專利名稱：限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝和工裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金薄壁球體和法蘭的焊接工藝和裝置，尤其涉及一種限制 鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝及其工裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
鋁合金薄壁球體和法蘭的焊接由于受材料焊接性及結(jié)構(gòu)方面的不利影響， 焊接難度大，質(zhì)量穩(wěn)定性差，制約該類焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)鋁合金薄壁
，^i^aa^l接，可提高焊接質(zhì)量及穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率，而焊接工 裝的設(shè)計(jì)及焊接坡口的改進(jìn)是焊接工藝改進(jìn)的關(guān)鍵，是自動焊能否實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 鋁合金由于本身特有的材料特性，焊接變形大，同時焊縫中易產(chǎn)生氣孔、夾雜、 裂紋等缺陷。鋁合金薄壁球體與法蘭的焊接，受限于零件加工方式及焊接結(jié)構(gòu)， 一般采用手工氬弧焊接，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差，成品率低。通過普通3軸焊接專 機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)焊槍相對焊縫的自動運(yùn)動，進(jìn)而進(jìn)行球體上法蘭環(huán)縫的自動焊接, 但焊縫質(zhì)量無法保證。原因主要是球體與法蘭在焊接熱源作用下的變形量差異 明顯，規(guī)有工裝難以對其有效限制，焊接過程中受熱膨脹導(dǎo)致零件原有的裝配 關(guān)系破壞，焯接過程中的錯邊難以控制，同時整體焊接變形導(dǎo)致焊縫與自動焊 槍距離明顯變化，無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自動焊接。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種鋁合金薄壁球體 和法蘭的焊接變形控制坡口工藝及其工裝結(jié)構(gòu)，限制零件整體變形及焊縫錯邊， 保證自動焊接過程的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝， 包括以下步驟
a、 固定球體并在球體上擴(kuò)孔，孔口呈外大內(nèi)小的倒圓臺形，并修配孔口對 接面角度與法蘭盤對接面角度一致，使兩者對接時其對接平面與球體表面切平
面夾角為40。 70° ;
b、 通過工裝將法蘭盤和球體對接，法蘭盤對接面貼合于球體孔口對接面，
局部對接間隙及錯邊不大于0. 5mm。
M^^M壁球體和法蘭焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)，包括球體固定機(jī)構(gòu)，還 包括位于球體外部壓于法蘭盤端面上的壓板、位于球體內(nèi)部貼合球體內(nèi)壁的墊 板、連接固定壓板和墊板使兩者夾緊對接的法蘭盤和球體的連接軸，以及位于 球體中心位置且下部連接于球體固定機(jī)構(gòu)的支撐軸、與支撐軸上部連接的球頭、 球頭上裝配的用于支撐墊板的若干可伸縮支撐軸。
作為優(yōu)選，所述各可伸縮支撐軸中心線與對應(yīng)法蘭盤中心線重合，與法蘭 盤端面垂直并相交于球頭球心。
作為優(yōu)選，所述可伸縮支撐軸通過插接于設(shè)于球頭上的裝配孔內(nèi)與球頭裝 配固定。
作為優(yōu)選，所述可伸縮支撐軸由相套接的螺桿和螺桿套組成。 球體孔口外大內(nèi)小的對接坡口結(jié)構(gòu)，對法蘭盤下移運(yùn)動進(jìn)行有效的機(jī)械限制，同時球體孔口邊由于受熱膨脹導(dǎo)致的局部翹起又可受到法蘭盤對接邊的機(jī) 械限制。
墊板貼合于球體內(nèi)壁，壓板作用于法蘭盤端面，墊板與壓板間連接軸的拉 緊力將法蘭盤壓于球體上，對接面貼合緊密，限制其相互分離，最大限度地限 制了焊接過程中焊縫對接間隙及錯邊的變化，保證了焊接過程的穩(wěn)定。
內(nèi)部支撐機(jī)構(gòu)作用于焊接墊板，限制薄壁球體由于焊縫收縮所產(chǎn)生的局部 內(nèi)凹變形以及由此導(dǎo)致的法蘭盤位置變化，保證了法蘭盤與球體整體位置的相 對固定，也保證了待焊部位與焊槍的相對位置，提高了自動穩(wěn)定的焊接性。
本發(fā)明的有益效果是明顯抑制薄壁球體與法蘭盤焊接過程中的焊接變形， 限制焊縫對接間隙及錯邊惡化，提高球體和法蘭盤之間、悍縫和焊槍之間的相 對位置控制精度，提高焊接過程穩(wěn)定性，顯著提高鎢極氬弧焊焊縫質(zhì)量及部件
^# ^#。 ^sw^mga于手工鎢極氬弧焊，提高焊縫成型質(zhì)量，尤 其適用于采用機(jī)器人弧焊系統(tǒng)的自動鎢極氬弧焊接，實(shí)現(xiàn)該類產(chǎn)品的自動焊接 生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的工裝結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例對接坡口的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例對接坡口的受力分析示意圖。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1至圖3所示，限制鋁合金薄壁球體1和法蘭2焊接變形的坡口工藝，包括以下步驟
a、 鋁合金薄壁球體1為中空結(jié)構(gòu)，固定球體1并在球體1上擴(kuò)孔，孔口 101 呈外大內(nèi)小的倒圓臺形，并修配孔口 101對接面角度與法蘭盤2對接面角度一 致，使兩者對接時其對接平面與球體1表面切平面夾角a為40° 70° ;
b、 通過工裝將法蘭盤2和球體1對接，法蘭盤2對接面貼合于球體1孔口 101對接面，局部對接間隙及錯邊不大于0.5mm。
普通對接坡口焊接中，焊縫間隙及錯邊會隨焊接時間增長而逐步積累增大， 形成惡化，無法穩(wěn)定連續(xù)焊接；對其坡口進(jìn)行改進(jìn)，如圖3所示，球體l孔口 IOI外大內(nèi)小的對接坡口結(jié)構(gòu)，對法蘭盤2下移運(yùn)動進(jìn)行有效的機(jī)械限制，同時 球體1孔口 101邊由于受熱膨脹導(dǎo)致的局部翹起又可受到法蘭盤2對接邊的機(jī) 械限制，其原因在于普通對接坡口，在環(huán)焊縫平面上產(chǎn)生指向圓心的拉力F， ^t九E^Eltt^JlM^^^L會導(dǎo)致法蘭盤2向球體1球心方向運(yùn)動。雖然支 撐軸及墊板可對該移動進(jìn)行限制，但由于球面與墊板無法完全貼合，因此難以 完全限位，同時球體孔口邊受熱局部膨脹，向外側(cè)翹起，導(dǎo)致焊接過程中間隙 及錯邊增大。普通對接坡口對以上變化趨勢無法有效抑制，在焊接過程中，間 隙及錯邊會隨焊接時間增長而逐步積累增大，直至無法進(jìn)行焊接。而本發(fā)明中 改進(jìn)的坡口工藝，如圖3所示，可對分力Fl導(dǎo)致的法蘭盤下移運(yùn)動進(jìn)行有效的 機(jī)械限制，同時球體孔口邊由于受熱膨脹導(dǎo)致的局部翹起又可以受到法蘭盤對 接邊的機(jī)械限制，變形控制效果好。
如圖l所示，限制鋁合金薄壁球體1和法蘭2焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)，包括 球體固定機(jī)構(gòu)，還包括位于球體1外部壓于法蘭盤2端面上的壓板3、位于球體 1內(nèi)部貼合球體1內(nèi)壁的墊板4、連接固定壓板3和墊板4使兩者夾緊對接的法蘭盤2和球體1的連接軸5，以及位于球體1中心位置且下部連接于球體固定機(jī) 構(gòu)的支撐軸6、與支撐軸6上部連接的球頭7、球頭7上裝配的用于支撐墊板4 的若干可伸縮支撐軸?？缮炜s支撐軸由相套接的螺桿8和螺桿套9組成，可旋 動調(diào)節(jié)伸縮長度。
工作時，支撐軸6下部與固定球體的固定機(jī)構(gòu)連接，上部與球頭7連接， 球頭7上開有裝配孔701，用以插接裝配固定支撐墊板4的若干可伸縮支撐軸。 裝配孔701對稱分布，保證施加于支撐軸6上的作用力平衡，裝配孔701的數(shù) 量根據(jù)法蘭盤2數(shù)量及焊接順序確定。裝配孔701中心線與可伸縮支撐軸中心 線重合，與對應(yīng)法蘭盤中心線重合，各中心線相交于球頭7球心，且各可伸縮 支撐軸中心線與對應(yīng)法蘭盤2端面垂直?？缮炜s支撐軸支撐焊接墊板4，限制薄 壁球體1由于焊縫收縮所產(chǎn)生的局部內(nèi)凹變形以及由此導(dǎo)致的法蘭盤2位置變 化，限制墊板4、法蘭盤2及其他連接件向球體1中心方向移動，保證了法蘭盤 2與球體1整體位置的相對固定，也保證了待焊部位與焊槍10的相對位置。墊 板4貼合于球體1內(nèi)壁，壓板3作用于法蘭盤2端面，墊板4與壓板3間的拉 緊力將法蘭盤2壓于球體1上，對接面貼合緊密，限制其相互分離，最大限度 地限制了焊接過程中焊縫對接間隙及錯邊的變化，保證了焊接過程的穩(wěn)定。焊 接完成后旋動可伸縮支撐軸，使其與墊板4脫離，拆除可伸縮支撐軸后，再拆 除焊接墊板4，完成焊接。
以上對本發(fā)明所提供的限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝和 工裝進(jìn)行了詳盡介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行 了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同 時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制,
權(quán)利要求
1.限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝，其特征在于包括以下步驟a、固定球體并在球體上擴(kuò)孔，孔口呈外大內(nèi)小的倒圓臺形，并修配孔口對接面角度與法蘭盤對接面角度一致，使兩者對接時其對接平面與球體表面切平面夾角為40°～70°；b、通過工裝將法蘭盤和球體對接，法蘭盤對接面貼合于球體孔口對接面，局部對接間隙及錯邊不大于0.5mm。
2. 限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)，包括球體固定機(jī)構(gòu)， 其特征在于還包括位于球體外部壓于法蘭盤端面上的壓板、位于球體內(nèi)部貼 合球體內(nèi)壁的墊板、連接固定壓板和墊板使兩者夾緊對接的法蘭盤和球體的連皿.M位于球體中心位置且下部連接于球體固定機(jī)構(gòu)的支撐軸、與支撐軸 上部連接的球頭、球頭上裝配的用于支撐墊板的若干可伸縮支撐軸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述各可伸縮支撐軸中心線與對應(yīng)法蘭盤中心線重合，與法蘭盤端面垂直并相交于球頭球心。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述可伸縮支撐軸通過插接于設(shè)于球頭上的裝配孔內(nèi)與球頭裝配固定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的工裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述可伸縮支撐軸由相套接的螺桿和螺桿套組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種限制鋁合金薄壁球體和法蘭焊接變形的坡口工藝和工裝，其工藝步驟包括在球體上擴(kuò)孔，孔口呈外大內(nèi)小的倒圓臺形，并修配孔口對接面角度與法蘭盤對接面角度一致，使兩者對接時其對接平面與球體表面切平面夾角為40°～70°；通過工裝將法蘭盤和球體對接，法蘭盤對接面貼合于球體孔口對接面，局部對接間隙及錯邊不大于0.5mm。其工裝結(jié)構(gòu)，包括壓于法蘭盤端面上的壓板、貼合球體內(nèi)壁的墊板、連接固定壓板和墊板的連接軸，以及下部連接于薄壁球體固定機(jī)構(gòu)的支撐軸、與支撐軸上部連接的球頭、球頭上裝配的用于支撐墊板的若干可伸縮支撐軸。本發(fā)明能限制零件整體變形及焊縫錯邊，保證自動焊接過程的穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。
文檔編號B23K37/04GK101670498SQ20091016771
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者成 楊, 裴利程 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司長征機(jī)械廠