CN103586622A - 焊接用循环水冷衬垫装置及使用方法 - Google Patents

焊接用循环水冷衬垫装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焊接用循环水冷衬垫装置，包括衬垫装置和循环水冷装置，两块待焊板材坡口相对地固定在衬垫装置上侧，循环水冷装置与衬垫装置连接；铜衬垫四个面上分别设有下凹的纵向圆弧成形槽，通过挡板纵向定位；水泵出水管与铜衬垫的冷却水流通孔相连，并通过回水软管与储水箱的回水管相连。本发明还公开了一种焊接用循环水冷衬垫装置的使用方法，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
固定衬垫座；选择铜衬垫的纵向圆弧成形槽宽度W 1；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
挡板压紧铜衬垫；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
铜衬垫两端接水管；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
固定两块待焊工件；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
启动水泵通水冷却铜衬垫，同时对对两块待焊工件施焊。本发明铜衬垫上的纵向圆弧成形槽，使其利用率提高了三倍，可满足不同厚度的板材焊接，降低了使用成本。

Description

焊接用循环水冷衬垫装置及使用方法
技术领域
 本发明涉及一种单面焊双面成形工艺的循环水冷衬垫装置，还涉及该装置的使用方法，属于焊接工艺技术领域。
背景技术
单面焊双面成形焊接工艺提高了焊接效率、降低了焊接成本、缩短了焊接加工周期。在单面焊双面成形工艺实施过程中，为确保焊缝背面成形质量良好，焊前需要在沿两块待焊工件坡口纵向下侧，垫上带有成形凹槽的衬垫。施焊时，熔融的液态金属依附工件背面衬垫的衬托，并受到衬垫表面成形凹槽的约束，在工件背面形成与衬垫表面成形凹槽形状相仿的成形焊缝，从而为大厚板结构件的焊接省去翻转工序，缩短产品的生产周期同时也降低了制造成本。目前，常用的衬垫根据其材质不同，一般可分为陶瓷衬垫和铜衬垫，其中以陶瓷衬垫的应用居多。使用陶瓷衬垫时，在每一次实施单面焊双面成形工艺前，需将陶瓷衬垫经粘性锡箔纸贴于待焊工件坡口背面，焊接工作繁琐化，同时陶瓷衬垫只能一次性使用，加大了焊接成本。
    申请号为200910191949.3、名称为“电磁直驱高速三丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备及其方法”的专利，公开了一种电磁直驱高速三丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备及其方法，所公开的铜衬垫***由充气软管、铜衬垫及衬垫焊剂组成，其焊剂衬垫与工件背面直接接触，衬垫焊剂下有铜衬垫、在充气衬垫软管的顶升支撑作用下，焊剂衬垫紧贴工件背面，控制背面焊道的大小。该铜衬垫***的缺点是：(1) 铜衬垫部件在长时间使用磨损后，需全部更换，衬垫成本加剧且利用率不高；(2) 铜衬垫***机构调节所需的辅助设备较多，整个***较为复杂、体积较大，且控制精度也低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、利用率高、工件背面成形质量好、操作便利的焊接用循环水冷衬垫装置及其使用方法，以提高单面焊双面成形工艺中衬垫的利用率及改善焊缝背面成形质量。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种焊接用循环水冷衬垫装置，包括衬垫装置和循环水冷装置，两块待焊工件坡口相对地固定在衬垫装置上侧，循环水冷装置与衬垫装置连接；所述衬垫装置包括铜衬垫、衬垫座和挡板，所述循环水冷装置包括水泵、储水箱、进水软管和回水软管；所述铜衬垫为长方体，所述长方体的横截面为正方形，长方体四个面分别设有下凹的纵向圆弧成形槽，铜衬垫设有贯通纵向的冷却水流通孔，铜衬垫嵌入衬垫座内，铜衬垫两端分别与衬垫座两端平齐，并通过固定在衬垫座两端的挡板纵向定位；水泵设置在储水箱上，水泵进水管伸入储水箱内的液面下，水泵出水管依次通过进水软管、进水接头与铜衬垫的冷却水流通孔一端相连，冷却水流通孔另一端依次通过出水接头、回水软管与储水箱的回水管相连。
    本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的焊接用循环水冷衬垫装置，其中所述长方体的铜衬垫四个侧面上的纵向圆弧成形槽宽度W 1分别与两块待焊工件坡口对接处根部不同的间隙宽度W 5对应，且W 1=W 5+（4～12）mm；圆弧成形槽深度H 1=0.5～5mm。
前述的焊接用循环水冷衬垫装置，其中所述衬垫座上侧设有放置铜衬垫的纵向凹槽，所述纵向凹槽的宽度W 2大于铜衬垫宽度a，且 W 2=a+（0.5~2）mm；纵向凹槽的深度H 2小于铜衬垫高度a，且(a+ W 1)/2<H 2<a。所述纵向凹槽的底面设有多个纵向排列的垂直通孔；衬垫座底部两侧分别向外延伸出衬垫座支承底板。
前述的焊接用循环水冷衬垫装置，其中在衬垫座的两端端面上，两块挡板对称设置；挡板一端端头压住铜衬垫的端面，挡板另一端用紧固件固定在衬垫座端面上。所述挡板开有纵向腰形槽，两个紧固螺钉穿过纵向腰形槽，将挡板固定在衬垫座端面上。
前述的焊接用循环水冷衬垫装置，其中所述储水箱内设有将储水箱分隔成冷水区和热水区的隔板，所述隔板上侧低于液面，冷水区容积大于热水区容积，水泵进水管垂直伸入储水箱的冷水区内，储水箱的回水管垂直伸入储水箱的热水区内。
一种焊接用循环水冷衬垫装置的使用方法，包括以下步骤：
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE002
 将衬垫座通过数个紧固件固定在焊接平台上，并分别松开衬垫座端面上每块挡板上的两个紧固螺钉，然后将每块挡板各自水平滑动外移，直至两块挡板的两相对端面移至衬垫座的纵向凹槽外；
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE004
 根据两块待焊工件坡口根部间隙 W 5 的宽窄不同，选择铜衬垫对应的纵向圆弧成形槽宽度W 1，并将所述纵向圆弧成形槽朝上的铜衬垫放入衬垫座上部的纵向凹槽内；
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE006
 将两块挡板水平相对滑动内移，直至两块挡板的两相对端头分别压住铜衬垫的端面，拧紧每块挡板上的两个紧固螺钉，使两块挡板压紧铜衬垫的两端；
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE008
 将进水接头与出水接头分别与铜衬垫两端的进水口和出水口相接，并将进水接头通过进水软管与水泵出水管相连，出水接头通过回水软管与储水箱的回水管相连；
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE010
 将两块待焊工件坡口相对地放置在铜衬垫上侧，并使两块待焊工件坡口的根部间隙中心对准铜衬垫上侧纵向圆弧成形槽中心，然后通过分别位于两块待焊工件外侧四角上下侧的压板、垫块，以及穿过压板且下端固定在焊接平台上的压紧螺栓螺母组，将两块待焊板材定位固定在衬垫装置和焊接平台上，使铜衬垫上侧紧贴待焊工件的背面。
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE012
 启动水泵通水冷却铜衬垫，同时对在两块待焊工件进行单面焊双面成形焊接；
    
Figure 2013105158799100002DEST_PATH_IMAGE014
 当铜衬垫上侧磨损严重，其上侧的纵向圆弧成形槽的表面质量下降至无法再次使用时，重复步骤 
Figure 189419DEST_PATH_IMAGE002
 过程，取出铜衬垫绕其纵向中心线转动，使得铜衬垫另一侧面朝上，然后重复从步骤
Figure 247505DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 292821DEST_PATH_IMAGE006
 ，即可继续使用铜衬垫。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、重量轻，加工成本低，除加工件外，其余部件均可直接从市场采购，易于实现工程化应用。本发明铜衬垫四个面上分别设有下凹的纵向圆弧成形槽，与现有的铜衬垫相比，其利用率提高了三倍，从而大幅度降低了焊接生产成本，同时铜衬垫每个面上的纵向圆弧成形槽宽度各不相同，可满足不同厚度工件的焊接。本发明铜衬垫上的圆弧成形槽适用两块待焊工件坡口定位精度较宽裕，焊缝背面成形质量可靠性高。铜衬垫的纵向通孔用于流通循环水，使焊接过程中铜衬垫得以快速冷却，从而提高了铜衬垫的使用寿命。本发明的焊接用循环水冷衬垫装置使用方法实用方便，提高了单面焊双面成形焊接工艺的焊接质量。
    本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是铜衬垫端面放大视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是衬垫座的主视图；
图5是图4的B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括衬垫装置1和循环水冷装置2，两块待焊工件3的坡口相对地固定在衬垫装置1上侧，循环水冷装置2与衬垫装置1连接。衬垫装置1包括铜衬垫11、衬垫座12和挡板13，循环水冷装置2包括水泵21、储水箱22、进水软管23和回水软管24。
如图1、图2和图3所示，长方体形的铜衬垫11横截面为正方形，其四个面上分别设有下凹的纵向圆弧成形槽111，纵向圆弧成形槽111宽度W 1分别与两块待焊工件坡口对接处根部不同的间隙宽度W 5对应，且W 1=W 5+（4～12）mm；圆弧成形槽深度H 1=0.5～5mm。铜衬垫11的正方形端面边长a=30～70mm，铜衬垫11的长度与衬垫座12的长度相等。铜衬垫11的冷却水流通孔112纵向贯通铜衬垫11，冷却水流通孔112两端设有分别与进水接头25、回水接头26连接的螺纹段113，提供更好的冷却效果。
如图4和图5所示，衬垫座12上侧设有放置铜衬垫11的纵向凹槽121，纵向凹槽121的宽度W 2大于铜衬垫宽度a，且 W 2=a+（0.5~2）mm，便于放入铜衬垫11。纵向凹槽121的深度H 2小于铜衬垫高度a，且(a+ W 1)/2<H 2<a，即铜衬垫11的顶面高于衬垫座12的顶面，使得铜衬垫11上侧能够紧贴待焊工件3的背面。纵向凹槽121的底面设有多个纵向排列的垂直通孔122，既减轻了衬垫座12的重量，便利搬运衬垫装置1，还有利于铜衬垫11的散热，从而进一步保护铜衬垫11。衬垫座12的形状不受限制，本实施例的衬垫座12上部为开有纵向凹槽121的等腰梯形柱，下部为矩形体。为了便于吊运衬垫装置1，在衬垫座12的纵向两端分别向外延伸出起吊凸台123，为保证衬垫装置1的稳定性，在衬垫座12底部两侧分别向外延伸出衬垫座支承底板124。
如图1所示，铜衬垫11嵌入衬垫座12内，铜衬垫11两端分别与衬垫座12两端平齐，在衬垫座12的两端端面上，两块挡板13对称设置；挡板13开有纵向腰形槽131，挡板13一端端头压住铜衬垫11的端面，挡板另一端用两个紧固螺钉14穿过纵向腰形槽131，将挡板13固定在衬垫座12端面上，挡板13将铜衬垫11纵向定位在衬垫座12上。只需松开紧固螺钉14，就能使挡板13顺着紧固螺钉14滑动，从而便于取出或放入铜衬垫11。
垂直设置的水泵21下端固定在储水箱盖板221上，水泵进水管211伸入储水箱22内的液面下，水泵出水管212依次通过进水软管23、进水接头25与铜衬垫11的冷却水流通孔112一端相连，冷却水流通孔112另一端依次通过回水接头26、回水软管24与储水箱2的回水管27相连。
储水箱22内设有将其分隔成冷水区222和热水区223的隔板224，所述隔板224上侧低于液面，冷水区222容积大于热水区223容积，有助于带回电弧热的回收循环水因流动而得到快速冷却，此外储水箱11中隔板224能有效防止循环水中的杂质硬物等吸入水泵21内。
本发明的焊接用循环水冷衬垫装置的使用方法包括以下步骤：
Figure 953610DEST_PATH_IMAGE002
 将衬垫座12底部的衬垫座支承底板124通过4个压紧螺钉4固定在焊接平台5上，并分别松开衬垫座12端面上每块挡板13上的两个紧固螺钉14，然后将每块挡板13各自水平滑动外移，直至两块挡板13的两相对端面移至衬垫座12的纵向凹槽121外。
Figure 174507DEST_PATH_IMAGE004
 根据两块待焊工件坡口31根部间隙W 5的宽窄不同，选择铜衬垫11对应的纵向圆弧成形槽宽度W 1，并将所述纵向圆弧成形槽111朝上的铜衬垫11放入衬垫座12上部的纵向凹槽121内；
Figure 262548DEST_PATH_IMAGE006
 将两块挡板13水平相对滑动内移，直至两块挡板13的两相对端头分别压住铜衬垫11的端面，拧紧每块挡板13上的两个紧固螺钉14，使挡板压紧铜衬垫11的端面；
Figure 529582DEST_PATH_IMAGE008
 将进水接头25与出水接头26分别与铜衬垫11两端的进水口和出水口相接，并将进水接头25通过进水软管23与水泵出水管211相连，出水接头26通过回水软管24与储水箱22的回水管27相连；
 将两块待焊工件坡口31相对地放置在铜衬垫11上侧，并使两块待焊工件坡口的根部间隙中心对准铜衬垫11上侧纵向圆弧成形槽111中心，然后通过分别位于两块待焊工件3外侧四角上侧的压板6、下侧的垫块7，以及穿过压板6且下端固定在焊接平台5上的压紧螺栓螺母组8，将两块待焊工件3的定位固定在衬垫装置1和焊接平台5上，使铜衬垫11上侧紧贴待焊工件3的背面。图1显示了待焊工件3右下角的一整套压板6、垫块7和压紧螺栓螺母组8，待焊工件3其余三个角的压紧与图1所示相同。
Figure 568000DEST_PATH_IMAGE012
 启动水泵21通水冷却铜衬垫11，同时对在两块待焊工件3进行单面焊双面成形焊接；
Figure 826943DEST_PATH_IMAGE014
 当铜衬垫11上侧磨损严重，其上侧的纵向圆弧成形槽111的表面质量下降至无法再次使用时，重复步骤 
Figure 846851DEST_PATH_IMAGE002
 过程，取出铜衬垫11，绕其纵向中心线转动，使得铜衬垫11另一侧面朝上，然后重复从步骤、
Figure 513773DEST_PATH_IMAGE006
 ，即可继续使用铜衬垫11。
    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：包括衬垫装置和循环水冷装置，两块待焊工件坡口相对地固定在衬垫装置上侧，循环水冷装置与衬垫装置连接；所述衬垫装置包括铜衬垫、衬垫座和挡板，所述循环水冷装置包括水泵、储水箱、进水软管和回水软管；所述铜衬垫为长方体，其长方体的横截面为正方形，在长方体纵向的四个面上分别设有下凹的纵向圆弧成形槽，铜衬垫设有纵向贯穿的冷却水流通孔，铜衬垫嵌入衬垫座内，铜衬垫两端分别与衬垫座两端平齐，并通过固定在衬垫座两端的挡板纵向定位；水泵设置在储水箱上，水泵进水管伸入储水箱内的液面下，水泵出水管依次通过进水软管、进水接头与铜衬垫的冷却水流通孔一端相连，冷却水流通孔另一端依次通过出水接头、回水软管与储水箱的回水管相连。
2.如权利要求1所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：长方体的铜衬垫四个侧面上的纵向圆弧成形槽宽度W 1分别与两块待焊工件坡口对接处根部不同的间隙宽度W 5对应，且W 1=W 5+（4～12）mm；圆弧成形槽深度H 1=0.5～5mm。
3.如权利要求1所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：所述衬垫座上侧设有放置铜衬垫的纵向凹槽，所述纵向凹槽的宽度W 2大于铜衬垫宽度a，且 W 2=a+（0.5~2）mm；纵向凹槽的深度H 2小于铜衬垫高度a，且(a+ W 1)/2<H 2<a。
4.如权利要求3所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：所述纵向凹槽的底面设有多个纵向排列的垂直通孔；衬垫座底部两侧分别向外延伸出衬垫座支承底板。
5.如权利要求1所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：在衬垫座的两端端面上，两块挡板对称设置；挡板一端端头压住铜衬垫的端面，挡板另一端用紧固件固定在衬垫座端面上。
6.如权利要求5所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：所述挡板开有纵向腰形槽，两个紧固螺钉穿过纵向腰形槽，将挡板固定在衬垫座端面上。
7.    如权利要求1所述的焊接用循环水冷衬垫装置，其特征在于：所述储水箱内设有将储水箱分隔成冷水区和热水区的隔板，所述隔板上侧低于液面，冷水区容积大于热水区容积，水泵进水管垂直伸入储水箱的冷水区内，储水箱的回水管垂直伸入储水箱的热水区内。
8.一种如权利要求1所述的焊接用循环水冷衬垫装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
Figure 2013105158799100001DEST_PATH_IMAGE001
 将衬垫座通过数个紧固件固定在焊接平台上，并分别松开衬垫座端面上每块挡板上的两个紧固螺钉，然后将每块挡板各自水平滑动外移，直至两块挡板的两相对端面移至衬垫座的纵向凹槽外；
Figure 581529DEST_PATH_IMAGE002
 根据两块待焊工件坡口根部间隙W 5的宽窄不同，选择铜衬垫对应的纵向圆弧成形槽宽度W 1，并将所述纵向圆弧成形槽朝上的铜衬垫放入衬垫座上部的纵向凹槽内；
 将两块挡板水平相对滑动内移，直至两块挡板的两相对端头分别压住铜衬垫的端面，拧紧每块挡板上的两个紧固螺钉，使两块挡板压紧铜衬垫的两端；
Figure 323220DEST_PATH_IMAGE004
 将进水接头与出水接头分别与铜衬垫两端的进水口和出水口相接，并将进水接头通过进水软管与水泵出水管相连，出水接头通过回水软管与储水箱的回水管相连；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
 将两块待焊工件坡口相对地放置在铜衬垫上侧，并使两块待焊工件坡口的根部间隙中心对准铜衬垫上侧纵向圆弧成形槽中心，然后通过分别位于两块待焊工件外侧四角上下侧的压板、垫块，以及穿过压板且下端固定在焊接平台上的压紧螺栓螺母组，将两块待焊工件定位固定在衬垫装置和焊接平台上，使铜衬垫上侧紧贴待焊工件的背面;
 
Figure 583300DEST_PATH_IMAGE006
 启动水泵通水冷却铜衬垫，同时对在两块待焊工件进行单面焊双面成形焊接；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
 当铜衬垫上侧磨损严重，其上侧的纵向圆弧成形槽的表面质量下降至无法再次使用时，重复步骤 
Figure 68639DEST_PATH_IMAGE001
 过程，取出铜衬垫，绕其纵向中心线转动，使得铜衬垫另一侧面朝上，然后重复从步骤
Figure 832196DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 869422DEST_PATH_IMAGE003
 ，即可继续使用铜衬垫。
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Application publication date: 20140219

Assignee: JIANGSU ZHENJI MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd.

Assignor: SINO-FOREIGN JOINT VENTURE WORLD HEAVY INDUSTRY (CHINA) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023320000082

Denomination of invention: Circulating water-cooled backing device and use method for welding

Granted publication date: 20160224

License type: Common License

Record date: 20230206