CN109202344A - 一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法，其中夹具包括：套管，堵头，防护套筒，转台，三爪和尾顶，本发明在管头部分设计了带开口、可夹紧的套管结构，在管杆尾端设计了带尾顶孔的周向与端面定位的堵头，将套管、堵头装配在待焊接的管件的两侧，可实现转台三爪夹紧，尾顶顶紧的焊接装配，保护了零件结构外表面，保证了零件的轴向和端面的定位装配。在管杆内部设计了防护套筒结构，可实现防护位置的调整，吸收穿透束流多余能量，避免了内管壁的烧损，可满足不同长度的管杆的焊接。在套管与三爪的配合位置设计了辅助连接结构，为垫片提供了装配位置，实现了对零件装配和焊接收缩量的调整，降低了焊接应力变形所造成的焊接质量问题。

Description

一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法

技术领域

本发明涉及焊接工装夹具技术领域，特别是涉及一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法。

背景技术

在工程实践中经常涉及管杆结构的制造，用于拉载、定位及调整其它部件结构，属于重要结构。特别是一端封闭、一端开放的长管杆结构，通常内腔直径在100mm以内、长度在1100～1300mm；由于这类结构半封闭、管径小以及径深长，很难实现内孔的机械加工。通常采用分段加工后组合拼焊方式制造。对于这类半封闭管杆的自动焊接，工装夹具设计及定位装配至关重要。

由于半封闭管杆结构管径小、径深长，对于自动焊接方法，无法采用轴杆和两端法兰的夹持、锁紧装配的方式。因此，管杆焊接位置两侧的定位、装配、夹紧以及焊接收缩量调整等，均成为其焊接制造的难点和问题。

目前，对于两端开放的管杆结构的焊接夹具及装配如图1所示。杆1两端通过端面法兰2定位；然后通过夹具轴3穿过两侧的端面法兰2，采用弹簧垫环4、螺母5锁紧轴3与端面法兰，完成杆1的装配。装配后通过三爪夹持锁紧轴一端，另一端通过尾顶结构顶紧，实现焊前零件的同心定位、预紧、装配。

对于一端封闭的管杆结构，如图2所述，通常在管头6和管杆7之间设计一条对接焊缝；封闭端在管头6侧，外端带有连接耳片；另一端管杆7管径开放。因此，通过现有焊接夹具、装配存在如下问题：

1） 锁紧轴无法通过管杆两端实现锁紧装配，无法实现对多余穿透束流等能量的吸收和零件内表面的防护。

2）管头的封闭端一般为非规则结构，无法装配端面法兰夹具结构。

3）对于焊接装配，用于调整收缩量的弹簧垫环夹具无法固定装配，影响焊前尺寸精度调整以及焊接过程中收缩变形。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一套适用于半封闭管杆结构的焊接夹具，既实现管杆结构定位、夹紧及装配，又保证焊接收缩量的调整，具有重要的工程应用价值和意义。

本发明提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具，用于半封闭管杆类结构的管头和管杆的焊接，包括：套管，堵头，防护套筒，转台，三爪和尾顶；所述套管为具有开口的圆筒状，其内径与所述管头的直径相匹配，无相对滑动地套接在所述管头上；所述堵头为圆片状，所述堵头具有与所述管杆的开口相匹配的凸台，并通过所述凸台装配在所述管杆的远离管头一侧开口处，所述堵头的中心朝向所述管杆向内一侧设置有螺杆，所述堵头的中心朝向所述管杆向外一侧设置有尾顶孔；所述防护套筒为长杆状，连接在所述螺杆上且向所述管杆内延伸至超过所述管头和管杆的连接位置，所述尾顶连接在所述尾顶孔上，所述转台通过所述三爪连接在所述套管上。

可选地，所述堵头上还设置有放气孔。

可选地，所述套管和三爪连接的位置中间还设置有辅助连接结构，所述辅助连接结构靠近所述套管一侧具有与所述套管的直径相匹配的环形槽，所述环形槽内装配垫片，所述垫片垫在所述管头的末端。

可选地，所述螺杆的长度为100mm～200mm，所述防护套筒上与所述螺杆相配合位置的螺纹分布长度为100mm～200mm。

本发明还提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具的装配方法，包括：将套管从开口处胀开，套接在管头上，并实现过盈配合；根据管杆的长度，将防护套筒旋入装配到堵头的螺杆上，保证防护套筒的伸入长度超过焊接位置，并通过堵头的凸台将堵头装配到管杆上，在堵头的尾顶孔上装配尾顶；将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配；调整使尾顶与三爪同心，通过尾顶顶紧堵头，实现管头和管杆的对接；在管头和管杆的对接位置的两侧，采用百分表测量管杆装配的径向跳动，相应调整两侧的装配角度，调整完成后，锁紧三爪和尾顶，完成零件装配，准备焊接。

进一步地，所述将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配步骤，还包括在三爪上装配辅助连接结构和弹簧垫片，然后将管头装配在垫片的后部。

本发明提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法，在管头部分设计了带开口、可夹紧的套管结构，在管杆尾端设计了带尾顶孔、放气孔的周向与端面定位的堵头，将套管、堵头装配在待焊接管件的两侧，可实现转台三爪夹紧、尾顶顶紧的焊接装配，保护了零件结构外表面，保证了零件的轴向和端面的定位装配。在管杆内部设计了防护套筒结构，通过螺杆装配到堵头上，可实现防护位置的调整，用于吸收穿透束流多余能量，避免了内管壁的烧损，可满足不同长度的管杆的焊接。在套管与三爪的配合位置设计了辅助连接结构，为弹性垫片提供了装配位置，实现了零件装配和焊接收缩量的调整，降低了焊接应力变形所造成的焊接质量问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明现有技术中两端开放的管杆结构的焊接夹具及装配图；

图2为本发明一端封闭的管杆结构的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种套管的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种堵头的结构示意图；

图5为本发明实施例的一种防护套筒的结构示意图；

图6为本发明实施例的一种辅助连接结构的结构示意图；

图7为本发明实施例的一种垫片的安装结构示意图；

图8为本发明实施例的一种半封闭管杆类结构焊接夹具的结构示意图；

图9为本发明实施例的一种半封闭管杆类结构焊接夹具的装配方法的流程图。

附图中标记为：

1杆

2 端面法兰

3锁紧轴

4 弹簧垫环

5 螺母

6 管头

7 管杆

8 套管

9 堵头

10 放气孔

11 尾顶孔

12 凸台

13 螺杆

14 防护套筒

15 辅助连接结构

16 环形槽

17 垫片

18 转台

19 三爪

20 尾顶。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具，用于半封闭管杆类结构的管头6和管杆7的焊接，如图8所示，包括：套管8，堵头9，防护套筒14，转台18，三爪19和尾顶20。如图3所示，所述套管8为具有开口的圆筒状，其内径与所述管头6的直径相匹配，无相对滑动地套接在所述管头6上。如图4所示，所述堵头9为圆片状，所述堵头9具有与所述管杆7的开口相匹配的凸台12，并通过所述凸台12装配在所述管杆7的远离管头6一侧开口处，所述堵头9的中心朝向所述管杆7向内一侧设置有螺杆13，所述堵头9的中心朝向所述管杆7向外一侧设置有尾顶孔11。如图5所示，所述防护套筒14为长杆状，连接在所述螺杆13上且向所述管杆7内延伸至超过所述管头6和管杆7的连接位置，此处的连接位置即为待焊接的位置。所述尾顶20连接在所述尾顶孔11上，所述转台18通过所述三爪19连接在所述套管8上。优选地，所述堵头9上还设置有放气孔10，所述气孔既在焊接过程中起到了放气作用，又可减轻堵头的重量。本发明设计了带开口、可夹紧的套管结构，设计了带尾顶孔、放气孔的周向与端面定位的堵头，实现了管头和管杆的对接，转台三爪夹紧、尾顶顶紧装配，保护了零件结构外表面，保证了零件的轴向和端面的定位装配。同时还设计了管杆零件内径防护套筒结构，通过螺杆装配可实现防护位置的调整，用于吸收穿透束流等多余能量，避免了内管壁的烧损，可满足不同长度的管杆类零件的焊接。

在本发明实施例的一个方面，所述套管8和三爪19连接的位置中间还设置有辅助连接结构15，所述辅助连接结构15靠近所述套管8一侧具有与所述套管8的直径相匹配的环形槽16，所述环形槽16内装配垫片17，所述垫片17垫在所述管头的末端。所述垫片具有弹性，设置在辅助连接结构与管头配合的位置处，可以对管杆和管头的装配和焊接收缩量的调整，降低了焊接应力变形所造成的焊接质量问题。

在本发明实施例的一个方面，所述螺杆13的长度为100mm～200mm，所述防护套筒14上与所述螺杆相配合位置的螺纹分布长度为100mm～200mm。本发明要求装置在工作时，防护套筒在管杆中要伸入到管杆和管头的连接位置，即焊接点处，优选地，防护套筒要超过焊接点位置5mm以上，而且不能触及管头的底部。这种螺杆和防护套筒中螺纹长度的设计，可以有效提高防护套筒在管杆中的伸缩性，通过防护套筒与螺杆的螺纹连接实现防护套筒在较大范围内的伸缩，满足不同长度的管杆零件的焊接。

本发明还提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具的装配方法，如图9所示，包括：

步骤S10，将套管从开口处胀开，套接在管头上，并实现过盈配合；套管作为转台三爪夹持装配的位置，既保证了装配的同轴度，又防护了管杆头。

步骤S20，根据管杆的长度，将防护套筒旋入装配到堵头的螺杆上，保证防护套筒的伸入长度超过焊接位置，并通过堵头的凸台将堵头装配到管杆上，在堵头的尾顶孔上装配尾顶；

步骤S30，将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配；

步骤S40，调整使尾顶与三爪同心，通过尾顶顶紧堵头，实现管头和管杆的对接；

步骤S50，在管头和管杆的对接位置的两侧，采用百分表测量管杆装配的径向跳动，相应调整两侧的装配角度，调整完成后，锁紧三爪和尾顶，完成零件装配，准备焊接。

进一步地，所述将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配步骤，还包括在三爪上装配辅助连接结构和弹簧垫片，然后将管头装配在垫片的后部。所述垫片具有弹性，设置在辅助连接结构与管头配合的位置处，可以对管杆和管头的装配和焊接收缩量的调整，降低了焊接应力变形所造成的焊接质量问题。

在本发明的一个具体实施例中，以壁厚3mm、外径70mm，总长度1300mm的不锈钢管杆零件作为实施例，针对半封闭的管头6（长度150mm）与管杆7（1150mm）对接，具体的实现过程为：

一、部件确定阶段：

（1）根据封闭的管头6，确定焊接夹持部件，如图3所示。套管8与管头6同轴，其内径尺寸为69.8mm，壁厚为3mm，开口槽宽度3mm，用于管头保护、三爪夹紧定位，其材料为不锈钢。

（2）根据开放的管杆7，确定堵头，如图4所示。所述堵头9的凸台12高度5mm，壁厚4mm，放气孔10直径8mm，内部连接螺杆13直径20mm、长度200mm，用于管杆的端面及周向定位，材料为不锈钢。

（3）根据管杆7的长度确定防护套筒14，如图5所示。防护套筒14外径30mm，总长度为1140mm；其内孔螺纹的直径与螺杆13相匹配，长度为200mm；用于焊接过程的防护，材料为不锈钢。

（4）确定垫片17的辅助连接结构15，如图6所示，环形槽16的内径71mm，壁厚2mm，环形槽的四周凸台高5mm，采用不锈钢材料，为弹性的垫片17提供了装配位置。其中，垫片17为外径70mm，厚度3mm的铜质弹簧,可实现对管杆结构装配和焊接收缩量的调整，如图7所示。

二、装配阶段：

（5）采用螺丝刀将套管8从开口处胀开，将管头6夹紧过盈装配进套管8内部。

（6）将防护套筒14内孔螺纹端旋入装配到堵头9的螺杆13上，保证防护套筒14超过焊接位置5mm；将管杆7装配到堵头9的凸台12上，实现管杆7的端面和内径周向定位装配，如图8所示。

（7）在转台18的三爪19上装配辅助连接结构15及垫片17，然后将步骤（5）中管头6配合在垫片17后部，采用三爪19夹紧套管8，实现管头6的定位装配，如图8所示。

（8）调整设备尾顶20与三爪19同心，对接装配步骤（6）中的管杆7，通过尾顶20顶紧堵头9，实现零件的装配，如图8所示。

（9）采用百分表测量对接位置附近的径向跳动，调整装配角度，保证对接间隙小于0.1mm、阶差小于0.1mm，锁紧三爪19和尾顶20，完成零件装配，准备焊接。

（10）针对管头6与管杆7对接位置进行电子束焊接，焊接质量满足航标Ⅰ级标准。

本发明提供了一种半封闭管杆类结构焊接夹具及其装配方法，在管头部分设计了带开口、可夹紧的套管结构，在管杆尾端设计了带尾顶孔、放气孔的周向与端面定位的堵头，将套管、堵头装配在待焊接管件的两侧，可实现转台三爪夹紧、尾顶顶紧的焊接装配，保护了零件结构外表面，保证了零件的轴向和端面的定位装配。在管杆内部设计了防护套筒结构，通过螺杆装配到堵头上，可实现防护位置的调整，用于吸收穿透束流多余能量，避免了内管壁的烧损，可满足不同长度的管杆的焊接。在套管与三爪的配合位置设计了辅助连接结构，为弹性垫片提供了装配位置，实现了零件装配和焊接收缩量的调整，降低了焊接应力变形所造成的焊接质量问题。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种半封闭管杆类结构焊接夹具，用于半封闭管杆类结构的管头和管杆的焊接，其特征在于，包括：

套管，堵头，防护套筒，转台，三爪和尾顶；

所述套管为具有开口的圆筒状，其内径与所述管头的直径相匹配，无相对滑动地套接在所述管头上；所述堵头为圆片状，所述堵头具有与所述管杆的开口相匹配的凸台，并通过所述凸台装配在所述管杆的远离管头一侧开口处，所述堵头的中心朝向所述管杆向内一侧设置有螺杆，所述堵头的中心朝向所述管杆向外一侧设置有尾顶孔；所述防护套筒为长杆状，连接在所述螺杆上且向所述管杆内延伸至超过所述管头和管杆的连接位置，所述尾顶连接在所述尾顶孔上，所述转台通过所述三爪连接在所述套管上。

2.如权利要求1所述的一种半封闭管杆类结构焊接夹具，其特征在于，所述堵头上还设置有放气孔。

3.如权利要求1所述的一种半封闭管杆类结构焊接夹具，其特征在于，所述套管和三爪连接的位置中间还设置有辅助连接结构，所述辅助连接结构靠近所述套管一侧具有与所述套管的直径相匹配的环形槽，所述环形槽内装配垫片，所述垫片垫在所述管头的末端。

4.如权利要求1所述的一种半封闭管杆类结构焊接夹具，其特征在于，所述螺杆的长度为100mm～200mm，所述防护套筒上与所述螺杆相配合位置的螺纹分布长度为100mm～200mm。

5.一种半封闭管杆类结构焊接夹具的装配方法，其特征在于，包括：

将套管从开口处胀开，套接在管头上，并实现过盈配合；

根据管杆的长度，将防护套筒旋入装配到堵头的螺杆上，保证防护套筒的伸入长度超过焊接位置，并通过堵头的凸台将堵头装配到管杆上，在堵头的尾顶孔上装配尾顶；

将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配；

调整使尾顶与三爪同心，通过尾顶顶紧堵头，实现管头和管杆的对接；

在管头和管杆的对接位置的两侧，采用百分表测量管杆装配的径向跳动，相应调整两侧的装配角度，调整完成后，锁紧三爪和尾顶，完成零件装配，准备焊接。

6.如权利要求4所述的一种半封闭管杆类结构焊接夹具的装配方法，其特征在于，所述将三爪安装在转台上，通过三爪夹紧套管，实现管头的定位装配步骤，还包括：

在三爪上装配辅助连接结构和弹簧垫片，然后将管头装配在垫片的后部。