CN112122890A - 一种v型坡口焊缝成型工装及其衬垫制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种V型坡口焊缝成型工装及其衬垫制备方法，属于焊缝成型领域。该工装包括压紧装置、连接装置和柔性衬垫；所述压紧装置包括压板和压紧组件；所述压板两侧分别设有一个压块，所述压块上沿压板的长度方向设有贯穿的螺丝槽，所述压紧组件用于将压板固定在待焊接工件上；所述柔性衬垫为矩形长条结构，其上端表面包覆有金属条；所述连接装置包括一对固定环和一对调节螺栓；所述固定环分别设置在柔性衬垫的两端；所述调节螺栓前端为锥形结构，其穿过螺丝槽并伸入固定环内，其能够将柔性衬垫快速精确地固定在V型坡口中，操作使用极其方便。该方法用于制备工装中的柔性衬垫，制备出的柔性衬垫有效地提高了V型坡口的焊接效率。

Description

一种V型坡口焊缝成型工装及其衬垫制备方法

技术领域

本发明属于焊缝成型技术领域，更具体地说，涉及一种V型坡口焊缝成型工装及其衬垫制备方法。

背景技术

现有技术中，主要采用陶瓷衬垫成型法和水冷铜垫板成型法来解决焊缝成型的问题，然而，实际使用时，这两种焊缝成型方法均存在很多不足之处。其中，陶瓷衬垫成型法的陶瓷材料容易受损，重复利用率不高，同时陶瓷衬垫为刚性衬垫，对焊接接头的装配要求很高，且难以应用于筒体环缝的焊缝过程中。水冷铜垫板成型法则存在着制造成本高，对于焊缝状态的适应性差，同时也存在和陶瓷垫板成型一样的难以应用于刚性衬垫曲面(筒体环缝)焊缝和对焊接接头的装配要求很高的不足。

如中国专利申请号为：CN201710994770.6，公开日为：2018年1月9日的专利文献，公开了一种陶瓷衬垫用于钢箱桥对接焊缝的施工方法，目的是提高焊接效率且绿色环保。包括以下步骤：1)焊接坡口的处理；2)焊接装配；3)粘贴陶瓷衬垫；4)焊接：从引弧板上的坡口内开始，引弧至焊缝中，至熄弧板上进行熄弧，引弧到熄弧的过程应当连续；平焊对接时，焊接速度1325cm/min；立焊对接时，焊接速度923cm/min；横焊对接时，焊接速度2026cm/min。该发明即是采用陶瓷衬垫对V型坡口进行焊接，存在常规陶瓷衬垫进行焊缝成型时的各种问题。

中国专利申请号为：CN201811001121.2，公开日为：2018年8月28日的专利文献，公开了一种FGB法单面埋弧焊衬垫粘贴法，能使柔性衬垫的粘合层与钢板表面贴合平整且紧密，保证柔性衬垫与钢板表面之间的粘合力，避免出现褶皱或气泡等贴合不良的情况，进而避免因柔性衬垫松脱导致焊穿，减少了焊后返修或补焊工作。该方案通过采用柔性衬垫，避免了采用陶瓷和水冷铜等刚性衬垫时的问题，但是其对于柔性衬垫的固定较为简单，容易出现固定强度和精度较低，且在高温焊接时容易脱落的情况。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的焊缝成型装置在进行焊缝成型操作时存在衬垫固定困难、焊接过程容易出错的问题，本发明提供一种V型坡口焊缝成型工装，能够将柔性衬垫快速精确地固定在V型坡口中，操作使用极其方便。

本发明还提供一种上述工装中的衬垫的制备方法，采用独特的制备方法，制备出适合上述工装的V型坡口用焊接衬垫，有效地提高了V型坡口的焊接效率。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种V型坡口焊缝成型工装，包括压紧装置、连接装置和柔性衬垫；

所述压紧装置包括压板和压紧组件；所述压板两侧分别设有一个压块，所述压块上沿压板的长度方向设有贯穿的螺丝槽，所述压紧组件用于将压板固定在待焊接工件上；

所述柔性衬垫为矩形长条结构，其上端表面包覆有金属条；

所述连接装置包括一对固定环和一对调节螺栓；所述固定环分别设置在柔性衬垫的两端；所述调节螺栓前端为锥形结构，其穿过螺丝槽并伸入固定环内。

作为技术方案的进一步改进，所述柔性衬垫采用硅酸铝纤维绳。

作为技术方案的进一步改进，所述压块包括弯曲段和水平段，所述弯曲段的一端与压板的端部固定连接，另一端与水平段相连；所述螺丝槽设置在水平段上。

作为技术方案的进一步改进，所述弯曲段为S型结构。

作为技术方案的进一步改进，所述压块和固定环之间的调节螺栓部分套有锁紧螺母，所述锁紧螺母将调节螺栓与压块连接固定。

作为技术方案的进一步改进，所述压紧组件包括固定板和磁块；所述固定板固定安装在压板上，其两侧下端分别安装一个磁块。

作为技术方案的进一步改进，所述压紧组件还包括固定螺杆；所述压板上沿压板的长度方向开设有活动槽，所述固定板上开设有通孔；所述固定螺杆穿过活动槽和固定板上的通孔后，将其两端通过螺母锁紧。

作为技术方案的进一步改进，所述固定螺杆上端的螺母上设有旋钮。

作为技术方案的进一步改进，所述固定螺杆下端的螺母与活动槽之间设有垫片。

作为技术方案的进一步改进，所述压紧组件还包括把手；所述把手的两侧分别与固定板的两侧铰接连接。

作为技术方案的进一步改进，所述把手两侧的底端分别延伸有一个条形块，所述条形块的端部伸出磁块的端部。

一种衬垫制备方法，用于制备上述技术方案所述的柔性衬垫，其步骤如下：

一、对金属薄板进行冲压加工，在其两侧的边部形成一排尖角结构；

二、对金属薄板的两侧进行折弯，并将尖角打磨尖锐；

三、将金属薄板放置于矩形的柔性衬垫上，压下其两侧折弯部位，使尖角从柔性衬垫的两侧***柔性衬垫内，形成金属条；

四、在金属条的两个端部分别点焊固定环，形成完整的柔性衬垫组件。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明一种V型坡口焊缝成型工装，在压块上沿压板的长度方向设置贯穿的螺丝槽，在柔性衬垫的两端分别设置一个固定环，通过将一对调节螺栓分别旋入两侧的螺丝槽中并使锥形结构逐渐撑紧固定环，使与固定环连接的柔性衬垫向两端拉伸绷紧，完成柔性衬垫与压板的固定连接，接着，再通过压紧组件将压板固定在待焊接工件上，使柔性衬垫处于V型坡口的待焊接一侧的背面缝隙处，完成焊缝焊接前的准备工作，其通过在柔性衬垫上包覆金属条，提高了柔性衬垫的本身强度，使柔性衬垫可以保持矩形结构，从而与V型坡口的背面很好地贴合，且金属条的设置也使得固定环可以方便地安装在柔性衬垫上，另外，该工装对柔性衬垫的固定强度高，通过使用调节螺栓、螺丝槽和与柔性衬垫端部固定一体的固定环来实现柔性衬垫的松紧调节和更换，调节和拆装极为方便，尤其是，该工装在使用过后，其压紧装置可以方便地拆卸并用于下一次的焊缝焊接，大大提高了其利用价值；

(2)本发明一种V型坡口焊缝成型工装，压块为弯曲段和水平段相连的结构，配合柔性衬垫本身的柔性，使得压紧装置能够将柔性衬垫方便地压紧在坡口的待焊接一侧的背部并将缝隙密封，防止底层焊接时金属融化从焊缝背面缝隙流失，且弯曲段使得调节螺栓在对柔性衬垫进行绷紧操作时，因为其本身的弯曲结构可以随着调节螺栓不断旋入压块的螺丝槽而进行适应性的延伸，从而使得对柔性衬垫的松紧度调节极为方便；

(3)本发明一种V型坡口焊缝成型工装，压块和固定环之间的调节螺栓部分套有锁紧螺母，能够在调节螺栓旋至适合的位置后将调节螺栓锁紧在压块上，提高调节螺栓与压紧装置的连接强度，防止工作时出现松动而影响焊接精度，同时维持对柔性衬垫的绷紧强度，提高柔性衬垫的安装稳定性；

(4)本发明一种V型坡口焊缝成型工装，通过固定螺杆和活动槽，工作人员在焊接前能够根据工件的不同情况调节压紧组件在活动槽内的位置，使工装可以顺利地固定在待焊接工件表面，提高焊接效率，进一步地，其在固定螺杆上端的螺母上设有旋钮，在固定螺杆下端的螺母与活动槽之间设有垫片，有效地提高了压紧组件在活动槽上的拆装便捷性，提高调节效率；

(5)本发明一种V型坡口焊缝成型工装，压紧组件还设有把手，使得工作人员能够更加便捷地移动压紧装置，尤其是，其在把手两侧的底端分别延伸有一个条形块且条形块的端部伸出磁块的端部，拆卸时，只需转动把手使条形块的端部与工件表面接触并继续转动，就可以通过杠杆原理将磁块翘起，防止出现磁块与工件表面吸力过大而导致无法将压紧组件从工件上拆下的问题，提高了工装的拆卸效率；

(6)本发明一种衬垫制备方法，根据V型坡口和压紧装置的特性来制备出包覆有金属条的矩形柔性衬垫，能够提高矩形柔性衬垫的强度，位置矩形结构，从而对焊缝背面进行贴合密封，同时金属条的设置也可以方便固定环的安装，其整体制备过程操作简洁，能够制备出单独储藏的成品柔性衬垫组件来配合压紧装置使用，极为方便。

附图说明

图1为成型工装的轴侧图；

图2为成型工装的主视图；

图3为成型工装的侧视图；

图4为成型工装安装在柔性衬垫上的工作示意图；

图5为压紧组件的结构示意图；

图6为柔性衬垫和固定环的主视图；

图7为柔性衬垫和固定环的侧视图；

图8至图11为柔性衬垫的制备过程示意图；

图中：100、压紧装置；110、压板；111、压块；1111、弯曲段；1112、水平段；112、螺丝槽；113、活动槽；120、压紧组件；121、固定板；122、磁块；123、固定螺杆；124、旋钮；125、垫片；126、把手；127、条形块；200、连接装置；210、固定环；220、调节螺栓；230、锁紧螺母；300、柔性衬垫；310、金属条。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1至图3所示，一种V型坡口焊缝成型工装，用于V型坡口的焊接工作，其包括压紧装置100、连接装置200和柔性衬垫300这三个主要部件，通过这三个部件完成对V型坡口的焊缝成型工作。其中，柔性衬垫300采用耐热型纤维结构，且为了能够适应V型坡口的焊缝背面并与其贴合密封，形状一般采用矩形结构，本实施例的柔性衬垫300采用硅酸铝纤维绳。下面主要对压紧装置100和连接装置200的具体结构和工作原理进行详细描述。

压紧装置100包括压板110和压紧组件120。其中，压板110的形状可以根据实际情况进行适应性选择，本实施例中为长方形结构。压板110两侧对称设有两个压块111，压块111包括弯曲段1111和水平段1112，弯曲段1111的一端与压板110的端部固定连接，另一端与水平段1112的其中一端相连。水平段1112上沿压板110的长度方向设有贯穿水平段1112两端的螺丝槽112。该工装在实际工作时，压块111的水平段1112与柔性衬垫300连接并将柔性衬垫300压在焊缝背面，二者之间的具体连接则通过连接装置200实现。由于压块111为弯曲段1111和水平段1112相连的结构，整个压板110呈弓形结构，配合柔性衬垫300本身的矩形结构的平整端面，使得压紧装置100能够将柔性衬垫300方便地压紧在焊缝背面并与工件表面紧密贴合，完成密封，防止底层焊接时金属融化从焊接背面缝隙流失。尤其是，如图6和图7所示，本实施例的柔性衬垫300的上端表面包覆有一层金属条310，其提高了柔性衬垫300的本身强度，使柔性衬垫300可以保持矩形结构，从而与V型坡口的背面很好地贴合，且金属条310的设置也使得连接装置200中的固定环210可以方便地安装在柔性衬垫300上，因为柔性衬垫300本身柔性较高，采用焊接形式很难安装固定环210，包覆金属条310后即可通过点焊安装固定环210，十分方便。

连接装置200主要包括一对固定环210和一对调节螺栓220。如图5所示，其中，一对固定环210对称设置在柔性衬垫300的两个端部，点焊安装在金属条310上端面上，其上设有水平延伸的通孔。安装柔性衬垫300时，调节螺栓220从螺丝槽112靠近压板110中部的一端旋入，从螺丝槽112的另一端旋出并使锥形结构逐渐撑紧固定环210的通孔。由于两个调节螺栓220分别从柔性衬垫300的两端将柔性衬垫300撑紧，因此柔性衬垫300会向两端拉伸并绷紧，完成柔性衬垫300的固定，同时，绷紧的柔性衬垫300的形状也会保持一定强度，更容易填充至V型坡口的焊缝背面，防止焊接时金属熔化从焊接背面缝隙流失。另外，压块111和固定环210之间的调节螺栓220部分还套有锁紧螺母230，当调节螺栓300旋至适合的位置后，能够旋紧锁紧螺母230使调节螺栓220与压块111锁紧固定，提高调节螺栓220与压紧装置100的连接强度，防止工作时出现松动而影响焊接精度，同时维持对柔性衬垫300的绷紧强度，提高柔性衬垫300的安装稳定性。本实施例中，通过调整调节螺栓220在螺丝槽112中的旋入深度即可实现对柔性衬垫300的松紧调节和更换，调节和拆装的操作简单，使用起来十分方便。

值得一提的是，压块111的弯曲段1111能够在调节螺栓220对柔性衬垫300进行绷紧固定时，随着调节螺栓220不断旋入压块111的螺丝槽112而进行适应性的延伸，从而使得对柔性衬垫300的松紧度调节极为方便。本实施例中，弯曲段1111设计成如图1所示的S型结构，使得弯曲段1111能够更好地进行适应性的延伸，压板110整体形状不会发生变形。

如图5所示，压紧组件120主要包括固定板121、磁块122和固定螺杆123这三个部件。其中，固定板121为凹型结构，凹口刚好卡在压板110上，两个伸出端则分别位于压板110的两侧。磁块122具有一对，分别安装在固定板121的两侧的下端面上，通过螺栓与固定板121固定连接。压板110上沿压板110的长度方向开设有贯穿压板110上下端面的条形活动槽113，固定板121上则设有通孔。固定螺杆123穿过活动槽113和固定板121上的通孔后，其两端通过螺母锁紧。通过固定螺杆123和活动槽113，工作人员在焊接前能够根据工件的不同情况调节固定板121在活动槽113内的位置，位置调整好后再通过螺母固定锁紧，从而使工装可以顺利地固定在待焊接工件表面，提高焊接效率。

另外，为了进一步提高压紧组件120在活动槽113上调节位置时的拆装便捷性，本实施例在定螺杆123上端的螺母上设有旋钮124，在固定螺杆123下端的螺母与活动槽113之间设有垫片125。实际安装时，先将固定板121放在活动槽113的相应位置，接着，将固定螺杆123穿过固定板121上的通孔和活动槽113，然后从固定螺杆123的下端套上垫片125，再将一个螺母从固定螺杆123的下端旋上去。最后，从固定螺杆123的上端旋入带有旋钮124的螺母，转动螺母，将固定板121固定在活动槽113上。

除此之外，固定板121上还装有把手126。把手126为半圆或矩形开口结构，其两个端部分别与固定板121的两侧铰接连接。具体的，把手126通过半丝扣螺栓与固定板121铰接，半丝扣螺栓原理螺母的一端为螺纹结构，靠近螺母的部分则不带有螺纹。在把手126的两端开设供半丝扣螺栓穿过的通孔，通孔直径小于螺母直径，将把手126的两端分别套在半丝扣螺栓上后，将半丝扣螺栓的螺纹端旋入固定板121侧面实现固定，把手126则能沿半丝扣螺栓不带螺纹的部分转动。通过设置把手126，工作人员能够更加便捷地移动压紧装置100，提高拆装效率。

尤其是，本实施例在手126两侧的底端分别延伸有一个条形块127，条形块127的端部伸出磁块122的端部。同时，条形块127的底面高度需要稍大于磁块122的底面高度，且条形块127的端部伸出磁块122的长度需大于条形块127的底面高度与磁块122的底面高度的差值。拆卸时，只需转动把手126使条形块127的端部与工件表面接触并继续转动，就可以通过杠杆原理将磁块122翘起，防止出现磁块122与工件表面吸力过大而导致无法将压紧组件120从工件上拆下的问题，提高了工装的拆卸效率。为了防止条形块127在工件表面施压时对工件表面造成损伤，本实施例将条形块127的端部设置为圆弧状结构，从而能够有效地减少其与工件表面的磨损。

本实施例中，压紧组件120设有两个，分别安装在活动槽113的两端。

下面对该工装具体应用于V型坡口焊接时的过程进行具体描述，如图4所示即为焊接时的工作示意图：

步骤一：先根据焊接接头装配间隙选择合适规格尺寸的矩形硅酸铝纤维绳组件(即包括固定环210和金属条310的柔性衬垫300)。

步骤二：将压板110两端的调节螺栓220分别***固定环210并将固定环210的通孔撑紧，再通过锁紧螺母230将调节螺栓220与压块111固定，将硅酸铝纤维绳绷紧。

步骤三：将本工装放置在V型坡口的背面，使矩形硅酸铝纤维绳对准坡口间隙放置并与工件表面贴合。

步骤四：将压紧装置100上的磁块122与坡口两侧钢板吸附在一起，将坡口间隙处的硅酸铝纤维绳压紧，完成对坡口背面间隙的密封。

步骤五：在焊接接头坡口正面进行打底焊，再焊接填充层。

步骤六：待坡口焊接填充到一定坡口深度，通常为坡口的1/2时，之后移开本工装。

步骤七：本工装移开的方法是将把手126转动，利用杠杆原理使把手126下面的条形块127沿着半丝扣螺栓向钢板表面施加压力，将吸附在钢板表面的磁块122撬起，此时就可以轻松移开本工装了。

步骤八：最后焊接坡口内剩余的部分，完成整个焊接接头的焊接。

综上所述，本实施例的一种V型坡口焊缝成型工装，能够将柔性衬垫快速精确地固定在V型坡口中，操作使用极其方便。且该工装易于拆装，能够根据不同尺寸的坡口间隙快速更换适应宽度的柔性衬垫300，适用范围广。且柔性衬垫300的矩形结构的宽度能够设置较宽，从而很好地将V型坡口背面密封，因此该工装对焊接接头装配精度要求不高，可以焊接装配间隙过大的焊缝。

实施例2

一种实施例1中的柔性衬垫300的制备方法，具体过程如下：

一、采用冲床等冲压设备对金属薄板进行冲压加工，在金属薄板两侧的边部形成一排尖角结构，形成如图8所示的结构。

二、接着对金属薄板的两侧进行折弯，将其折弯成如图9所示的结构，并采用角向磨光机将尖角打磨尖锐。

三、如图10所示，将折弯后的金属薄板放置于矩形的柔性衬垫300上，压下其两侧折弯部位，使尖角从柔性衬垫300的两侧***柔性衬垫300内，形成金属条310，最终成型的柔性衬垫300如图11所示。

四、最后在金属条的两个端部分别点焊固定环，形成完整的可以在焊接时快速安装和更换的柔性衬垫300组件。

综上所述，本实施的一种制备方法，采用独特的制备方法，制备出适合实施例1的工装的V型坡口用焊接衬垫，有效地提高了V型坡口的焊接效率。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：包括压紧装置(100)、连接装置(200)和柔性衬垫(300)；

所述压紧装置(100)包括压板(110)和压紧组件(120)；所述压板(110)两侧分别设有一个压块(111)，所述压块(111)上沿压板(110)的长度方向设有贯穿的螺丝槽(112)，所述压紧组件(120)用于将压板(110)固定在待焊接工件上；

所述柔性衬垫(300)为矩形长条结构，其上端表面包覆有金属条(310)；

所述连接装置(200)包括一对固定环(210)和一对调节螺栓(220)；所述固定环(210)分别设置在柔性衬垫(300)的两端；所述调节螺栓(220)前端为锥形结构，其穿过螺丝槽(112)并伸入固定环(210)内。

2.根据权利要求1所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述压块(111)包括弯曲段(1111)和水平段(1112)，所述弯曲段(1111)的一端与压板(110)的端部固定连接，另一端与水平段(1112)相连；所述螺丝槽(112)设置在水平段(1112)上。

3.根据权利要求2所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述压块(111)和固定环(210)之间的调节螺栓(220)部分套有锁紧螺母(230)，所述锁紧螺母(230)将调节螺栓(220)与压块(111)连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述压紧组件(120)包括固定板(121)和磁块(122)；所述固定板(121)固定安装在压板(110)上，其两侧下端分别安装一个磁块(122)。

5.根据权利要求4所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述压紧组件(120)还包括固定螺杆(123)；所述压板(110)上沿压板(110)的长度方向开设有活动槽(113)，所述固定板(121)上开设有通孔；所述固定螺杆(123)穿过活动槽(113)和固定板(121)上的通孔后，将其两端通过螺母锁紧。

6.根据权利要求5所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述固定螺杆(123)上端的螺母上设有旋钮(124)。

7.根据权利要求5所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述固定螺杆(123)下端的螺母与活动槽(113)之间设有垫片(125)。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述压紧组件(120)还包括把手(126)；所述把手(126)的两侧分别与固定板(121)的两侧铰接连接。

9.根据权利要求8所述的一种V型坡口焊缝成型工装，其特征在于：所述把手(126)两侧的底端分别延伸有一个条形块(127)，所述条形块(127)的端部伸出磁块(122)的端部。

10.一种衬垫制备方法，用于制备权利要求1-9中任意一项所述的柔性衬垫(300)，其步骤如下：

一、对金属薄板进行冲压加工，在其两侧的边部形成一排尖角结构；

二、对金属薄板的两侧进行折弯，并将尖角打磨尖锐；

三、将金属薄板放置于矩形的柔性衬垫(300)上，压下其两侧折弯部位，使尖角从柔性衬垫(300)的两侧***柔性衬垫(300)内，形成金属条(310)。

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