CN109434348A - 大型设备支撑端盖板反变形工装及反变形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种大型设备支撑端盖板反变形工装及反变形工艺，工装包括焊接变位机、压紧组件以及反变形凸台，焊接变位机包括设备基座、法兰盘以及变位机构，法兰盘借助变位机构可活动地设置于、设备基座上，反变形凸台设置于法兰盘上，反变形凸台与待焊接盖板相匹配，待焊接盖板借助压紧组件紧密固定于法兰盘的上端面。工艺包括焊前准备步骤、预焊接步骤、加工件固定步骤、焊接步骤以及检测步骤。本发明的工装结构简单、使用方便。工装在使用时，能够使盖板内的法兰在焊接前产生预变形，当焊接完成后，焊接热收缩变形与之前的预变形抵消，从而改善了盖板焊接变形的问题。同时，本发明的工艺步骤明晰，进一步确保了反变形的效果。

Description

大型设备支撑端盖板反变形工装及反变形工艺

技术领域

本发明涉及一种反变形工装及反变形工艺，具体而言，涉及一种大型设备支撑端盖板反变形工装及应用该工装的反变形工艺，属于机加工零部件处理技术领域。

背景技术

设备支撑端盖板，业内又称之为封头，是各类大型设备中必不可少的重要部件。以医疗领域内所使用的核磁共振成像设备为例，在该设备的组装制造过程中需要使用到大型低温超导真空容器的支撑端盖板。

在实际的加工过程中，这种大型盖板极易在焊接过程中产生焊接变形的现象。所谓的焊接变形是指在焊接过程中被焊工件由于受到不均匀温度场的作用而产生形状、尺寸变化的现象。焊接变形对部件结构的安装精度有很大影响，过大的变形将显著降低部件结构的承载能力。如果产品的规格较小，那么在焊接变形后还可以通过一些简易的技术手段对变形进行控制和矫正。但对于上述种类的大型盖板而言，因其焊接工作量大、刚性固定作用不明显，焊接变形现象也更为严重，这些变形将直接影响盖板的形状误差及后续容器的组焊和使用，尤其是盖板平面度变形超差，焊后的机械矫正及火焰矫正均达不到理想效果且费时费力。

综上所述，如何提出一种针对于这类大型设备支撑端盖板的反变形工装及相应的反变形工艺，有效地克服现有技术中存在的诸多问题、保证盖板的加工效果，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种大型设备支撑端盖板反变形工装，包括焊接变位机以及压紧组件，还包括反变形凸台，所述焊接变位机包括设备基座、法兰盘以及变位机构，所述法兰盘借助所述变位机构可活动地设置于所述设备基座上，所述反变形凸台设置于所述法兰盘上，所述反变形凸台与待焊接盖板相匹配，所述待焊接盖板借助压紧组件紧密固定于所述法兰盘的上端面。

优选地，所述变位机构包括至少一块定位板，所述定位板可旋转地与设备基座相连接，所述定位板的上端与所述法兰盘的下端面活动连接，所述法兰盘可相对于所述定位板转动，所述定位板两侧表面所在的平面均与水平面相垂直，所述定位板的外周侧边缘位置开设有驱动齿。

优选地，所述变位机构还包括驱动组件，所述驱动组件包括步进电机及驱动齿轮，所述步进电机固定设置于设备基座上，所述驱动齿轮固定设置于所述步进电机的输出轴上，所述驱动齿轮与所述定位板外周侧边缘位置的驱动齿相啮合。

优选地，在所述变位机构的驱动下，所述法兰盘可完成其相对于水平面的倾斜运动，所述法兰盘的倾斜范围为0~110°。

优选地，所述法兰盘的中心位置处开设有下陷的圆形凹槽，所述反变形凸台置于所述圆形凹槽内，所述反变形凸台下端的形状、规格均与所述圆形凹槽的形状、规格一一匹配对应。

优选地，所述圆形凹槽的下陷深度为50mm~80mm，所述圆形凹槽的直径为800mm~1500mm。

优选地，所述待焊接盖板的中心位置设置有盖板法兰子件，所述反变形凸台上端的形状、规格均与所述盖板法兰子件的形状、规格一一匹配对应。

优选地，所述压紧组件包括多个压紧锁扣及多个锁扣槽，所述压紧锁扣与所述锁扣槽二者的数量相等且一一匹配，多个所述锁扣槽等距设置于所述法兰盘的外周侧边缘位置，所述压紧锁扣可拆卸地与所述锁扣槽相连接，在所述压紧锁扣与所述锁扣槽的配合作用下、所述待焊接盖板与所述法兰盘紧密贴合。

本发明还揭示了一种大型设备支撑端盖板反变形工艺，包括如下步骤：

S1、焊前准备步骤，检查焊接设备及焊接变位机，对待焊接盖板以及盖板法兰子件进行打磨，打磨范围为待焊接盖板及盖板法兰子件上的待焊接处及其周围20mm范围区域；

S2、预焊接步骤，将待焊接盖板以及盖板法兰子件进行结合，并对结合位置进行预焊接；

S3、加工件固定步骤，将已完成预焊接的待焊接盖板放置于焊接变位机上法兰盘的中心位置，安装压紧组件，使待焊接盖板与法兰盘紧密贴合固定、盖板法兰子件与焊接变位机上反变形凸台对准定位；

S4、焊接步骤，对待焊接盖板于盖板法兰子件进行焊接，焊接过程中控制通过控制焊接变位机上驱动组件调整法兰盘的倾斜角度、使待焊接盖板上的焊缝始终保持平焊位置，待焊接盖板一侧的焊接加工完成后进行随即进行冷却，冷却完毕后将待焊接盖板从法兰盘上取下、调换一侧并再次安装于法兰盘上，随后完成待焊接盖板另一侧的焊接加工及冷却；

S5、检测步骤，将结束焊接并完成冷却的盖板成品从法兰盘上取下，并对盖板成品进行检测，检测项目包括平面度检测、焊缝外观检测以及焊缝表面渗透检测。

优选地，S2所述预焊接步骤中，焊接方式为TIG定位焊接；S4所述焊接步骤中，焊接方式为TIG摇摆焊。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

本发明中的反变形工装结构简单、设计紧凑、使用方便。工装在使用时，能够使盖板内的法兰在焊接前产生预变形，当焊接完成后，焊接热收缩变形与之前的预变形抵消，从而将盖板整体的平面度控制在5mm以内，改善了盖板焊接变形的问题。

同时，本发明中的反变形工艺操作简单、步骤明晰，进一步确保了反变形的效果。工艺中的各项参数、焊接顺序及焊接手法等，都通过了有效性验证，在保证成形焊缝具备良好致密性的同时保证了成形表面的美观、无缺陷，最大限度上提高了加工成品的良品率。

此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他反变形工装、工艺的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。

总体而言，本发明所提出的一种大型设备支撑端盖板反变形工装及应用该工装的反变形工艺，使用效果优异，具有很高的使用及推广价值。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明中反变形工装的结构示意图；

其中：1、焊接变位机；11、设备基座；12、法兰盘；13、定位板；2、反变形凸台；31、压紧锁扣；32、锁扣槽。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出了一种大型设备支撑端盖板反变形工装，包括焊接变位机1以及压紧组件，还包括反变形凸台2，所述焊接变位机1包括设备基座11、法兰盘12以及变位机构，所述法兰盘12借助所述变位机构可活动地设置于所述设备基座11上，所述反变形凸台2设置于所述法兰盘12上，所述反变形凸台2与待焊接盖板相匹配，所述待焊接盖板借助压紧组件紧密固定于所述法兰盘12的上端面。

所述变位机构包括至少一块定位板13，在本实施例中，所述变位机构包括两块半圆形定位板13，所述定位板13可旋转地与设备基座11相连接，所述定位板13的上端与所述法兰盘12的下端面活动连接，所述法兰盘12可相对于所述定位板13转动，所述定位板13两侧表面所在的平面均与水平面相垂直，所述定位板13的外周侧边缘位置开设有驱动齿。

所述变位机构还包括驱动组件（图中未示出），所述驱动组件包括步进电机及驱动齿轮，所述步进电机固定设置于设备基座11上，所述驱动齿轮固定设置于所述步进电机的输出轴上，所述驱动齿轮与所述定位板13外周侧边缘位置的驱动齿相啮合。

在所述变位机构的驱动下，所述法兰盘12可完成其相对于水平面的倾斜运动，所述法兰盘12的倾斜范围为0~110°。

所述法兰盘12的中心位置处开设有下陷的圆形凹槽，所述反变形凸台2置于所述圆形凹槽内，所述反变形凸台2下端的形状、规格均与所述圆形凹槽的形状、规格一一匹配对应。

所述圆形凹槽的下陷深度为50mm~80mm，所述圆形凹槽的直径为800mm~1500mm。在本实施例中，所述圆形凹槽的下陷深度为66mm，所述圆形凹槽的直径为1090mm。

所述待焊接盖板的中心位置设置有盖板法兰子件，所述反变形凸台2上端的形状、规格均与所述盖板法兰子件的形状、规格一一匹配对应。

所述压紧组件包括多个压紧锁扣31及多个锁扣槽32，所述压紧锁扣31与所述锁扣槽32二者的数量相等且一一匹配，多个所述锁扣槽32等距设置于所述法兰盘12的外周侧边缘位置，所述压紧锁扣31可拆卸地与所述锁扣槽32相连接，在所述压紧锁扣31与所述锁扣槽32的配合作用下、所述待焊接盖板与所述法兰盘12紧密贴合。在本实施例中，所述压紧锁扣31与所述锁扣槽32的数量均为八个，且等距间隔分布。所述压紧锁扣31中所使用的螺栓优选为M20螺栓。

本发明中的反变形工装结构简单、设计紧凑、使用方便。工装在使用时，能够使盖板内的法兰在焊接前产生预变形，当焊接完成后，焊接热收缩变形与之前的预变形抵消，从而将盖板整体的平面度控制在5mm以内，改善了盖板焊接变形的问题。

本发明还揭示了一种大型设备支撑端盖板反变形工艺，包括如下步骤：

S1、焊前准备步骤，检查TIG焊机及焊接变位机1，确认设备工作正常。准备TIG焊丝，优选为AWS A5.9 ER308L Ф2.0及AWS A5.9 ER309L、Ф2.0/Ф2.4，并备好保护气体，即99.99%纯度的Ar。随后对待焊接盖板以及盖板法兰子件进行打磨，打磨范围为待焊接盖板及盖板法兰子件上的待焊接处及其周围20mm范围区域。

S2、预焊接步骤，将待焊接盖板以及盖板法兰子件进行无间隙结合，并对结合位置进行预焊接。在这一步骤中，焊接方式为TIG定位焊接。

具体而言，对待焊接盖板外周圈进行TIG定位焊接，焊丝选用AWS A5.9、ER309L、Ф2.0，对准拼接处6点位置进行焊接，焊接电流210~230A，焊接电压11~15V；气流量10~15L/min。对待焊接盖板的内周圈进行焊接时，焊丝选用AWS A5.9、ER308L、Ф2.0，焊接电流270~280A，焊接电压12~14V，直流正接，气流量10~15L/min。焊道长度10～25mm，间距要求为100～250mm。

S3、加工件固定步骤，将已完成预焊接的待焊接盖板放置于焊接变位机1上法兰盘12的中心位置，安装压紧组件，使待焊接盖板与法兰盘12紧密贴合固定、盖板法兰子件与焊接变位机1上反变形凸台2对准定位。

S4、焊接步骤，对待焊接盖板于盖板法兰子件进行焊接，焊接过程中控制通过控制焊接变位机1上驱动组件调整法兰盘12的倾斜角度、使待焊接盖板上的焊缝始终保持平焊位置，待焊接盖板一侧的焊接加工完成后进行随即进行冷却，冷却完毕后将待焊接盖板从法兰盘12上取下、调换一侧并再次安装于法兰盘12上，随后完成待焊接盖板另一侧的焊接加工及冷却。在这一步骤中，焊接方式为TIG摇摆焊。

具体而言，对待焊接盖板周圈进行打底焊TIG摇摆焊，焊丝选用AWS A5.9、ER309L、Ф2.0，电流210~230A，电压10~13V。直流正接，气流量为10~15L/min。

随后对待焊接盖板外周圈进行盖面TIG摇摆焊，采用TIG焊，焊前将层间氧化层用不锈钢钢丝刷去除。焊丝选用AWS、A5.9、ER309L、Ф2.4，焊接电流210~230A，焊接电压12~15V。直流正接，气流量为10~15L/min。

此焊缝有气密性要求，需特别注意，用不锈钢钢丝刷进行层间清理，层间温度控制在180℃以内，摇摆钨针不得触及母材。

调整并再次安装后，对待焊接盖板内周圈进行焊接，采用TIG摇摆两层焊。焊丝AWSA5.9、ER308L、Ф2.0，打底层焊接电流270~280A，焊接电压12~14V，盖面层焊接电流220~240A，焊接电压12~14V。直流正接，气流量为8~12L/min。同样的，此焊缝有气密性要求，注意事项同上所述。

S5、检测步骤，将结束焊接并完成冷却的盖板成品从法兰盘12上取下，并对盖板成品进行检测，检测项目包括平面度检测、焊缝外观检测以及焊缝表面渗透检测。在本实施例中，要求机加工前平面度控制在5mm以内。

本发明中的反变形工艺操作简单、步骤明晰，进一步确保了反变形的效果。工艺中的各项参数、焊接顺序及焊接手法等，都通过了有效性验证，在保证成形焊缝具备良好致密性的同时保证了成形表面的美观、无缺陷，最大限度上提高了加工成品的良品率。

总体而言，本发明所提出的一种大型设备支撑端盖板反变形工装及应用该工装的反变形工艺，使用效果优异，具有很高的使用价值。此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他反变形工装、工艺的技术方案中，具有很高的推广价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种大型设备支撑端盖板反变形工装，包括焊接变位机（1）以及压紧组件，其特征在于：还包括反变形凸台（2），所述焊接变位机（1）包括设备基座（11）、法兰盘（12）以及变位机构，所述法兰盘（12）借助所述变位机构可活动地设置于所述设备基座（11）上，所述反变形凸台（2）设置于所述法兰盘（12）上，所述反变形凸台（2）与待焊接盖板相匹配，所述待焊接盖板借助压紧组件紧密固定于所述法兰盘（12）的上端面。

2.根据权利要求1所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述变位机构包括至少一块定位板（13），所述定位板（13）可旋转地与设备基座（11）相连接，所述定位板（13）的上端与所述法兰盘（12）的下端面活动连接，所述法兰盘（12）可相对于所述定位板（13）进行转动，所述定位板（13）两侧表面所在的平面均与水平面相垂直，所述定位板（13）的外周侧边缘位置开设有驱动齿。

3.根据权利要求2所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述变位机构还包括驱动组件，所述驱动组件包括步进电机及驱动齿轮，所述步进电机固定设置于设备基座（11）上，所述驱动齿轮固定设置于所述步进电机的输出轴上，所述驱动齿轮与所述定位板（13）外周侧边缘位置的驱动齿相啮合。

4.根据权利要求1所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于： 在所述变位机构的驱动下，所述法兰盘（12）可完成其相对于水平面的倾斜运动，所述法兰盘（12）的倾斜范围为0~110°。

5.根据权利要求1所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述法兰盘（12）的中心位置处开设有下陷的圆形凹槽，所述反变形凸台（2）置于所述圆形凹槽内，所述反变形凸台（2）下端的形状、规格均与所述圆形凹槽的形状、规格一一匹配对应。

6.根据权利要求5所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述圆形凹槽的下陷深度为50mm~80mm，所述圆形凹槽的直径为800mm~1500mm。

7.根据权利要求1所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述待焊接盖板的中心位置设置有盖板法兰子件，所述反变形凸台（2）上端的形状、规格均与所述盖板法兰子件的形状、规格一一匹配对应。

8.根据权利要求1所述的大型设备支撑端盖板反变形工装，其特征在于：所述压紧组件包括多个压紧锁扣（31）及多个锁扣槽（32），所述压紧锁扣（31）与所述锁扣槽（32）二者的数量相等且一一匹配，多个所述锁扣槽（32）等距设置于所述法兰盘（12）的外周侧边缘位置，所述压紧锁扣（31）可拆卸地与所述锁扣槽（32）相连接，在所述压紧锁扣（31）与所述锁扣槽（32）的配合作用下、所述待焊接盖板与所述法兰盘（12）紧密贴合。

9.大型设备支撑端盖板反变形工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、焊前准备步骤，检查焊接设备及焊接变位机（1），对待焊接盖板以及盖板法兰子件进行打磨，打磨范围为待焊接盖板及盖板法兰子件上的待焊接处及其周围20mm范围区域；

S2、预焊接步骤，将待焊接盖板以及盖板法兰子件进行结合，并对结合位置进行预焊接；

S3、加工件固定步骤，将已完成预焊接的待焊接盖板放置于焊接变位机（1）上法兰盘（12）的中心位置，安装压紧组件，使待焊接盖板与法兰盘（12）紧密贴合固定、盖板法兰子件与焊接变位机（1）上反变形凸台（2）对准定位；

S4、焊接步骤，对待焊接盖板于盖板法兰子件进行焊接，焊接过程中控制通过控制焊接变位机（1）上驱动组件调整法兰盘（12）的倾斜角度、使待焊接盖板上的焊缝始终保持平焊位置，待焊接盖板一侧的焊接加工完成后进行随即进行冷却，冷却完毕后将待焊接盖板从法兰盘（12）上取下、调换一侧并再次安装于法兰盘（12）上，随后完成待焊接盖板另一侧的焊接加工及冷却；

S5、检测步骤，将结束焊接并完成冷却的盖板成品从法兰盘（12）上取下，并对盖板成品进行检测，检测项目包括平面度检测、焊缝外观检测以及焊缝表面渗透检测。

10.根据权利要求9所述的大型设备支撑端盖板反变形工艺，其特征在于：S2所述预焊接步骤中，焊接方式为TIG定位焊接；S4所述焊接步骤中，焊接方式为TIG摇摆焊。