微调齿轮314。

如图5所示，高度微调组件33包括设置在转动调节板311下方两端的连接吊耳330，垂直设置且下端贯穿转动调节板311与连接吊耳330铰接的螺纹丝杆331；

如图7所示，纵缝垫梁4包括垂直设置在内部支撑骨架11内的纵缝垫梁本体40，垂直固定在纵缝垫梁本体40侧面与筒状工件内壁接触的弧形顶压件42；

纵缝垫梁本体40下端与底部转台10连接处设置有滑轨43；

底部转台10上设置有驱动纵缝垫梁本体40在滑轨43移动对筒状工件内壁进行夹持的动力模块41。

外压紧机构21中间设有纵缝焊接机头。

其中，纵缝焊接机头、弧形夹持爪32、动力模块41、滑轨43、螺纹丝杆331、外压紧机构21均采用现有市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

本装置的工作方法：首先采用弧形夹持爪32将筒状工件的3部分上端单独夹持，通过调节转轴313、弧形齿条312、微调齿轮314控制转动调节板311在弧形滑槽310内滑动完成筒状工件各部分两侧距离的调节；通过高度微调组件33两端的螺纹丝杆331可以完成对筒状工件各部分两侧高度的调节；最终确保焊缝均匀，间隙在焊接要求范围内；

然后动力模块41驱动纵缝垫梁本体40在滑轨43上移动与筒状工件焊缝内壁接触，同时外压紧机构21与筒状工件焊缝内壁接触；完成对焊缝内外的夹持；其中可通过线位移传感器、压力传感器等控制纵缝垫梁本体40、外压紧机构21对焊缝的夹持力；锁死横梁5转动使限位插销51锁死纵缝垫梁4；

然后纵缝焊接机头自上至下对焊缝进行焊接；完成一道焊缝的焊接后，锁死横梁5、纵缝垫梁本体40、外压紧机构21打开，转动筒状工件对下一道焊缝进行夹持焊接。

实施例2：

与实施例1不同的是：

连接吊耳330有3组；每组有两个吊耳本体且分别位于转动调节板311下方的两侧并与弧形夹持爪32连接。

弧形夹持爪32包括3组设置在高度微调组件33下端且直径不同的弧形夹持爪本体；

每组弧形夹持爪本体两端分别与每组连接吊耳330对应连接。

3组弧形夹持爪本体能够分别夹持直径3350mm、3800mm、4200mm的筒状工件。

实施例3：

生产直径4200mm，高度7900mm，壁厚2.5mm的火箭贮箱；由3段圆弧板材围设而成；

如图1所示的一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，包括垂直设置在水平面上用于垂直安装筒状工件的第一装夹组件1，设置在第一安装组件1侧面且垂直设置的第二装夹组件2；

如图2所示，第一装夹组件1包括水平设置的底部转台10，垂直设置在底部转台10上的内部支撑骨架11，活动设置在内部支撑骨架11下端的底部内撑台12，位于内部支撑骨架11正上方的多功能夹持装置3；

多功能夹持装置3能够对圆筒工件上端进行夹持；圆筒工件下端与底部内撑台12接触；

第二装夹组件2包括垂直设置在内部支撑骨架11侧边的支撑立柱20，均匀排列在支撑立柱20侧边且与筒状工件外壁可以接触的外压紧机构21；

如图2所示，底部转台10上端活动设置有与筒状工件内壁可接触的纵缝垫梁4；支撑立柱20上端活动设置有与纵缝垫梁4可连接的锁死横梁5；

纵缝垫梁4上端设置有限位孔50；

锁死横梁5一端铰接设置在支撑立柱20上，另一端安装有与限位孔50连接的限位插销51。

多功能夹持装置3包括顶部安装环30，3组均匀围设在顶部安装环30上分别夹持筒状工件各部分上端的弧形夹持机构。

如图3所示，弧形夹持机构包括设置在顶部安装环30上的微转动调节机构31，设置在微转动调节机构31下方的弧形夹持爪32，设置在微转动调节机构31上调节弧形夹持爪32两端高低的高度微调组件33；

如图4所示，微转动调节机构31包括设置在顶部安装环30上的弧形滑槽310，滑动设置在弧形滑槽310内的转动调节板311，设置在转动调节板311上的弧形齿条312；

顶部安装环30上设置有安装孔300；安装孔300内活动设置有调节转轴313；调节转轴313上设置有与弧形齿条312连接的微调齿轮314。

高度微调组件33包括设置在转动调节板311下方两端的连接吊耳330，垂直设置且下端贯穿转动调节板311与连接吊耳330铰接的螺纹丝杆331；

纵缝垫梁4包括垂直设置在内部支撑骨架11内的纵缝垫梁本体40，垂直固定在纵缝垫梁本体40侧面与筒状工件内壁接触的弧形顶压件42；

纵缝垫梁本体40下端与底部转台10连接处设置有滑轨43；

底部转台10上设置有驱动纵缝垫梁本体40在滑轨43移动对筒状工件内壁进行夹持的动力模块41。

如图6所示，内部支撑骨架11上设置有垂直的升降滑轨110；

底部内撑台12包括滑动设置在升降滑轨110上的支撑台120，设置在支撑台120上与筒状工件下端内壁接触的内撑环121。

其中，升降滑轨110、弧形夹持爪32、动力模块41、滑轨43、螺纹丝杆331、外压紧机构21均采用现有市售产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

本装置相较于实施例1，能够实现对不同长度筒状工件的下端支撑，完成对不同长度工件的夹持。

实施例4：

与实施例1不同的是：

生产直径4200mm，高度6900mm，壁厚2.5mm的火箭贮箱；由4段圆弧板材围设而成；

纵缝垫梁4上端设置有限位孔50；

锁死横梁5一端滑动设置在支撑立柱20上，另一端安装有与限位孔50连接的限位插销51。

相较于实施例1，本装置锁死横梁采用上下滑动的方式，能够确保限位插销51精准与限位孔50连接，锁定精度高。

实施例5：

与实施例1不同的是：

生产直径5000mm，高度7900mm，壁厚2.5mm的火箭贮箱；由5段圆弧板材围设而成；

如图7所示，外压紧机构21包括两组对称设置的多连杆压紧机构；

多连杆压紧机构包括安装在支撑立柱20上的固定连杆26，一端铰接在固定连杆26端部的双摇臂22，铰接在双摇臂22另一端的压紧臂23，以及用于驱动压紧臂23运动的伸缩杆24；

压紧臂23与筒状工件外壁接触端设置有弧形压板25。

两组对称设置的多连杆压紧机构中间设有纵缝焊接机头。

相较于实施例1，本装置在筒状工件外壁焊缝处进行对称压紧，能够确保压紧精度。

实施例6：

与实施例1不同的是：

纵缝垫梁4包括垂直设置在内部支撑骨架11内的纵缝垫梁本体40，垂直固定在纵缝垫梁本体40侧面与筒状工件内壁接触的弧形顶压件42，以及设置在纵缝垫梁本体40、弧形顶压件42之间的伸缩杆。

相较于实施例1，采用伸缩杆代替导轨与动力模块，完成对筒状工件内壁的支撑。

另外，需要说明的是本装置不仅可以用于大型筒状工件的纵缝焊接，也可以用于大型筒状工件各部分侧边的加工定位；例如修理壁板余量、打磨壁板侧边焊缝处以及焊接完成后清理飞边，对焊缝进行打磨处理。

Claims (3)

1.一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，其特征在于，包括垂直设置在水平面上用于垂直安装筒状工件的第一装夹组件（1），设置在所述第一装夹组件（1）侧面且垂直设置的第二装夹组件（2）；

所述第一装夹组件（1）包括水平设置的底部转台（10），垂直设置在所述底部转台（10）上的内部支撑骨架（11），活动设置在所述内部支撑骨架（11）下端的底部内撑台（12），位于所述内部支撑骨架（11）正上方的多功能夹持装置（3）；

所述多功能夹持装置（3）能够对圆筒工件上端进行夹持；圆筒工件下端与底部内撑台（12）接触；

所述第二装夹组件（2）包括垂直设置在内部支撑骨架（11）侧边的支撑立柱（20），均匀排列在所述支撑立柱（20）侧边且与筒状工件外壁可以接触的外压紧机构（21）；

所述底部转台（10）上端活动设置有与筒状工件内壁可接触的纵缝垫梁（4）；所述支撑立柱（20）上端活动设置有与纵缝垫梁（4）可连接的锁死横梁（5）；

所述多功能夹持装置（3）包括顶部安装环（30），多组均匀围设在所述顶部安装环（30）上分别夹持筒状工件各部分上端的弧形夹持机构；

所述弧形夹持机构包括设置在顶部安装环（30）上的微转动调节机构（31），设置在所述微转动调节机构（31）下方的弧形夹持爪（32），设置在所述微转动调节机构（31）上调节弧形夹持爪（32）两端高低的高度微调组件（33）；

所述微转动调节机构（31）包括设置在所述顶部安装环（30）上的弧形滑槽（310），滑动设置在所述弧形滑槽（310）内的转动调节板（311），设置在所述转动调节板（311）上的弧形齿条（312）；

所述顶部安装环（30）上设置有安装孔（300）；所述安装孔（300）内活动设置有调节转轴（313）；所述调节转轴（313）上设置有与弧形齿条（312）连接的微调齿轮（314）；

所述高度微调组件（33）包括设置在所述转动调节板（311）下方两端的连接吊耳（330），垂直设置且下端贯穿转动调节板（311）与连接吊耳（330）铰接的螺纹丝杆（331）；

所述连接吊耳（330）有多组；每组有两个吊耳本体且分别位于转动调节板（311）下方的两侧并与弧形夹持爪（32）连接；

所述弧形夹持爪（32）包括多组设置在高度微调组件（33）下端且直径不同的弧形夹持爪本体；

所述每组弧形夹持爪本体两端分别与每组连接吊耳（330）对应连接；

所述内部支撑骨架（11）上设置有垂直的升降滑轨（110）；

所述底部内撑台（12）包括滑动设置在所述升降滑轨（110）上的支撑台（120），设置在所述支撑台（120）上与筒状工件下端内壁接触的内撑环（121）；

所述纵缝垫梁（4）包括垂直设置在内部支撑骨架（11）内的纵缝垫梁本体（40），垂直固定在所述纵缝垫梁本体（40）侧面与筒状工件内壁接触的弧形顶压件（42）；

所述纵缝垫梁本体（40）下端与底部转台（10）连接处设置有滑轨（43）；

所述底部转台（10）上设置有驱动纵缝垫梁本体（40）在滑轨（43）移动对筒状工件内壁进行夹持的动力模块（41）；

所述外压紧机构（21）包括两组对称设置的多连杆压紧机构；

所述多连杆压紧机构包括安装在支撑立柱（20）上的固定连杆（26），一端铰接在所述固定连杆（26）端部的双摇臂（22），铰接在所述双摇臂（22）另一端的压紧臂（23），以及用于驱动压紧臂（23）运动的伸缩杆（24）；

所述压紧臂（23）与筒状工件外壁接触端设置有弧形压板（25）。

2.根据权利要求1所述的一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，其特征在于，所述纵缝垫梁（4）上端设置有限位孔（50）；

所述锁死横梁（5）一端活动设置在支撑立柱（20）上，另一端安装有与限位孔（50）连接的限位插销（51）。

3.根据权利要求1所述的一种火箭贮箱纵缝搅拌摩擦焊接装夹装置，其特征在于，所述两组对称设置的多连杆压紧机构中间设有纵缝焊接机头。