CN115488476B - 一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于核聚变技术领域，具体涉及一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法；该装置，包括：定位孔板、固定支架和定位销；定位孔板的两端固定有固定支架；固定支架与真空室的窗口法兰形状相适配，其上加工有螺纹孔，用于将固定支架固定到真空室的窗口法兰上；定位孔板上设有至少一个定位通孔，定位通孔的位置与焊接位置对应，用于在焊接螺柱焊接过程中供焊枪头***以定位焊接焊接螺柱；定位销设置在定位孔板上，用于放入激光跟踪仪测量靶球。通过定位孔板对定位通孔进行定位，并且通过定位通孔对焊枪头进行定位，从而对焊接螺柱进行定位。在焊接时只需要将焊枪头穿入定位通孔内进行焊接操作，就不会出现偏焊或螺柱歪斜的情况。

Description

一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法
技术领域
本申请属于核聚变技术领域，具体涉及一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法。
背景技术
核聚变装置真空室内部将安装偏滤器、第一壁、限制器、送气***、辉光放电清洗***、等离子体诊断***等。这些零部件的永久支撑主要采用门式支撑墩及焊接螺柱。虽然引入螺柱焊可以解决螺柱的焊接问题，但是由于真空室材料为合金Inconel625，为了保证焊缝质量并符合真空清洁度要求，需要谨慎选择焊接螺柱材料。
目前进行螺柱焊接仍停留在手工划线、打点定位的传统方式上，通过工件上的圆孔等定位基准进行测量、划线，费时费力且容易出现偏差。在操作焊枪进行焊接时螺柱容易偏离待焊接位置或发生歪斜，从而造成螺柱定位不准或螺柱与工件的角度精度较差。此外，由于真空室为D形截面的双层薄壁全焊接式环状结构，焊接定位难度更大，若不借助精确的焊接定位工装和高精度的测量设备，将难以满足定位精度要求。
发明内容
本申请目的是提供一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法，解决现有技术中在操作焊枪进行焊接时螺柱容易偏离待焊接位置或发生歪斜，从而造成螺柱定位不准或螺柱与工件的角度精度较差的问题。
实现本申请目的的技术方案：
本申请实施例第一方面提供了一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，所述装置，包括：定位孔板、固定支架和定位销；
所述定位孔板的两端固定有所述固定支架；所述固定支架与真空室的窗口法兰形状相适配，其上加工有螺纹孔，用于将所述固定支架固定到所述真空室的窗口法兰上；
所述定位孔板上设有至少一个定位通孔，所述定位通孔的位置与焊接位置对应，用于在焊接螺柱焊接过程中供焊枪头***以定位焊接所述焊接螺柱；
所述定位销设置在所述定位孔板上，用于放入激光跟踪仪测量靶球。
可选的，所述定位销与焊枪头外径相同，其中一端加工锥形孔，以放入所述激光跟踪仪测量靶球。
可选的，所述定位通孔与焊枪头为间隙配合，其间隙小于0.1mm。
可选的，所述焊接螺柱，包括：相互连接的螺纹部及光杆部；
所述光杆部的直径小于或等于所述螺纹部的外径，所述光杆部端面突出设置有圆锥形的起弧部，所述起弧部上加工有引弧结。
可选的，所述起弧部具有相对水平面倾斜的底侧面，底侧面相对水平面的倾斜角度为5°～10°。
可选的，所述螺纹部的外径为5～14mm；所述光杆部的直径为5～12mm；所述引弧结尺寸为
可选的，所述焊接螺柱采用316L不锈钢材质。
可选的，所述装置的材质与所述真空室及所述焊接螺柱不同。
可选的，所述装置采用导电性能优于所述真空室及所述焊接螺柱的材料或采用绝缘材料。
可选的，所述真空室及焊接螺柱分别为Inconel625材质和316L材质，所述装置的材质为铝或铜。
本申请实施例第二方面提供了一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，应用于本申请实施例第一方面提供的任一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，所述方法，包括：
将本申请实施例第一方面提供的任一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置初步安装到真空室相应位置，然后将所述定位销放入所述定位孔板上的所述定位通孔内；
将激光跟踪仪测量靶球放入所述定位销内，以预先创建焊接螺柱的轴线为定位参考，在测量软件中实时观察所述定位与所述轴线的位置偏差，以此调整所述用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的位置，直至满足焊接螺柱定位精度要求；
在进行螺柱焊接时，使用焊枪头夹持住所述焊接螺柱***所述定位通孔内进行焊接。
可选的，所述焊接螺柱的轴线通过以下步骤得到：
根据真空室内部件的安装定位精度、激光跟踪仪的测站位置及测站数，在真空室内布设足够的测量基准点；
在真空室内外建立激光跟踪仪的测站，每个测站调平并测量该测站能看到的所有测量基准点；
对所有所述测站的测量数据进行空间联合精密控制网平差计算；
将空间联合精密控制网平差计算后的测量基准点与托卡马克装置测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，从而将托卡马克装置测量基准网迁移到真空室内，建立真空室测量基准网；
在真空室内需要进行焊接螺柱焊接位置附近建立激光跟踪仪的测站，调平激光跟踪仪并测量足够的测量基准点；
将测量的测量基准点与真空室测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，完成激光跟踪仪在托卡马克装置装配坐标系下的定位；
在激光跟踪仪测量软件中导入焊接螺柱CAD模型并调整到理论焊接位置，得到所述焊接螺柱的轴线。
本申请的有益技术效果在于：
本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置及方法，通过定位孔板对定位通孔进行定位，并且通过定位通孔对焊枪头进行定位，从而对焊接螺柱进行定位。在焊接时只需要将焊枪头穿入定位通孔内进行焊接操作，就不会出现偏焊或螺柱歪斜的情况，准确找到需要焊接螺柱焊的位置，减少了因定位不准确而造成的返工，解决螺柱在双层薄壁D形截面真空室内壁精确定位的问题，并使焊接过程简便、快速、可靠，焊接精度高，外观好，提高效率和焊接稳定性，采用快速插接定位机构，结构简单，模块化设计，方便拆装维修，定位准确，提高工件焊接效率和质量。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的安装示意图；
图3为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置中定位销的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置中定位销和测量靶球的安装示意图；
图5为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置中焊接螺柱的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置中焊接螺柱的轴视图；
图7为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法的测量定位示意图。
图中：
1-定位孔板；11-定位通孔；
2-固定支架；21-螺纹孔；
3-定位销；31-锥形孔；
4-真空室；41-窗口法兰；
5-焊接螺柱；51-螺纹部；52-光杆部；53-起弧部；54-引弧结；
6-激光跟踪仪；61-测量靶球。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的结构示意图。
本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，包括：定位孔板1、固定支架2和定位销3；
定位孔板1的两端固定有固定支架2；固定支架2与真空室4的窗口法兰41形状相适配，其上加工有螺纹孔21，用于将固定支架2固定到真空室4的窗口法兰41上，如图2所示；
定位孔板1上设有至少一个定位通孔11，定位通孔11的位置与焊接位置对应，用于在焊接螺柱5焊接过程中供焊枪头***以定位焊接焊接螺柱5；
定位销3设置在定位孔板1上，用于放入激光跟踪仪的测量靶球。
在本申请实施例中，固定支架2与定位孔板1采用分体式结构，降低了固定支架2与定位孔板1的加工要求，通过螺钉可方便地实现连接固定，且可以根据需要更换固定支架2与定位孔板1，提高了该装置的通用性及利用率。通过定位孔板1对定位通孔11进行定位，并且通过定位通孔11对焊枪头进行定位，从而对焊接螺柱5进行定位。在焊接时只需要将焊枪头穿入定位通孔11内进行焊接操作，就不会出现偏焊或螺柱歪斜的情况，准确找到需要焊接焊接螺柱5的位置，减少了因定位不准确而造成的返工，解决螺柱在双层薄壁D形截面真空室内壁精确定位的问题，并使焊接过程简便、快速、可靠，焊接精度高，外观好，提高效率和焊接稳定性，采用快速插接定位机构，结构简单，模块化设计，方便拆装维修，定位准确，提高工件焊接效率和质量。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，如图3所示，定位销3与焊枪头外径相同，其中一端加工锥形孔31，以放入激光跟踪仪的测量靶球61，如图4所示。
在一个例子中，定位通孔11与焊枪头为间隙配合，其间隙小于0.1mm。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，如图5所示，焊接螺柱5，包括：相互连接的螺纹部51及光杆部52；
光杆部52的直径小于或等于螺纹部51的外径，光杆部52端面突出设置有圆锥形的起弧部53，起弧部53上加工有引弧结54。
在一个例子中，起弧部53具有相对水平面倾斜的底侧面，底侧面相对水平面的倾斜角度为5°～10°，如图6所示。
在另一个例子中，螺纹部51的外径为5～14mm；光杆部52的直径为5～12mm；引弧结54尺寸为
由于真空室4的材料为Inconel625，为了保证焊缝符合真空清洁度要求，在实际应用中，焊接螺柱5可以采用316L不锈钢材质。
在本申请一些可能的实现方式中，该装置的材质与真空室4及焊接螺柱5不同，由此防止焊接时该装置与真空室4或焊接螺柱5之间形成电弧，误将该装置与真空室4或焊接螺柱5焊接在一起，使得焊接螺柱5焊接完成后可以方便地取下该装置。
在一个例子中，该装置采用导电性能优于真空室4及焊接螺柱5的材料或采用绝缘材料。
作为一个示例，真空室4及焊接螺柱5分别为Inconel625材质和316L材质，该装置的材质为铝或铜。
本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，通过定位孔板对定位通孔进行定位，并且通过定位通孔对焊枪头进行定位，从而对焊接螺柱进行定位。在焊接时只需要将焊枪头穿入定位通孔内进行焊接操作，就不会出现偏焊或螺柱歪斜的情况，准确找到需要焊接螺柱焊的位置，减少了因定位不准确而造成的返工，解决螺柱在双层薄壁D形截面真空室内壁精确定位的问题，并使焊接过程简便、快速、可靠，焊接精度高，外观好，提高效率和焊接稳定性，采用快速插接定位机构，结构简单，模块化设计，方便拆装维修，定位准确，提高工件焊接效率和质量。
基于上述实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，本申请实施例还提供了一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，应用于上述实施例提供的任一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法的流程示意图。
本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，包括：
S701：将上述实施例提供的任一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置初步安装到真空室相应位置，然后将定位销放入定位孔板上的定位通孔内；
S702：将激光跟踪仪测量靶球放入定位销内，以预先创建焊接螺柱的轴线为定位参考，在测量软件中实时观察定位与轴线的位置偏差，以此调整用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的位置，直至满足焊接螺柱定位精度要求；
S703：在进行螺柱焊接时，使用焊枪头夹持住焊接螺柱***定位通孔内进行焊接。
在本申请实施例一些可能的实现方式中，焊接螺柱的轴线通过以下步骤得到：
根据真空室内部件的安装定位精度、激光跟踪仪的测站位置及测站数，在真空室内布设足够的测量基准点；
在真空室内外建立激光跟踪仪的测站，每个测站调平并测量该测站能看到的所有测量基准点；
对所有测站的测量数据进行空间联合精密控制网(unified spatial metrologynetwork,USMN)平差计算；
将空间联合精密控制网平差计算后的测量基准点与托卡马克装置测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，从而将托卡马克装置测量基准网迁移到真空室内，建立真空室测量基准网；
在真空室内需要进行焊接螺柱焊接位置附近建立激光跟踪仪的测站，调平激光跟踪仪6并测量足够的测量基准点，如图8所示；
将测量的测量基准点与真空室测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，完成激光跟踪仪在托卡马克装置装配坐标系下的定位；
在激光跟踪仪测量软件中导入焊接螺柱CAD模型并调整到理论焊接位置，得到焊接螺柱的轴线。
本申请实施例提供的一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，通过定位孔板对定位通孔进行定位，并且通过定位通孔对焊枪头进行定位，从而对焊接螺柱进行定位。在焊接时只需要将焊枪头穿入定位通孔内进行焊接操作，就不会出现偏焊或螺柱歪斜的情况，准确找到需要焊接螺柱焊的位置，减少了因定位不准确而造成的返工，解决螺柱在双层薄壁D形截面真空室内壁精确定位的问题，并使焊接过程简便、快速、可靠，焊接精度高，外观好，提高效率和焊接稳定性，采用快速插接定位机构，结构简单，模块化设计，方便拆装维修，定位准确，提高工件焊接效率和质量。
上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (12)

1.一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述装置，包括：定位孔板、固定支架和定位销；
所述定位孔板的两端固定有所述固定支架；所述固定支架与真空室的窗口法兰形状相适配，其上加工有螺纹孔，用于将所述固定支架固定到所述真空室的窗口法兰上；
所述定位孔板上设有至少一个定位通孔，所述定位通孔的位置与焊接位置对应，用于在焊接螺柱焊接过程中供焊枪头***以定位焊接所述焊接螺柱；
所述定位销设置在所述定位孔板上，用于放入激光跟踪仪测量靶球。
2.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述定位销与焊枪头外径相同，其中一端加工锥形孔，以放入所述激光跟踪仪测量靶球。
3.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述定位通孔与焊枪头为间隙配合，其间隙小于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述焊接螺柱，包括：相互连接的螺纹部及光杆部；
所述光杆部的直径小于或等于所述螺纹部的外径，所述光杆部端面突出设置有圆锥形的起弧部，所述起弧部上加工有引弧结。
5.根据权利要求4所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述起弧部具有相对水平面倾斜的底侧面，底侧面相对水平面的倾斜角度为5°～10°。
6.根据权利要求4所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述螺纹部的外径为5～14mm；所述光杆部的直径为5～12mm；所述引弧结尺寸为
7.根据权利要求4所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述焊接螺柱采用316L不锈钢材质。
8.根据权利要求1所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述装置的材质与所述真空室及所述焊接螺柱不同。
9.根据权利要求8所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述装置采用导电性能优于所述真空室及所述焊接螺柱的材料或采用绝缘材料。
10.根据权利要求9所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，其特征在于，所述真空室及焊接螺柱分别为Inconel625材质和316L材质，所述装置的材质为铝或铜。
11.一种用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置，所述方法，包括：
将权利要求1-10任一项所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置初步安装到真空室相应位置，然后将所述定位销放入所述定位孔板上的所述定位通孔内；
将激光跟踪仪测量靶球放入所述定位销内，以预先创建焊接螺柱的轴线为定位参考，在测量软件中实时观察所述定位与所述轴线的位置偏差，以此调整所述用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的装置的位置，直至满足焊接螺柱定位精度要求；
在进行螺柱焊接时，使用焊枪头夹持住所述焊接螺柱***所述定位通孔内进行焊接。
12.根据权利要求11所述的用于托卡马克装置真空室内壁螺柱焊接的方法，其特征在于，所述焊接螺柱的轴线通过以下步骤得到：
根据真空室内部件的安装定位精度、激光跟踪仪的测站位置及测站数，在真空室内布设足够的测量基准点；
在真空室内外建立激光跟踪仪的测站，每个测站调平并测量该测站能看到的所有测量基准点；
对所有所述测站的测量数据进行空间联合精密控制网平差计算；
将空间联合精密控制网平差计算后的测量基准点与托卡马克装置测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，从而将托卡马克装置测量基准网迁移到真空室内，建立真空室测量基准网；
在真空室内需要进行焊接螺柱焊接位置附近建立激光跟踪仪的测站，调平激光跟踪仪并测量足够的测量基准点；
将测量的测量基准点与真空室测量基准网的测量基准点进行最佳拟合，完成激光跟踪仪在托卡马克装置装配坐标系下的定位；
在激光跟踪仪测量软件中导入焊接螺柱CAD模型并调整到理论焊接位置，得到所述焊接螺柱的轴线。
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